超高性能混凝土的優勢及巨大發展潛力

　　超高性能混凝土（UHPC）已迅速成為預制混凝土結構物的主要材料。在90年代初期，當它首次進入行業，也被稱作“活性粉末混凝土ReactivePowderConcrete，RPC”，是一種繼高強、高性能混凝土之后，出現的力學性能、耐久性能都非常優越的新型建筑材料,近十年來被橋梁行業廣泛應用。

　　在美國、法國、日本、馬來西亞，UHPC已用于建造公路橋梁；在加拿大和委內瑞拉等國已用于人行橋。在美國各州中，UHPC已被用于在弗吉尼亞州和愛荷華州的橋梁梁體建造；在紐約和特拉華州用于橋面鋪裝；在其他20多個州用于現場澆筑的預制橋梁構件。美國聯邦和各州交通運輸機構、國家工業組織、私企開發商和生產商都在積極地進行UHPC的性能研究，為此開展了大量基于實驗室的試驗和實際工程。

　　什么是UHPC

　　與普通混凝土相比，超高性能混凝土在原材料、配合比和施工性等方面的要求有較大的不同。例如，UHPC配制所用水泥強度等級高，水泥用量大，水膠比低，一般使用硅灰等超細輔料，不使用粗骨料而使用石英砂等高強細骨料，同時摻加纖維(鋼纖維或復合有機纖維)來降低混凝土的脆性。此外還根據不同需要加入多種外加劑，如膠凝材料（SCM）。

　　UHPC混合料的膠結材料總含量通常可以超過1,500lbs/cud/cudd，這是大多數常規混凝土混合料的膠結材料含量的兩倍以上。然而，由于使用了專用的高范圍減水劑，水與粘合劑的比例（w/b）通常為0.20或更低。致密的顆粒堆積與超低的w/b相結合，在混凝土中產生了高度精煉的微觀結構，從而提供了出色的強度和耐久性。因此，即使在苛刻的外部環境中，例如海洋和凍融環境下，UHPC元件的預期壽命也可以達到200年或更長。

　　盡管尚未就UHPC的定義達成統一，但典型的UHPC抗壓強度超過17,000psi，許多甚至可以達到30,000psi以上的強度。與傳統的高性能混凝土相比，UHPC的抗壓強度可提高3至5倍。然而，其最重要的性能不是抗壓強度，而是拉伸性能（在預制構件中的應用尤其明顯），這些特性是由于其精細的微觀結構和高強度的鋼纖維結合而產生，鋼纖維的摻入比約為1％～3％（按體積計）（約合78～233千克/立方米）。

　　通過設計調整，可將UHPC混合物設計為可承受1000psi以上拉伸強度和2500psi以上撓曲強度的結構物。此外，設計良好的UHPC混合物可表現出開裂后的延展性和應變硬化，提高殘余結構的撓曲強度。

　　其次，UHPC的高延展性使材料產生巨大的韌性，即使沒有鋼筋的幫助，它也提高了吸收能量的能力，即材料的耗能性。

　　第三，高抗拉強度提高了材料的抗剪強度，并有可能在梁設計中完全摒棄抗剪零件。通過消除箍筋，可以簡化設計和生產過程，并可以減小構件腹板（桿）的寬度，使材料的體積和重量大大減少，同時提供與常規鋼筋混凝土構件相同的承載力。