产品别名 |
UHPC混凝土,性能混凝土,性能灌浆料,性能钢纤维混凝土 |
面向地区 |
全国 |
『超细粉末提高密实度』
上世纪70年代丹麦人通过在混凝土加入减水剂和超细粉末等方式使混凝土的强度提升。减水剂使得混凝土中的水分含量大幅度降低。超细粉末粉末作为掺合料加入到混凝土的配料中去，通过充分的搅拌以此来有效减少骨料之间的缝隙并大限度得减少混合空气的质量，提高材料的密实度。
通过以上手法处理过的混凝土被称作HPC(高强混凝土），理论上HPC 的抗压能力可以达到120MPA的强度（每平方米可以承受120吨的力）。
钢纤维增加强度』
▲混凝土中超细的钢纤维
『高压成型』
『高温养护』
因为整个过程起主主导作用的为活性矿物粉末，此时的混凝土被称作RPC（Reactive Poeder Concrete）活性粉末混凝土，此种混凝土已经可以具备的物理性能也开始被称作UHPC。
一般RPC（活性粉末混凝土）根据养护条件的不同可以分为两个等级，在20℃-90℃的情况下养护3天左右，RPC的抗压强度可以达到200MPA（每平方米可受力200吨）左右，此类混凝土被称作PRC200。如果将RPC利用高压成型后（高压下UHPC的孔隙率更低），在250℃-400℃的条件下进行养护，RPC的抗压强度可以达到500MPA-800MPA，此类混凝土被称作PRC800。
各国之间的工艺制作水平和科学技术具有较大的差异性，各国对于UHPC的评定标准也具有很大差异性。一般来说抗压强度超过150MPA的混凝土便可以称作性能混凝(UHPC)了。
UHPC相对的局限性』
一般来说，UHPC如果想达到比较高的强度，便需要一定的高温高压热养护作为必要条件，另一方面钢纤维在搅拌过程中容易结团，需要大型的搅拌设备。而这些对于现场浇筑的施工条件来说基本很难达到。这也就导致了UHPC大多是需要在工厂提前制备完成的预制件。
『 卡塔尔国家博物馆』
开放于2019年的卡塔尔博物馆，以“沙漠玫瑰”这一特的自然意向为设计灵感，垂直结构起主要的承重结构，支撑起一片交错的圆盘，未来感十足。建筑师让·努维尔利用UHPC的力学性能，将悬挑夸张的圆盘作为热带沙漠环境主要的遮阳系统，创造了融合建筑、室外、感官一体化的特体验。
『杭州余杭大剧院』
杭州余杭大剧院是我国建筑中对UHPC性能混凝土应用的， 建筑整体采用“框剪+型钢砼（混凝土）”的结构形式，满足冰面开裂的设计灵感，建筑浑然一体具有的视觉效果。UHPC 表面细腻，为后期的维护也提供了诸多的便利。
『上海歌剧院』
上海歌剧院建筑立面材料为UHPC外墙挂板和GRC挂板，整体呈镂空状，以砌砖图案为主要的设计来源，简洁的肌理与色彩与周围环境步调一致，清静雅丽。
『Dřetovice河畔的桥梁』
桥梁的双曲几何结构有着10米的跨度和0.4米的弧度，桥梁利用UHPC以极其简约的轻量结构，突破了传统桥梁的局限性，具有迷人的科技感的同事，又仿佛源自于神话传说，将我们带往未知的隐秘角落。
天才建筑师鲁迪•里乔蒂（Rudy Ricciot1）曾经对UHPC（性能混凝土）这样评价，“我们不知道这种材料将带我们走多远，但我们肯定可以一起改变世界。”的确，科技的力量更像是一座桥，着设计师前往创意的王国。
其次，关于UHPC是否一定要用纤维增强，也有不同的看法。在许多研究中，UHPC包含有纤维增强和无纤维增强的２种材料，以探究纤维作用；另外，在钢管UHPC受压构件中，管内UHPC也可以不用纤维增强，因为钢管约束作用能提高管内UHPC的韧性。另一种观点认为，UHPC一定要有纤维增强，并应称为 UHFRC，不能省去FR（Fiber Reinforced，纤维增强）。法国、瑞士等规范均采用UHPFRC，有时在名词中还要加上 “复合” （Composite）来强调它是由基体和纤维组成的材料。
后，也有学者认为UHPC应具有开裂后的拉伸延性。对此，也有不同的看法。UHPC性能混凝土不仅具有一定的抗拉强度，且由于纤维的桥接作用，受拉开裂后具有一定的拉伸延性，许多学者研究认为UHPC受弯结构设计应考虑其抗拉强度。设计中考虑抗拉强度后，对UHPC的拉伸延性就必然提出要求。然而，另有观点认为UHPC的抗拉强度并不高，贡献不大，且它与浇注方向等施工工艺直接相关，实际工程中不易控制，为简化计算和偏安全考虑，不必考虑抗拉强度的贡献。如果设计中不考虑抗拉强度的贡献，则对UHPC的拉伸延性没有必要提出要求
三、UHPC应用
随着标准制订的不断进展，经济性越来越成为影响UHPC性能混凝土推广应用的关键。在现有应用中，马来西亚和越南的桥梁应用具有较好的一次性投资经济性，其余大部分的造价均较高。许多学者在替代材料方面展开研究，研究结果显示，单价较高的钢纤维和硅灰的替代效果仍不理想。有学者认为，UHPC就应该保持其的性能，不能为取得经济性去降低其品质，尤其是工业废料和机制砂等原材料质量不稳定，给UHPC质量控制带来困难。应将UHPC视为功能性材料，并通过结构创新来取得综合经济效益。
