超高性能混凝土的性能参数
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发布时间：2022-04-29 04:58
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时间：2022-06-18 23:41
表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土（活性粉末混凝土）材料性能对比 普通混凝土NSC 高性能混凝土HPC 超高性能混凝土UHPC 抗压强度(MPa) 20-40 40-96 170-227 水胶比 0.40-0.70 0.24-0.35 0.14-0.27 圆柱劈裂抗拉强度(MPa) 2.5-2.8 -- 6.8-24 最大骨料粒经(mm) 19-25 9.5-13 0.4-0.6 孔隙率 20-25% 10-15% 2-6% 孔尺寸(mm) -- -- 0.000015 韧性 -- -- 比NSC大250倍 断裂能(kN-m/m) 0.1-15 -- 10-40 弹性模量(GPa) 14-41 31-55 55-62 断裂模量(第一条裂缝)(MPa) 2.8-4.1 5.5-8.3 16.5-22.0 极限抗弯强度(MPa) 20-62 透气性k(24小时40C)(mm) 3x10 0 0 吸水性(225小时)(kg/mm) 2x10 2.4x10 3.5x10 氯离子扩散系数(稳定状态扩散)(mm/s) 1x10 4.9x10 2x10 二氧化碳/硫酸盐渗透 -- -- 无 抗冻融性能 10%耐久 90%耐久 100%耐久 抗表面剥蚀性能 表面剥蚀量>1 表面剥蚀量0.08 表面剥蚀量0.01 泊松比 0.11-0.21 -- 0.19-0.24 徐变系数，Cu 2.35 1.6-1.9 0.2-0.8 收缩 -- 养护后40-80x10 养护后<x10无自生收缩 流动性(工作性)(mm) 测量坍落度 测量坍落度 150-155 含气量 4-8% 2-4% 0 超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。早在1931年，Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生，称作CRC(Compact Reinforced Composite，密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过400MPa，使用烧结铝矾土作骨料，同时使用钢纤维提高材料的韧性，所以称作“复合材料”。受到当时高效减水剂性能的*，CRC或早期UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇应用。上世纪九十年代，欧洲开展了合作研究项目，世界各地也广泛开展相关研究，这种材料获得一个新名称“活性粉末混凝土，简称RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。
UHPC与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，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的组成见表2。
表2：超高性能混凝土UHPC基本组成 kg/m 重量百分含量% 波特兰水泥(V型) 700-1010 27.0-38.0 硅灰 230-320 8.5-9.5 磨细石英砂 0-230 0.0-8.0 细砂 760-1050 39.0-41.0 金属纤维(~0.2x12.7mm) 150-190 5.5-8.0 高效减水剂 15-25 0.5-1.0 水 155-210 5.5-8.0 水/胶凝材料比 0.14-0.27 -- UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。
表3：法国第一座UHPC公路桥梁混凝土组成和性能 组成材料 kg/m 性能 波特兰水泥 1114 坍落流动度 630～640 mm 硅灰 169 28d 特征抗压强度(fck) 175 MPa 0-6mm骨料 1072 28d 特征抗拉强度(ftk) 8 MPa 纤维： 0.3mm直径x20mm长 234 28d 特征裂后抗拉强度 9.1 MPa 高效减水剂 40 弹性模量 64 GPa 水 209 比重 2800 kg/m 水/胶凝材料比 0.19 参考文献：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL
