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        超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是一種創(chuàng)新性極高的水泥基工程材料，具有優(yōu)異的耐久性和超高的力學(xué)性能。其中以DSP為膠凝材料的超高性能混凝土，最早起源于丹麥的阿爾堡水泥公司，后由法國(guó)的拉法基公司發(fā)展和改進(jìn)成活性粉末混凝土RPC，并向全世界推廣。

        UHPC的“超高力學(xué)性能”主要體現(xiàn)在超高抗拉強(qiáng)度（單軸抗拉和彎曲抗拉強(qiáng)度）和高韌性，這依靠加入短纖維來實(shí)現(xiàn)。早期使用直徑0.15~0.4mm、長(zhǎng)度6~12mm的平直光圓鋼纖維，可將UHPC的抗拉強(qiáng)度提高到30MPa，斷裂能達(dá)到20,000~40,000 N/m（鋼纖維體積含量2%~12% ，詳見表1），使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列（斷裂能超過1,000J/m2劃分為韌性材料）。現(xiàn)在，使用異形，特別是扭轉(zhuǎn)形高強(qiáng)鋼纖維，可以進(jìn)一步提高UHPC的抗拉強(qiáng)度、變形能力、韌性或斷裂能。此外，高強(qiáng)高模的聚乙烯醇（PVA）纖維也用于UHPC的增強(qiáng)與增韌；聚乙烯（PP）纖維用于提高UHPC的耐火能力。

        UHPC的“超高力學(xué)性能”主要體現(xiàn)在超高抗拉強(qiáng)度（單軸抗拉和彎曲抗拉強(qiáng)度）和高韌性，這依靠加入短纖維來實(shí)現(xiàn)。早期使用直徑0.15~0.4mm、長(zhǎng)度6~12mm的平直光圓鋼纖維，可將UHPC的抗拉強(qiáng)度提高到30MPa，斷裂能達(dá)到1,500~40,000 N/m（鋼纖維體積含量2%~12% ，詳見表1），使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列（斷裂能超過1,000J/m2劃分為韌性材料）。現(xiàn)在，使用異形，特別是扭轉(zhuǎn)形高強(qiáng)鋼纖維，可以進(jìn)一步提高UHPC的抗拉強(qiáng)度、變形能力、韌性或斷裂能。此外，高強(qiáng)高模的聚乙烯醇（PVA）纖維也用于UHPC的增強(qiáng)與增韌；聚乙烯（PP）纖維用于提高UHPC的耐火能力。

        UHPC的抗壓與抗拉強(qiáng)度大幅度超越其它水泥基材料。在變形能力方面，UHPC可以在相對(duì)低的纖維含量水平實(shí)現(xiàn)拉伸“應(yīng)變硬化”行為，即單軸受拉經(jīng)歷彈性階段，出現(xiàn)多微裂縫，纖維抗拉作用啟動(dòng)；隨后拉應(yīng)力上升，進(jìn)入非彈性的應(yīng)變硬化階段（類似鋼材的“屈服”）；達(dá)到開裂后最大拉應(yīng)力（抗拉強(qiáng)度），出現(xiàn)個(gè)別裂縫在局部擴(kuò)展，之后拉應(yīng)力下降，進(jìn)入軟化階段。“應(yīng)變硬化”是韌性材料的重要特征，體現(xiàn)短纖維增強(qiáng)增韌效果“質(zhì)”的變化，目前只有ECC（高延性水泥基復(fù)合材料）和UHPC可以實(shí)現(xiàn)“應(yīng)變硬化”。普通和高強(qiáng)纖維混凝土（FRC、HSFRC）開裂即軟化，纖維強(qiáng)度未能有效發(fā)揮，故提高韌性的作用有限。

        鋼纖維增強(qiáng)增韌的UHPC，再與高強(qiáng)鋼筋或鋼絞線復(fù)合應(yīng)用制作的梁（CRC或HRUHPC梁），抗彎承載能力接近鋼梁的水平且抗彎行為相似（圖2）。結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，UHPC還有更大潛力用于建造大跨度或輕質(zhì)高強(qiáng)、高韌的結(jié)構(gòu)，至今已經(jīng)發(fā)展出多種橋梁結(jié)構(gòu)。

超高性能混凝土（UHPC）結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)自重較小、設(shè)計(jì)自由度大、韌性好、耐久性高，結(jié)構(gòu)壽命長(zhǎng)，符合可持續(xù)發(fā)展。

        UHPC具有非常好的微裂縫自愈能力。由于水膠比非常低，UHPC拌和水量?jī)H能供部分水泥水化，絕大多數(shù)水泥顆粒的內(nèi)部處于未水化的狀態(tài)。因此，當(dāng)水或水汽進(jìn)入U(xiǎn)HPC的裂縫時(shí)，暴露在裂縫表面未水化部分的水泥顆粒就會(huì)“繼續(xù)”水化；結(jié)合了外界水分的水化產(chǎn)物體積大于水泥熟料體積，多出來的體積能夠填堵裂縫。試驗(yàn)和工程驗(yàn)證表明，UHPC的裂縫自愈不僅能夠封閉微裂縫降低滲透性和保持良好耐久性，同時(shí)還起“膠結(jié)”裂縫作用，可在一定程度上恢復(fù)混凝土因裂縫降低的力學(xué)性能。

        UHPC的耐久性能中，表面鋼纖維的銹蝕一直令人關(guān)注。靠近結(jié)構(gòu)表面的鋼纖維保護(hù)層很小，還可能露出表面，在潮濕或腐蝕性環(huán)境中（氯鹽、酸性等環(huán)境），表面鋼纖維有較快發(fā)生銹蝕的可能性。目前10~15年的試驗(yàn)和實(shí)際工程觀察表明，只要鋼纖維不露出表面，UHPC密實(shí)的基體能夠非常有效地保護(hù)鋼纖維不銹蝕，露出表面鋼纖維的銹蝕沒有擴(kuò)展到內(nèi)部，僅限于表面，但會(huì)影響表面美觀。因此，對(duì)于有裝飾功能的UHPC結(jié)構(gòu)，需要采取措施防止鋼纖維暴露或使用不銹蝕纖維。

        與鋼結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于高耐久性和幾乎沒有維護(hù)費(fèi)用，并容易達(dá)到建筑防火要求。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)壽命可成倍提高。根據(jù)理論分析、現(xiàn)有的暴露試驗(yàn)以及實(shí)際工程檢驗(yàn)的結(jié)果，在腐蝕性自然環(huán)境中（如海洋環(huán)境）UHPC結(jié)構(gòu)壽命可以超過200年；在非腐蝕環(huán)境UHPC結(jié)構(gòu)壽命（如城市建筑）可以達(dá)到1000年。相對(duì)保守的日本指南認(rèn)為，在正常使用環(huán)境條件下，UHPC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作壽命為100年。耐久性中的碳化、鋼纖維與鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、硫酸鹽侵蝕和堿-骨料反應(yīng)屬于免檢項(xiàng)目，但重化學(xué)腐蝕和耐火性能是需要檢驗(yàn)的項(xiàng)目。

        UHPC屬于高效率使用膠凝材料或水泥的混凝土，同時(shí)也是最低碳的混凝土材料。通過具體工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算比較，可以量化分析UHPC的節(jié)材、節(jié)能和減排效果。定量分析表明：UHPC橋梁可節(jié)省材料體積24~50% ，節(jié)省材料重量35~60%；節(jié)能54%；減少直接排放CO2和全球變暖潛能GWP（當(dāng)量CO2排放）分別達(dá)到59%和44%。