UHPC比混凝土具有更高的抗压强度和抗拉强度、更好的耐久性。部分应用中可以综合发挥各种性能优势，如在桥梁主体结构以及钢-UHPC组合桥面板等。然而一些实际应用中，这３个优势不一定能同时发挥作用，而是偏重某些性能的发挥，如对于某些通过发挥抗拉优势、省去普通钢筋和箍筋的应用存有争议，认为这可能会导致结构脆性破坏。
1、性能混凝土有明确的定义吗？
有，且比较清晰明确，但还没有形成国际上 统一的定义。性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC），因为一般需掺入短切钢纤维或聚合物纤维，也被称作性能纤维增强混凝土（Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete，简称UHPFRC）。UHPC不同于传统的高 强混凝土（HSC）和钢纤维混凝土（SFRC），也不是传统意义“混凝土（HPC）”的高强化，而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料， 较有代表性的定义和需要具备的特性如下：
● 是一种组成材料颗粒的级配达到佳的水泥基复合材料；
● 水胶比小于0.25，含有较高比例的微细短 钢纤维增强材料；
● 抗压强度不低于150MPa；具有受拉状态的韧性，开裂后仍保持抗拉强度不低于5MPa（法国要求7MPa）；
● 内部具有不连通孔结构，有很高抵抗气、 液体浸入的能力，与传统混凝土和混凝土（HPC）相比，耐久性可大幅度提高。
1994年法国学者De Larrard等将这类新材料称作UHPC（性能混凝土），由于该名称没 有商业色彩，而且能更好地表达这种水泥基材料或混凝土的性能，在国际上逐步被广泛接受 和采用。其中，“性能”表达的是混凝土（或水泥基复合材料）同时具备“强”、“高韧性 “和“高耐久性”等优良性能特征，与“混凝土（HPC）”内涵范围不同。因此，UHPC并不是 HPC的延伸或高强化，而是具有新本构关系和结构寿命的水泥基工程材料。
3、性能混凝土到底是混凝土还是砂浆？
传统上，混凝土和砂浆是以大骨料粒径来划分的。大骨料粒径超过5mm（或4.75mm）即含有粗骨料，是混凝土，否则是砂浆。有的UHPC 使用粗骨料，有的不使用粗骨料，所以UHPC既可以是混凝土，也可以是砂浆。但是从广义上说，我国普遍称之为混凝土骨料的aggregate（亦译成集料）除砂石等粗、细骨料外，还可以是各种纤维和例如加气混凝土中的气泡等，所以把砂浆叫做混凝土，并无可非议。
早的UHPC（丹麦Densit®）大骨料粒径 16mm。法国研发RPC时提出，为了提高材料的匀质性，不使用粗骨料，所使用细骨料的大粒径小于0.6mm。但是，使用粗骨料的UHPC在某些方面性能更好，如收缩小、耐磨性好等，而且搅拌的均匀性也更好。目前实际应用的UHPC，大骨料粒径大多在2mm~8mm。应根据UHPC用途、成本或特殊性能要求，确定UHPC适宜的大骨料 粒径。
性能混凝土的强度比钢材强度还高吗？
没有。UHPC是纤维增强增韧的水泥基复合材料，还可以进一步用钢筋增强。与其他材料相比，需要明确UHPC的增强增韧状态：
● 混凝土材料的抗拉强度与抗压强度的比值 （以下简称拉压比）随其抗压强度的增长而几乎呈直线下降。C10混凝土拉压比约为1/10，C80的则可下降到约1/18。UHPC基体（未掺用钢纤维 时）即强混凝土，脆性非常大（因材料抗拉 强度/抗压强度比值很低而使构件延性比很低）， 无法与韧性材料如钢材相比。
● 随钢纤维强度提高、掺量增大和尺寸、形状优化，以及基体强度的提高，UHPC成为韧性 或高韧性材料，抗拉强度大幅度提高（远远其他的各种水泥基材料，如图1所示），但比钢材抗拉强度还是要低约一个数量级（见表1 中对比）。
● 钢筋增强UHPC（也被称作CRC、HRUHPC 或R-UHPFRC），以及预应力高强钢筋UHPC的抗拉、抗弯强度可比传统高强钢筋混凝土的高出2个数量级，比较接近高强韧性钢材的强度（见表1 和图2中对比）。需要注意的是，UHPC作为复合材料或结构达到如此高强度，依靠的是钢材—钢纤维和钢筋的强度，因此，UHPC的本征强度不可能超过钢材。
与钢材相比，UHPC在强度方面并没有优势， 其优势主要是与传统的钢筋混凝土或钢纤维增强的钢筋混凝土相比，因表观密度（容重）相对较低，使构件比强度（强度/质量比）和比刚度（刚 度/质量比）可以达到并超过钢材的水平（见表1中对比），而且因具有一定的应变硬化的能力，可大大提高构件的延性比，适合建造轻质高强、高韧性的结构。
