超高性能混凝土（UHPC）定義與發(fā)展歷程詳細(xì)介紹

       UHPC超高性能混凝土最早將其應(yīng)用到實(shí)際中的是橋梁，它簡化了施工工序，使結(jié)構(gòu)具有更高安全性能的同時，還降低了后期維護(hù)成本，并且全壽命周期的綜合成本更優(yōu)于普通混凝土橋梁。而后隨著人們的建筑審美不斷提升，越來越多的建筑開始在外形上追求個性化、藝術(shù)化。傳統(tǒng)的工藝材料已然無法滿足，因此UHPC憑借其突出的性能，便自然而然地被應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中。下面為大家詳細(xì)介紹UHPC超高性能混凝土。

        一、超高性能混凝土（UHPC）定義與發(fā)展歷程

　　  超高性能混凝土（Ultra-HighPerformance Concrete，簡稱UHPC），因?yàn)橐话阈钃饺脘摾w維或高強(qiáng)聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強(qiáng)混凝土。UHPC不同于傳統(tǒng)的高強(qiáng)混凝土（HSC）和鋼纖維混凝土（SFRC），也不是傳統(tǒng)意義“高性能混凝土（HPC）”的高強(qiáng)化，而是性能指標(biāo)明確的新品種水泥基結(jié)構(gòu)工程材料。

　　  UHPC較有代表性的定義或需要具備的特性如下：

　　  · 是一種組成材料顆粒的級配達(dá)到最佳的水泥基復(fù)合材料；

　　  · 水膠比小于0.25，含有較高比例的微細(xì)短鋼纖維增強(qiáng)材料；

　　  · 抗壓強(qiáng)度不低于150MPa；具有受拉狀態(tài)的韌性，開裂后仍保持抗拉強(qiáng)度不低于5MPa（法國要求7MPa）；

　　  · 內(nèi)部具有不連通孔結(jié)構(gòu)，有很高抵抗氣、液體浸入的能力，與傳統(tǒng)混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性可大幅度提高。

　　  UHPC屬于現(xiàn)代先進(jìn)材料，創(chuàng)新了水泥基材料（混凝土或砂漿）與纖維、鋼材（鋼筋或高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋）的復(fù)合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強(qiáng)度利用效率，使水泥基結(jié)構(gòu)材料的全面性能發(fā)生了跨越式進(jìn)步。使用UHPC可以建造輕質(zhì)高強(qiáng)和高韌性的結(jié)構(gòu)，徹底改變混凝土結(jié)構(gòu)“肥梁胖柱”狀態(tài)；其結(jié)構(gòu)所擁有的耐久性和工作壽命，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越鋼、鋁、塑料等其它所有結(jié)構(gòu)材料。

　　  UHPC在上世紀(jì)七十年代末起源于丹麥，八、九十年代在歐洲進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究，并開始在小型工程和制品上應(yīng)用。進(jìn)入本世紀(jì)，在歐美、日韓等許多國家均將UHPC作為新型、未來的或戰(zhàn)略性工程材料進(jìn)行研究與發(fā)展，法國和日本率先制定了設(shè)計(jì)指南。目前，UHPC的配制、生產(chǎn)、施工和預(yù)制技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計(jì)規(guī)范正處于發(fā)展完善過程，工程結(jié)構(gòu)與制品的應(yīng)用不斷取得新進(jìn)展，定期舉辦國際UHPC／UHPFRC研討會進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

　　  二、UHPC的制備與增強(qiáng)、增韌原理

　　  上世紀(jì)七十年代初的一些試驗(yàn)研究證實(shí)，提高水泥凈漿的密實(shí)度，可以有效提高強(qiáng)度。丹麥學(xué)者H.H. Bache教授發(fā)展的DSP（Densified System with Ultra-Fine Particles）理論，即：用充分分散的超細(xì)顆粒（硅灰）填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，實(shí)現(xiàn)顆粒堆積致密化。借助高效減水劑的分散作用，硅灰顆粒填充占據(jù)了水泥顆粒間的空隙即大量原本是水填充的空間，從而大幅度減小固體顆粒堆積的空隙率以及漿體的需水量，DSP體系可以使水膠比降低到0.10~0.20的超低水平。使用高強(qiáng)骨料，DSP基體混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到280MPa，但脆性非常大；同時使用鋼纖維增強(qiáng)增韌（即UHPC），抗壓強(qiáng)度可達(dá)到400MPa（常溫養(yǎng)護(hù)）。更進(jìn)一步，法國使用高壓成型和高溫高壓（壓蒸）養(yǎng)護(hù)的活性粉末混凝土（RPC），最高抗壓強(qiáng)度達(dá)到了800MPa。

　　  三、UHPC的力學(xué)性能

　　  單純的超高抗壓強(qiáng)度往往伴隨著“超高脆性”，并不意味“超高性能”。UHPC的“超高力學(xué)性能”更主要體現(xiàn)在超高抗拉強(qiáng)度（單軸抗拉和彎曲抗拉強(qiáng)度）和高韌性，這依靠加入短纖維來實(shí)現(xiàn)。早期使用直徑0.15~0.4mm、長度6~12mm的平直光圓鋼纖維，可將UHPC的抗拉強(qiáng)度提高到30Ma，斷裂能達(dá)到1,500~40,000 N/m（鋼纖維體積含量2%~12%），使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列（斷裂能超過1,000J/m2劃分為韌性材料）。現(xiàn)在，使用異形，特別是扭轉(zhuǎn)形高強(qiáng)鋼纖維，可以進(jìn)一步提高UHPC的抗拉強(qiáng)度、變形能力、韌性或斷裂能。此外，高強(qiáng)高模的聚乙烯醇（PVA）纖維也用于UHPC的增強(qiáng)與增韌；聚乙烯（PP）纖維用于提高UHPC的耐火能力。

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