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性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete,简称UHPC),因为一般需掺入钢纤维或高强聚合物纤维,也被称作性能纤维增强混凝土。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。

上世纪七十年代初的一些试验研究证实,提高水泥净浆的密实度,可以有效提高强度。丹麦学者H.H. Bache教授发展的DSP(Densified System with Ultra-Fine 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,实现颗粒堆积致密化。借助减水剂的分散作用,硅灰颗粒填充占据了水泥颗粒间的空隙即大量原本是水填充的空间,从而大幅度减小固体颗粒堆积的空隙率以及浆体的需水量,DSP体系可以使水胶比降低到0.10~0.20的低水平。使用高强骨料,DSP基体混凝土的抗压强度可以达到280MPa,但脆性非常大;同时使用钢纤维增强增韧(即UHPC),抗压强度可达到400MPa(常温养护)。更进一步,法国使用高压成型和高温高压(压蒸)养护的活性粉末混凝土(RPC),高抗压强度达到了800MPa。

单纯的抗压强度往往伴随着“脆性”,并不意味“性能”。UHPC的“力学性能”更主要体现在抗拉强度(单轴抗拉和弯曲抗拉强度)和高韧性,这依靠加入短纤维来实现。早期使用直径0.15~0.4mm、长度6~12mm的平直光圆钢纤维,可将UHPC的抗拉强度提高到30Ma,断裂能达到1,500~40,000 N/m(钢纤维体积含量2%~12%),使UHPC跨入韧性、高韧性材料的行列(断裂能超过1,000J/m2划分为韧性材料)。现在,使用异形,特别是扭转形高强钢纤维,可以进一步提高UHPC的抗拉强度、变形能力、韧性或断裂能。此外,高强高模的聚乙烯醇(PVA)纤维也用于UHPC的增强与增韧;聚乙烯(PP)纤维用于提高UHPC的耐火能力。

性能混凝土通常会采用硅酸盐水泥、硅灰、石英粉、细硅砂、减水剂、水、钢或有机纤维等高强度韧性材料为原料。

性能混凝土广泛应用于桥梁、隧道、高层建筑、水利工程等领域,能够提供更安全、耐久和可靠的结构。此外,性能混凝土还可以用于制造特殊构件,如梁、板、柱等,具有出色的抗震性能和结构效益。随着技术的不断进步,性能混凝土将在未来的建筑领域发挥更重要的作用。

性能混凝土与普通混凝土、混凝土不同之处在于:不使用粗骨料,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。性能混凝土的组成见表2。

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