關(guān)于超高性能混凝土的問(wèn)答

1、98讀者問(wèn)答QuestionAnswerCHINACONCRETE2016.04NO.82超高性能混凝土有明確的定義嗎？有，且比較清晰明確，但還沒(méi)有形成國(guó)際上統(tǒng)一的定義。超高性能混凝土（UltraHighPerfmanceConcrete，簡(jiǎn)稱UHPC），因?yàn)橐话阈钃饺攵糖袖摾w維或聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（UltraHighPerfmanceFibreReinfcedConcrete，簡(jiǎn)稱UHPFRC）。UHPC不同于

2、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，較有代表性的定義和需要具備的特性如下[12]：●是一種組成材料顆粒的級(jí)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(kāi)裂后仍保持抗拉強(qiáng)度不低于5MPa（法國(guó)要求7MPa）；●內(nèi)部具有不連通孔結(jié)構(gòu)，有很高

3、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。超高性能混凝土與活性粉末混凝土有什么差異？活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，簡(jiǎn)稱RPC）是UHPC中的一個(gè)產(chǎn)品名稱。商業(yè)化生產(chǎn)供應(yīng)的UHPC產(chǎn)品均為專利配方產(chǎn)品，有獨(dú)自的名稱或商標(biāo)。最早的UHPC專利是丹麥H.H.Bache在1979年申請(qǐng)的，上世紀(jì)80年代他所在公司注冊(cè)商業(yè)化產(chǎn)品商標(biāo)為Densit，至今仍由Densit公司

4、使用和營(yíng)銷(xiāo)。到上世紀(jì)90年代，法國(guó)出現(xiàn)多個(gè)UHPC產(chǎn)品品牌，包括RPC、Ductal、BSI、CEMTEC、BCV等，其中Ductal是拉法基公司的產(chǎn)品商標(biāo)，RPC則是Bouygues公司產(chǎn)品名稱。有關(guān)RPC的研發(fā)、性能介紹和宣傳較多，知名度相對(duì)較高。1999年清華大學(xué)教授覃維祖等發(fā)表文章“一種超高性能混凝土－活性粉末混凝土”，最早以“活性粉末混凝土（RPC）”名稱介紹UHPC，并與其研究生曹峰進(jìn)行試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了RPC相同的力學(xué)性質(zhì)[

5、3]；北京科技大學(xué)教授劉娟紅和北京建筑大學(xué)教授宋少民在2013出版編著的《活性粉末混凝土》中系統(tǒng)介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究成果；2015年我國(guó)頒布了RPC的國(guó)標(biāo)《活性粉末混凝土》（GBT313872015）。目前，RPC在中編者按：2016年1月9日，湖南經(jīng)視頻道發(fā)布一條“超高性能混凝土橋亮相長(zhǎng)沙”的新聞，報(bào)道說(shuō)：“一座長(zhǎng)70.8米、寬6.5米的跨街天橋在北辰三角洲橫四路竣工。這座看似普通的天橋，是世界首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土（一種活性納

6、米無(wú)機(jī)復(fù)合材料）橋梁。也就是說(shuō)，不僅它的混凝土由具有超高強(qiáng)度和韌性的特殊材料制成，而且它是先在工廠預(yù)制，然后拖運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，在10小時(shí)內(nèi)拼裝搭建而成的?！边@則電視新聞引起廣大混凝土從業(yè)人員的興趣和關(guān)注。該跨街天橋結(jié)構(gòu)獨(dú)特、造型美觀，是超高性能混凝土在中國(guó)發(fā)展應(yīng)用的重大進(jìn)步，可喜可賀。與此同時(shí)，新聞中對(duì)超高性能混凝土的介紹和描述，也引發(fā)很多疑問(wèn)。本文由北京江漢科技有限公司總工程師趙筠和清華大學(xué)教授廉慧珍針對(duì)一些共性問(wèn)題進(jìn)行了解答和探討，以饗讀

7、者。關(guān)于超高性能混凝土（UHPC）的問(wèn)答趙筠廉慧珍100讀者問(wèn)答QuestionAnswerCHINACONCRETE2016.04NO.82的UHPC。在無(wú)裂縫的狀態(tài)下，UHPC的氣體、液體滲透性非常低；而在高應(yīng)變和微裂縫狀態(tài)下，UHPC的滲透性也能夠保持在很低的水平，而微裂縫還具備良好的自愈合能力，因此UHPC結(jié)構(gòu)擁有高耐久性的潛力，已得到迄今15年惡劣環(huán)境暴露試驗(yàn)的證實(shí)。UHPC的耐久、耐候性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他結(jié)構(gòu)工程材料（鋼材、鋁材

8、、塑料等）。超高性能混凝土的強(qiáng)度比鋼材強(qiáng)度還高嗎？沒(méi)有。UHPC是纖維增強(qiáng)增韌的水泥基復(fù)合材料，還可以進(jìn)一步用鋼筋增強(qiáng)。與其他材料相比，需要明確UHPC的增強(qiáng)增韌狀態(tài)：●混凝土材料的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值（以下簡(jiǎn)稱拉壓比）隨其抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)而幾乎呈直線下降。C10混凝土拉壓比約為110，C80的則可下降到約118。UHPC基體（未摻用鋼纖維時(shí)）即超高強(qiáng)混凝土，脆性非常大（因材料抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度比值很低而使構(gòu)件延性比很低），無(wú)法與韌性材

9、料如鋼材相比?！耠S鋼纖維強(qiáng)度提高、摻量增大和尺寸、形狀優(yōu)化，以及基體強(qiáng)度的提高，UHPC成為韌性或高韌性材料，抗拉強(qiáng)度大幅度提高（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的各種水泥基材料，如圖1所示），但比鋼材抗拉強(qiáng)度還是要低約一個(gè)數(shù)量級(jí)（見(jiàn)表1中對(duì)比）?！皲摻钤鰪?qiáng)UHPC（也被稱作CRC、HRUHPC或RUHPFRC），以及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋UHPC的抗表1高強(qiáng)混凝土、UHPC、鋼筋增強(qiáng)UHPC和高強(qiáng)韌性鋼材的性能對(duì)比[5]普通高強(qiáng)混凝土UHPC（密度）CRCHRU

10、HPC鋼筋增強(qiáng)UHPC韌性高強(qiáng)鋼材0～2%鋼纖維4%～12%鋼纖維抗壓強(qiáng)度MPa80120～270160～400160～400抗拉強(qiáng)度（ft）MPa55～1510～30100～300500抗彎強(qiáng)度（fb）MPa7100～400～600抗剪強(qiáng)度MPa15～150密度（ρ）kgm325002500～28002600～32003000～40007800彈性模量（E）GPa5060～10060～10060～100210斷裂能Nm150150～1