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表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土材料性能對(duì)比

超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是堆積密度理論(densified particle packing)，其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級(jí)顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級(jí)顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充，微米級(jí)顆粒堆積的間隙由亞微米級(jí)顆粒(硅灰)填充。早在1931年，Andressen就建立了堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而，直到上世紀(jì)七十年代末，在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上，采用該模型設(shè)計(jì)配制的第一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet(水泥與混凝土試驗(yàn)室)誕生，稱(chēng)作CRC(Compact Reinforced Composite，密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料)。CRC與目前的UHPC達(dá)到基本相同的力學(xué)性能，最高抗壓強(qiáng)度超過(guò)400MPa，使用燒結(jié)鋁礬土作骨料，同時(shí)使用鋼纖維提高材料的韌性，所以稱(chēng)作“復(fù)合材料”。受到當(dāng)時(shí)高效減水劑性能的限制，CRC或早期UHPC比較粘滯，振搗密實(shí)較困難，還不便于現(xiàn)澆應(yīng)用。上世紀(jì)九十年代，歐洲開(kāi)展了合作研究項(xiàng)目，世界各地也廣泛開(kāi)展相關(guān)研究，這種材料獲得一個(gè)新名稱(chēng)“活性粉末混凝土，簡(jiǎn)稱(chēng)RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名稱(chēng)形成于本世紀(jì)，因?yàn)榕c早期的CRC或RPC相比，隨著設(shè)計(jì)理論的完善、超高效減水劑(聚羧酸系)問(wèn)世和配制技術(shù)的進(jìn)步，這種材料已具備了普通混凝土的施工性能，甚至可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，可以常溫養(yǎng)護(hù)，已經(jīng)具備廣泛應(yīng)用的條件。

UHPC與普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必須使用硅灰和纖維(鋼纖維或復(fù)合有機(jī)纖維)，水泥用量較大，水膠比很低。UHPC的組成見(jiàn)表2。

表2：超高性能混凝土UHPC（鋼纖維）基本組成

UHPC堪稱(chēng)耐久性最好的工程材料，適當(dāng)配筋的UHPC力學(xué)性能接近鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)UHPC具有優(yōu)良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特別適合用于大跨徑橋梁、抗爆結(jié)構(gòu)(軍事工程、銀行金庫(kù)等)和薄壁結(jié)構(gòu)，以及用在高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。目前，UHPC已經(jīng)在一些實(shí)際工程中應(yīng)用，如大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁(實(shí)例見(jiàn)表3)、薄壁筒倉(cāng)、核廢料罐、鋼索錨固加強(qiáng)板、ATM機(jī)保護(hù)殼，等等。可以預(yù)計(jì)，還會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用。

表3：法國(guó)第一座UHPC（鋼纖維）公路橋梁混凝土組成和性能