性能混凝土的高强度有多少？
目前，研究报告所获得的高抗压强度是 810MPa（即RPC800，使用短钢纤维和钢骨料， 50MPa压力压制成型试件，并采用250℃~400℃高温高压养护）。
UHPC获得强度的先决条件是获得高 密实度的基体混凝土（或砂浆）。按照丹麦H.H. Bache发展的DSP（Densified System with ultrafine Particles）理论，即：用充分分散的超细颗粒 （硅灰）填充在水泥颗粒堆积体系的空隙中，可以实现胶凝材料体系颗粒堆积致密化和非常低水胶比，从而使UHPC基体混凝土或砂浆具备 抗压强度。使用优化的钢纤维提高抗压、 抗拉强度和韧性。依靠机械性压力压实，采用常压或高压热养护，可以进一步提高UHPC密实度和强度。
如 今，常用 UHPC 抗压强度在 1 5 0 MPa ~250MPa范围。在此范围，采用常规的强制式搅 拌、密实方法（自密实或振动）成型和养护（常温保湿或常压蒸汽养护），就能够进行现浇和预制应用。UHPC的抗压强度通常只有质量指标的意 义，因为在结构应用中，主要关注的是UHPC抗拉或抗弯强度以及应变硬化。需要根据应用场合， 选用适宜的纤维品种和掺量，实现要求的UHPC 抗拉或抗弯强度；配置钢筋或预应力技术，实现 UHPC结构的轻质高强。
性能混凝土容易配制吗？
配制出UHPC不难，但工业化生产制备性能优良、稳定的UHPC并不容易。
UHPC制备理论经历了近40年发展，已经比较成熟，遵循的基本原则是使基体密实度大化。现在，配制UHPC的技术途径和使用材料呈现多样化发展，除了水泥和硅灰外，应用或研究的矿物原材料包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米碳管、磨细或分选超细粉煤灰、超细矿粉、超细水泥、稻壳灰、偏高岭土、石英 粉、玻璃粉，等等。因为原材料质量和性能要求较高、原材料种类增多以及使用纤维等，UHPC材料性能的影响因素多元和复杂，增加了生产质量控制的难度。
性能混凝土工程应用的瓶颈在哪？会广泛应用吗？
瓶颈在于还比较缺乏设计方法和规范，缺乏施工经验以及材料成本较高。
作为新型工程结构材料，需要新建立UHPC 的本构关系、设计方法和规范，作为应用的指导。至今，许多国家“设计规范”的瓶颈正逐步 被突破，法国、日本和韩国已有UHPC设计指南可以作为结构设计依据，有些国家和国际组织 （fib、ACI等）的规范或指南已经在起草或完善阶段。现浇施工、构件与产品预制技术，相关专 用生产、施工设备或机具，还处于开发或改进完善阶段。随着应用增多，预计施工与装备技术会快速进步。
在UHPC的材料成本构成中，钢纤维所占的比重大，达到UHPC总材料成本的一半以上；基体材料包括胶凝材料（水泥、硅灰等）、减水剂和骨料则属于通用的材料，虽需要“精挑细选”，成本也高，但高得有限。因此，提高纤 维的增强增韧效率，是降低UHPC材料成本的 关键。现在UHPC应用规模较小，也是其成本较高的原因。随着应用规模的增大，UHPC的原材料，特别是纤维的大规模工业化生产和充分的市场竞争，价格有望显著降低，使UHPC的成本降低。
与普通、高强 / 混凝土相比，由于 UHPC制备、施工技术的复杂性和较高的成本，决定了UHPC不会是普遍适用的工程材料，而是现代工程材料的有益补充，是用于解决工程中遇到的难题，建造性能更好、更美观的工程结构。然而，UHPC的价值和潜力，现在还远远没有得到 充分挖掘和有效利用，还面临的发展空间。UHPC的价值将体现在：
● 用于创新轻质高强韧性混凝土结构；在一些场合，降低结构或工程的综合建造成本；
● 建造耐久性和超长工作寿命的工程结构，低养护维修费用，获得比传统结构低的寿命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
● 应用UHPC建造的结构，具有显著的节材、 节能和减排效果，有利于可持续发展。决定了UHPC不会是普遍适用的工程材料，而是现代工程材料的有益补充，是用于解决工程中遇到的难题，建造性能更好、更美观的工程结构。然而，UHPC的价值和潜力，现在还远远没有得到充分挖掘和有效利用，还面临的发展空间。UHPC的价值将体现在：
● 用于创新轻质高强韧性混凝土结构；在一些场合，降低结构或工程的综合建造成本；
● 建造耐久性和超长工作寿命的工程结构，低养护维修费用，获得比传统结构低的寿命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
● 应用UHPC建造的结构，具有显著的节材、 节能和减排效果，有利于可持续发展。
