超高性能混凝土,簡稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete),也稱作活性粉末混凝土(RPC,Reactive Powder Concrete),是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料,實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是最大堆積密度理論(densified particle packing),其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積,即毫米級(jí)顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級(jí)顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充,微米級(jí)顆粒堆積的間隙由亞微米級(jí)顆粒(硅灰)填充。
早在1931年,Andressen就建立了最大堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而,直到上世紀(jì)七十年代末,在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上,采用該模型設(shè)計(jì)配制的第一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet(水泥與混凝土試驗(yàn)室)誕生,稱作CRC(Compact Reinforced Composite,密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料)。CRC與目前的UHPC達(dá)到基本相同的力學(xué)性能,最高抗壓強(qiáng)度超過400MPa,使用燒結(jié)鋁礬土作骨料,同時(shí)使用鋼纖維提高材料的韌性,所以稱作“復(fù)合材料”。受到當(dāng)時(shí)高效減水劑性能的限制,CRC或早期UHPC比較粘滯,振搗密實(shí)較困難,還不便于現(xiàn)澆應(yīng)用。上世紀(jì)九十年代,歐洲開展了合作研究項(xiàng)目,世界各地也廣泛開展相關(guān)研究,這種材料獲得一個(gè)新名稱“活性粉末混凝土,簡稱RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名稱形成于本世紀(jì),因?yàn)榕c早期的CRC或RPC相比,隨著設(shè)計(jì)理論的完善、超高效減水劑(聚羧酸系)問世和配制技術(shù)的進(jìn)步,這種材料已具備了普通混凝土的施工性能,甚至可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí),可以常溫養(yǎng)護(hù),已經(jīng)具備廣泛應(yīng)用的條件。
UHPC與普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括:不使用粗骨料,必須使用硅灰和纖維(鋼纖維或復(fù)合有機(jī)纖維),水泥用量較大,水膠比很低。
UHPC堪稱耐久性最好的工程材料,適當(dāng)配筋的UHPC力學(xué)性能接近鋼結(jié)構(gòu),同時(shí)UHPC具有優(yōu)良的耐磨、抗爆性能。因此,UHPC特別適合用于大跨徑橋梁、抗爆結(jié)構(gòu)(軍事工程、銀行金庫等)和薄壁結(jié)構(gòu),以及用在高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。目前,UHPC已經(jīng)在一些實(shí)際工程中應(yīng)用,如大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁、薄壁筒倉、核廢料罐、鋼索錨固加強(qiáng)板、ATM機(jī)保護(hù)殼,等等??梢灶A(yù)計(jì),還會(huì)有越來越多的應(yīng)用。