UHPC超高性能混凝土有何优势？
UHPC超高性能混凝土有何优势？
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信息和学术交流
U HPC（Ultra-high Performance Concrete)是一种具有超强力学性能，高韧性，超高耐久性和优良浇筑及成型性能的水泥基混凝土材料。UHPC通过选用高活性的微细材料，采用最紧密堆积和纤维增强技术配制而成。UHPC的各项性能指标均大幅度优于普通混凝土。
UHPC材料组分内不包含粗骨料，颗粒粒径一般小于1mm，因高度的致密性而具有超高强度及优异的耐久性。研究表明，UHPC抗压强度可达200MPa以上，同时材料耐久性可达200年以上。此外，由于UHPC中分散的细钢纤维可大大减缓材料内部微裂缝的扩展，从而使材料表现出超高的韧性和延性性能。
1993年，法国学者Richard等研发了活性粉末混凝土（RPC），这是一种最常见的UHPC。RPC按抗压强度可分为200 MPa和800 MPa两个等级。当以钢砂为骨料并进行250-400 ℃的高温热养护时，RPC的抗压强度最高达到了810 MPa。
同样是水泥基复合材料，为什么普通混凝土的抗压强度仅约为20-60MPa，而UHPC可达150MPa以上.研究表明，水泥基复合材料的抗压强度与水胶比密切相关，总体而言，水胶比越低，抗压强度越高。
UHPC基于最大堆积密度配制，剔除了粗骨料，各组分间相互填充，且水胶比较低（一般为0.14-0.2），降低了ITZ（InterfacialTransition Zone）中的孔隙尺寸和孔隙率；同时，所掺入的如硅灰等矿物掺合料可与CH进行火山灰反应，形成水化硅酸钙（C-S-H），使得ITZ如同水泥基体一样致密。这些措施使得材料的致密性显著提高（图 3），受力时具有更好的均一性，从而表现出高强度和高耐久性。
细观形貌对比：UHPC（左）、普通混凝土（右）
UHPC的高抗拉性能
单纯的超高抗压强度往往伴随着“高脆性”，并不意味“超高性能”。UHPC的“超高力学性能”更主要体现在高抗拉性能，即较高的抗拉强度和应变硬化特性，产生类似钢材拉应力屈服的行为。在抗拉性能方面，UHPC有两个重要的指标，即初裂强度和极限抗拉强度。其中初裂强度在7~11MPa之间，而极限抗拉强度据已有文献报道最大可达到37MPa。
超高性能混凝土中的高抗拉强度是由其中的纤维提供的，UHPC材料掺入了大量钢纤维，其基体致密，从而表现出优异的抗拉性能。
UHPC的高延性
UHPC中的高延性亦是由其中的纤维提供的，为了确保材料的延性，法国UHPC标准对UHPC提出了以下最低延展性要求：混凝土开裂后直至裂纹宽度3mm，抗拉强度不低于开裂强度的40%和3MPa。UHPC在受拉开裂后的抗拉强度实际上是与纤维含量直接相关的，因此这条规定实际上是在暗示混凝土中的纤维含量。
UHPC的纤维含量通常在1%~3%之间，以确保延性的同时控制造价。因此如果采用钢纤维，根据以上标准进行换算，差不多是要求UHPC中钢纤维的最低含量为80kg/m3，这个指标对于工程师控制材料延性更易懂也更有操作性。
UHPC的高耐久性
水泥基复合材料的抗渗透、抗侵蚀性能主要是由水泥基材料的孔径、孔隙率及孔隙间的连通度决定的，而这些参数在很大程度上是由水胶比决定的。UHPC的水胶比很低，因而孔隙率很低，且孔隙不连通，从而表现出优异的抗渗透性。
有关文献以及国内学者开展的实验表明，与普通混凝土或高性能混凝土（HPC）相比，UHPC具有优异的抗碳化性能，可认为对碳化具有免疫能力。UHPC具有优异抗碳化性能，主要得益于UHPC自身致密的微观结构和剔除粗骨料使混凝土获得的优异均匀性。
不同品种混凝土材料碳化速率比较
UHPC-NC组合截面碳化试验结果
从本质上说，混凝土受冻破坏主要取决于混凝土中水的存在形式。在混凝土硬化过程中混凝土中的水主要以结晶水、吸附水、毛细孔水和游离水等四种形式存在，其中混凝土的冻融破坏主要由游离水和孔径较大的毛细孔水结冰造成。由于UHPC水胶比非常小，拌合水几乎能完全反应，混凝土内部几乎没有多余水分；再者，UHPC结构致密均匀，孔隙极少和极小且大多数孔隙不连通，外界水分很难进入。因此，UHPC具有优异的抗冻性。
由于水胶比非常低，UHPC拌和水量仅能供部分水泥水化,绝大多数水泥颗粒的内部处于没有水化状态。因此，水或水汽进入UHPC的裂缝，暴露在裂缝表面的水泥颗粒未水化部分就会“继续”水化，结合了外界水分的水化产物体积大于水泥熟料体积，多出来的体积能够填堵裂缝。试验和工程验证表明，UHPC的裂缝自愈不仅能够封闭微裂缝降低渗透性和保持良好耐久性，同时还起“胶结”裂缝作用，可在一定程度上恢复混凝土因裂缝降低的力学性能。因此UHPC能够保持其初始强度甚至在高侵蚀的环境中也能使用。
普通混凝土结构的尺寸和自重均较大，使得活载应力低，疲劳问题并不突出。相比之下，UHPC具有优异的力学性能和耐久性，基于该材料设计的结构往往趋于轻薄化，导致结构中的动力荷载比例越来越高，疲劳问题不容忽视。
国内外学者已对UHPC开展了一些疲劳试验研究，揭示了UHPC的基本疲劳性能。根据相关研究，UHPC中无粗骨料，基体致密，且掺入了大量钢纤维，当基体开裂后，钢纤维能够传递应力并有效阻止裂缝扩展，从而表现出很强的应力与变形重分布能力。总体而言，UHPC的疲劳性能要远优于普通混凝土和钢纤维混凝土。
轻 质： 由于其抗压强度和抗拉强度相比普通混凝土都有很大提高，因此同样条件下就会更加轻薄，因此在追求轻质方便运输与吊装的情况下，UHPC也是非常适合的；
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美 观： UHPC的产品表面具有很高的光洁度，外界的有害介质很难侵入到UHPC中去，因此耐污性强。UHPC的产品采用添加矿物色粉调配出的纯色和混色也可保持更为长久。同时由于其材质致密，着色剂等组分也不易向外析出产生反碱等情况影响外观。
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