性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete,簡稱UHPC),因為一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維,也被稱作性能纖維增強混凝土。UHPC不同于傳統(tǒng)的高強混凝土(HSC)和鋼纖維混凝土(SFRC),也不是傳統(tǒng)意義“混凝土(HPC)”的高強化,而是性能指標(biāo)明確的新品種水泥基結(jié)構(gòu)工程材料。
UHPC屬于現(xiàn)代材料,了水泥基材料(混凝土或砂漿)與纖維、鋼材(鋼筋或高強預(yù)應(yīng)力鋼筋)的復(fù)合模式,大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率,使水泥基結(jié)構(gòu)材料的全面性能發(fā)生了跨越式進步。使用UHPC可以建造輕質(zhì)高強和高韌性的結(jié)構(gòu),改變混凝土結(jié)構(gòu)“肥梁胖柱”狀態(tài);其結(jié)構(gòu)所擁有的耐久性和工作壽命,遠遠鋼、鋁、塑料等其它所有結(jié)構(gòu)材料。
UHPC在上世紀(jì)七十年代末起源于丹麥,八、九十年代在歐洲進行了比較系統(tǒng)深入的研究,并開始在小型工程和制品上應(yīng)用。進入本世紀(jì),在歐美、日韓等許多均將UHPC作為新型、未來的或戰(zhàn)略性工程材料進行研究與發(fā)展,法國和日本了設(shè)計指南。目前,UHPC的配制、生產(chǎn)、施工和預(yù)制技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計規(guī)范正處于發(fā)展完善過程,工程結(jié)構(gòu)與制品的應(yīng)用不斷新進展,定期舉辦UHPC/UHPFRC研討會進行學(xué)術(shù)交流。
上世紀(jì)七十年代初的一些試驗研究證實,提高水泥凈漿的密實度,可以有效提高強度。丹麥學(xué)者H.H. Bache教授發(fā)展的DSP(Densified System with Ultra-Fine Particles)理論,即:用充分分散的超細顆粒(硅灰)填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中,實現(xiàn)顆粒堆積致密化。借助減水劑的分散作用,硅灰顆粒填充占據(jù)了水泥顆粒間的空隙即大量原本是水填充的空間,從而大幅度減小固體顆粒堆積的空隙率以及漿體的需水量,DSP體系可以使水膠比降低到0.10~0.20的低水平。使用高強骨料,DSP基體混凝土的抗壓強度可以達到280MPa,但脆性非常大;同時使用鋼纖維增強增韌(即UHPC),抗壓強度可達到400MPa(常溫養(yǎng)護)。更進一步,法國使用高壓成型和高溫高壓(壓蒸)養(yǎng)護的活性粉末混凝土(RPC),高抗壓強度達到了800MPa。
性能混凝土通常會采用硅酸鹽水泥、硅灰、石英粉、細硅砂、減水劑、水、鋼或有機纖維等高強度韌性材料為原料。
任性能混凝土高抗壓抗彎折(可做懸空屋面)、低收縮、背栓抗拔性能高,同時總重量輕,強度高,無需另加結(jié)構(gòu)支撐,可做大規(guī)模板。具有的韌性,實現(xiàn)了抗壓強度和抗折強度的有效平衡。
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