吳一鵬

摘? ? 要：近年來，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國的各類工程建設(shè)數(shù)量也在不斷增加?；炷潦钱?dāng)今用量最大的建筑材料，與其他建筑材料相比，混凝土生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。從社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的角度來看，在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，混凝土仍是應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料。本文就超高性能混凝土應(yīng)用進(jìn)展展開探討。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土;工程應(yīng)用;耐久性

1? 引言

自超高性能混凝土問世以來，關(guān)于超高性能混凝土的原材料、生產(chǎn)工藝、養(yǎng)護(hù)方式、力學(xué)性能、耐久性能、水化微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了許多的研究，在實(shí)際工程中也得到了應(yīng)用。雖然中國對超高性能混凝土的研究有些晚，但也已成為研究的熱點(diǎn)，本文綜述超高性能混凝土的研究和應(yīng)用。

2? UHPC制備基本原理

對普通混凝土的研究，人們認(rèn)識(shí)到混凝土作為一種多孔的不均勻材料，孔結(jié)構(gòu)是影響其強(qiáng)度的主要因素，而固體混合物的顆粒體系所具有的高堆積密實(shí)度是混凝土獲得高強(qiáng)度的關(guān)鍵。因此，減小孔隙率、優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)、提高密實(shí)度、摻入纖維是UHPC制備的基本原理和主要方法，以RPC為例，其獲得超高性能的主要途徑有以下幾種：（1）剔除粗骨料，限制細(xì)骨料的最大粒徑不大于300μm，提高了骨料的均勻性。（2）通過優(yōu)化細(xì)骨料的級配，使其密布整個(gè)顆?？臻g，增大了骨料的密實(shí)度。（3）摻入硅粉、粉煤灰等超細(xì)活性礦物摻合料，使其具有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，減小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。（4）在硬化過程中，通過加壓和熱養(yǎng)護(hù)，減少化學(xué)收縮，并將C-S-H轉(zhuǎn)化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材料的微觀結(jié)構(gòu)。（5）通過添加短而細(xì)的鋼纖維，改善材料延性。中國正在制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（征求意見稿）中對RPC的定義為：以水泥、礦物摻合料、細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī)合成纖維等原料生產(chǎn)的超高性能纖維增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土。從上述定義可見，它對養(yǎng)護(hù)制度、配合比中的一些組分并沒有嚴(yán)格的限制，如有些結(jié)構(gòu)需要現(xiàn)場澆注，蒸壓養(yǎng)護(hù)較為困難而采用常規(guī)養(yǎng)護(hù)時(shí)，如果骨料強(qiáng)度高且表面粗糙，也可得到強(qiáng)度為200MPa的RPC。UHPC基于RPC的制備原理，如采用小粒徑骨料，摻入鋼纖維和采用蒸壓養(yǎng)護(hù)等，但是對骨料的粒徑、養(yǎng)護(hù)制度、配合比中的組分等則沒有嚴(yán)格的限制，如采用常規(guī)養(yǎng)護(hù)工藝也可配制出強(qiáng)度超過150MPa的UHPC。

3? 超高性能混凝土參數(shù)與傳統(tǒng)混凝土對比

超高性能混凝土包含兩個(gè)方面的“超高”，即超高的耐久性和超高的力學(xué)性能。超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是最大堆積密度理論（DensifiedParticlePacking），其組成材料中不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級顆粒（骨料）堆積的間隙由微米級顆粒（水泥、粉煤灰、礦粉）填充，微米級顆粒堆積的間隙由亞微米級顆粒（硅灰）填充。與早期的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）的問世和配制技術(shù)的進(jìn)步，超高性能混凝土已具備普通混凝土的施工性能，甚至可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，常溫養(yǎng)護(hù)，具備廣泛的應(yīng)用條件。超高性能混凝土與普通混凝土、高性能混凝土不同之處在于：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。超高性能混凝土堪稱耐久性最好的工程材料，適當(dāng)配筋的超高性能混凝土力學(xué)性能接近鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有優(yōu)良的耐磨和抗爆性能。因此，超高性能混凝土特別適合用于大跨徑橋梁、抗爆結(jié)構(gòu)（軍事工程、銀行金庫等）和薄壁結(jié)構(gòu)以及高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。目前，超高性能混凝土已經(jīng)在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，如大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁、薄壁筒倉、核廢料罐、鋼索錨固加強(qiáng)板、ATM機(jī)保護(hù)殼等。可以預(yù)計(jì)，未來超高性能混凝土?xí)性絹碓蕉嗟膽?yīng)用。

