超高性能混凝土,简称UHPC,因为一般需掺入钢纤维或高强聚合物纤维,也被称作超高性能纤维增强混凝土1、超高性能混凝土(UHPC)定义与发展历程
超高性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete,简称UHPC),因为一般需掺入钢纤维或高强聚合物纤维,也被称作超高性能纤维增强混凝土(Ultra-HighPerformance Fibre Reinforced Concrete,简称UHPFRC)。UHPC不同于传统的高强混凝土(HSC)和钢纤维混凝土(SFRC),也不是传统意义“高性能混凝土(HPC)”的高强化,而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料。1999年清华大学覃维祖教授等发表文章《一种超高性能混凝土——活性粉末混凝土》*早介绍了UHPC,至今在中国仍然较多地使用“活性粉末混凝土(简称RPC)”名称。RPC是法国一个公司的专利产品名称,宣传介绍较多而广为人知。1994年法国学者DeLarrard等将这类新材料称作UHPC,由于UHPC或UHPFRC名称没有商业色彩,且能更好表达这种水泥基材料或混凝土的优越性能,逐步被广泛接受和采用。
UHPC较有代表性的定义或需要具备的特性如下:
· 是一种组成材料颗粒的级配达到*佳的水泥基复合材料;
· 水胶比小于0.25,含有较高比例的微细短钢纤维增强材料;
· 抗压强度不低于150MPa;具有受拉状态的韧性,开裂后仍保持抗拉强度不低于5MPa(法国要求7MPa);
· 内部具有不连通孔结构,有很高抵抗气、液体浸入的能力,与传统混凝土和高性能混凝土(HPC)相比,耐久性可大幅度提高。
UHPC属于现代先进材料,创新了水泥基材料(混凝土或砂浆)与纤维、钢材(钢筋或高强预应力钢筋)的复合模式,大幅度提高了纤维和钢筋在混凝土中的强度利用效率,使水泥基结构材料的全面性能发生了跨越式进步。使用UHPC可以建造轻质高强和高韧性的结构,彻底改变混凝土结构“肥梁胖柱”状态;其结构所拥有的耐久性和工作寿命,远远超越钢、铝、塑料等其它所有结构材料。
UHPC在上世纪七十年代末起源于丹麦,八、九十年代在欧洲进行了比较系统深入的研究,并开始在小型工程和制品上应用。进入本世纪,在欧美、日韩等许多国家均将UHPC作为新型、未来的或战略性工程材料进行研究与发展,法国和日本率先制定了设计指南。目前,UHPC的配制、生产、施工和预制技术已经趋于成熟,结构性能与设计规范正处于发展完善过程,工程结构与制品的应用不断取得新进展,定期举办国际UHPC/UHPFRC研讨会进行学术交流。
2、UHPC的制备与增强、增韧原理
上世纪七十年代初的一些试验研究证实,提高水泥净浆的密实度,可以有效提高强度。丹麦学者H.H. Bache教授发展的DSP(Densified System with Ultra-Fine Particles)理论,即:用充分分散的超细颗粒(硅灰)填充在水泥颗粒堆积体系的空隙中,实现颗粒堆积致密化,见图1。借助高效减水剂的分散作用,硅灰颗粒填充占据了水泥颗粒间的空隙即大量原本是水填充的空间,从而大幅度减小固体颗粒堆积的空隙率以及浆体的需水量,DSP体系可以使水胶比降低到0.10~0.20的超低水平。使用高强骨料,DSP基体混凝土的抗压强度可以达到280MPa,但脆性非常大;同时使用钢纤维增强增韧(即UHPC),抗压强度可达到400MPa(常温养护)。更进一步,法国使用高压成型和高温高压(压蒸)养护的活性粉末混凝土(RPC),*高抗压强度达到了800MPa。