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超高性能混凝土(UHPC)

超高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,具有超高强度、高韧性、高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。

超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(Densified particle packing),骨料采用不同粒径的颗粒,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,这种设计理念决定了UHPC优异的微观孔结构,因此其力学性能与耐久性能都得到了大幅度的提升。超高性能混凝土有以下技术特点:(1)低水胶比,水胶比设计要求在0.14~0.27之间;(2)抗压强度高,目前大多数UHPC的强度在120~180MPa之间;(3)韧性好,UHPC的韧性提升最高可达普通混凝土的250倍左右;(4)低孔隙率,UHPC的孔隙率大多在2%~6%之间,比普通混凝土降低了10倍左右,且孔结构组成中大多为15nm以下的微孔(无害孔)。

UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和薄壁结构,以及高磨蚀、高腐蚀环境中的结构新建与加固中。目前,UHPC已经在一些实际工程中应用,如大跨径桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳等等。

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC),也是超高性能混凝土的一种。RPC以水泥和矿物掺合料等活性粉末材料、细骨料、外加剂、高强度微细钢纤维和/或有机合成纤维等原材料生产的超高强增韧混凝土。RPC材料的强度可按抗压强度分为100MPa级、120MPa级、140MPa级、160MPa级和180MPa级。

RPC宜采用I级粉煤灰、S95级以上等级的粒化高炉矿渣粉和G85级以上等级的钢铁渣粉。RPC120以上等级的活性粉末混凝土所采用的骨料宜为单颗粒石英砂和石英粉,采用石英砂和石英粉配制需要压蒸养护。宜选用高性能减水剂,减水剂的减水率宜大于30%。纤维宜采用高强度微细纤维。

RPC具有高抗拉强度和由抗拉强度决定的高抗剪强度,这使RPC结构可以直接承受剪力,取消梁中的附加抗剪钢筋,设计出更薄的截面及更加新颖且合理的截面形式。加之RPC的韧性极好,可以生产综合成本低、使用寿命高、耐久性强的预制构件,可用于市政工程中的大跨度立交桥、行人过街天桥、城市轻轨高架桥等。RPC的超高强度及高韧性与预应力技术结合,在保证结构的整体刚度的同时可进一步增加跨度,可替代工业厂房的钢屋架和高层、超高层中的上部钢结构。

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