银川UHPC发展-超高性能混凝土(UHPC) 技术的新进展

　　上世纪90年代，UHPC作为一种先进材料问世，但其应用因价格昂贵、自收缩过大和缺乏专门设计与施工规范或规程而受限。人们不得不等到2000年才看到欧洲、美国和亚洲等地通过材料改进克服了诸多不足。这些改进可以实现材料降价，激发对施工规范或指南以及UHPC在结构中应用相关的技术研究。这也启动了UHPC在实际结构中的应用，并加快了技术发展的速度。

　　超高性能混凝土(UHPC)研发现状

　　“UHPC”自1994年出现并被定义成抗压强度高于150MPa的混凝土以来，作为下一代混凝土，它引发了人们浓厚的兴趣，并成为了研发的主题。UHPC现已广泛应用于建筑物、道路与人行桥以及其他结构中。在法国、德国、捷克等欧洲国-家，日本、中国、韩国等亚洲国-家以及北美地区，混凝土的研发工作正如火如荼地加以推进。

　　上世纪70年代，在业界不断努力攻克混凝土的不足(如抗拉强度极低、韧性低和能量吸收能力差)之后，通过添加钢纤维使材料具有超高强度和高韧性，从而成功开发出超高性能混凝土。UHPC在数十年中得以发展。有实验室采用特定制造工艺(如真空搅拌、高压/热固)开发出了抗压强度为230MPa和510MPa的超高强度混凝土。但在当时，由于制造方法复杂和技术限制等因素，这些混凝土并无市场可寻，但可称为对UHPC开发的尝试。

　　上世纪80年代早期，聚合物的添加和极低水-粘料比的采用诞生了无宏观缺陷(MDF)水泥，其抗压强度超过200 MPa。然而，由于制造过程复杂、材料成本高等缘故，MDF 水泥的应用情况并不乐观。此后，UHPC研发中开始使用强塑剂、硅粉和钢纤维，但由于无法找到合适的混合物成分解决流动性问题，研发工作无法延伸到施工现场。随后又开发出了致密微粒(DSP)，作为采用高二氧化硅(SiO2) 含量的硅粉制造超高强度混凝土的新方法。在此之后，通过添加钢纤维，提高混凝土的弯拉强度和抗拉强度，相继开发出砂浆渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)和密筋混凝土(CRC)。

　　1994年，de Larrard引入术语“UHPC”。1995年， Pierer和Marcel开发出抗压强度为200-800MPa的活性粉末混凝土(RPC)。如今被公认为UHPC开发重大里程碑的RPC， 采用了超高强度钢纤维增强砂浆、热固/高温固化和基于微填料理论的配合比设计，使得混凝土具有从前无法实现的出色流动性。

　　上世纪90年代末，在RPC技术基础之上，商业化超高性能混凝土Ductal 问世。随后，埃法日集团联合SIKA公司开发出了BSI/Ceracem?。尽管加拿大成功修建了Sherbrooke大桥(RPC结构，建于1997年)，但由于材料成本较高并且要求高温固化，RPC在实际结构施工中的广泛应用仍受到了阻碍。

　　2000年，我们见证了全球各个国--家UHPC开发的起步。矿物粘料和强塑剂的应用所取得的进步，使得UHPC的制造和生产都变得极为容易。从那之后，各个国--家都在积极开展研究工作，改善材料性能(如抗压强度、抗拉强度、收缩、蠕变等)和UHPC的耐久性。特别指出的是，为通过寻求材料成分(如：飞灰、矿渣、硅粉、钢纤维等)优化解决方案和固化方式来降低UHPC制造成本，进行了各种尝试。在UHPC材料特性方面，Stiel et al. 于2004年根据纤维取向，研究了力学性质变化，Acker在2004年研究了混凝土的蠕变和收缩特性。到目前为止，法国、德国、日本、澳大利亚、美国和韩国还进行了各种分析研究和实验研究， 弄清弯曲特性、抗拉性能、抗剪性能、粘结性能和扭转特性等UHPC结构性能。

　　2001年，美国联邦公路局(FHWA) 开始研究公路基础设施中应用UHPC的可行性，并且自2002 年起，联合运输部开展深入调研。2002年，法国发布首条建议，包括UHPC的物理性质、耐久性和在结构应用中所需的设计指南。2006年，日本也发布了超高强度纤维增强型混凝土(UHFRC)设计与施工建议草案。2005～2012年，德国投入1200万欧元(由德国科学基金会资助)，用于由20 家研究院牵头的34个研究项目中，制定可靠的UHPC相关规范和标准。而在韩国，自2002年起，KICT完成了“桥200” 和“超级桥200”项目，并成功实现180-MPa级超级混凝土(K-UHPC)的商业化。作为后续项目，KICT将联合学术界以及设计和建筑企业，在2013到2018年间实施“2020超级结构”项目，项目公募与私募基金为340亿韩元，用于开发可现场浇筑和车间预制的、抗压强度为80-180MPa的低成本、耐久、优质混凝土。

　　2010年之后，人们开始关注碳纳米纤维、纳米二氧化硅和石墨烯等纳米材料。UHPC领域采用纳米技术，有望改善UHPC性能和进一步解决材料收缩等问题。截至2016 年3月，全球共建有88座UHPC桥(70座道路桥和18座人行桥)，另外还有30座UHPC新桥正在建设中。如今，UHPC是国际公认的下一代混凝土，并且在力图实现耐久性和降低成本等性能改善的各种研发工作的支持下，应用于各种施工现场。