4? 超高性能混凝土在中國的應(yīng)用

國外將超高性能混凝土成功應(yīng)用于橋梁、地鐵、大壩、樓梯、陽臺(tái)等工程中。2005年，沈陽用超高性能混凝土（C140）預(yù)制了工業(yè)廠房的梁板，是超高性能混凝土在中國的第一次應(yīng)用。歐維姆公司用超高性能混凝土替代鑄鐵或鑄鋼件，熱養(yǎng)護(hù)的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度分別為325MPa，自然養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度為187MPa。中鐵十九局成功將超高性能混凝土應(yīng)用于石武客專的電纜槽蓋板中。該工程用水泥、礦渣粉、硅灰、石英砂、鋼纖維制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度139.9MPa。超高性能混凝土在京石客運(yùn)專線蓋板工程中也得到了成功應(yīng)用，用水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土坍落擴(kuò)展度為550mm，含氣量為2.2%，抗壓強(qiáng)度為142.9MPa，抗折強(qiáng)度為19.6MPa。哈齊客運(yùn)專線用水泥、硅灰、粉煤灰、礦粉、石英砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度為175.8MPa，抗折強(qiáng)度為24.7MPa，氯離子滲透量為13C，經(jīng)500次凍融循環(huán)后混凝土質(zhì)量無損失。哈大客運(yùn)專線用水泥、摻合料、石英砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度141MPa，抗折強(qiáng)度19MPa。在鄭開城際鐵路HNCJS-3標(biāo)橋梁工程中的電纜槽蓋板成功應(yīng)用了超高性能混凝土。工程用水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、鋼纖維制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土滿足工程的要求。在遷曹鐵路灤柏干渠大橋工程中，首次采用超高性能混凝土制作多孔預(yù)應(yīng)力簡支T形梁。用水泥、硅灰、礦粉、粉煤灰、石英砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土28d抗壓強(qiáng)度128.7MPa，抗折強(qiáng)度22.8MPa。為徹底消除掛檐板松脫隱患等問題，超高性能混凝土掛檐板在北京四惠立交東向北匝道橋掛檐板更換施工中得到了成功應(yīng)用。用水泥、摻合料、石英砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超性能混凝土抗壓強(qiáng)度為149MPa，抗折強(qiáng)度為21.5MPa，彈性模量為51GPa，500次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率為0.9%，相對動(dòng)態(tài)彈性模量為90%。為了節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境，采用生態(tài)型超高性能混凝土生產(chǎn)人行道蓋板，用水泥、硅灰、粉煤灰、天然河砂、鋼纖維等制備了超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度為150.3MPa，抗折強(qiáng)度為19.6MPa，彈性模量為50.6GPa，氯離子滲透量為33.2C，抗凍性>F500。

5? 結(jié)語

UHPC自出現(xiàn)以來，研究熱度不斷提高，應(yīng)用數(shù)量、范圍和地區(qū)在不斷擴(kuò)大，各種標(biāo)準(zhǔn)也在不斷制訂與更新之中。中國在UHPC提出不久就緊跟國際學(xué)術(shù)前沿，持續(xù)不斷地開展研究和應(yīng)用，已成為國際UHPC研究的重要力量，為更多的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著對研究投入的加大和研究人員的不斷增加，研究的廣度、深度與系統(tǒng)性也不斷增強(qiáng)，UHPC標(biāo)準(zhǔn)制訂與更新也在不斷進(jìn)行中，必將對中國土木工程節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)，也有望在不久的將來成為UHPC研究與應(yīng)用的世界強(qiáng)國。

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