超高性能混凝土
超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。
“超高性能混凝土”包含两个方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力学性能(详见表1－普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比)：
表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土（活性粉末混凝土）材料性能对比
普通混凝土NSC
高性能混凝土HPC
超高性能混凝土UHPC
抗压强度(MPa)
20-40
40-96
170-227
水胶比
0.40-0.70
0.24-0.35
0.14-0.27
圆柱劈裂抗拉强度(MPa)
2.5-2.8
--
6.8-24
最大骨料粒经(mm)
19-25
9.5-13
0.4-0.6
孔隙率
20-25%
10-15%
2-6%
孔尺寸(mm)
--
--
0.000015
韧性
--
--
比NSC大250倍
断裂能(kN-m/m)
0.1-15
--
10-40
弹性模量(GPa)
14-41
31-55
55-62
断裂模量(第一条裂缝)(MPa)
2.8-4.1
5.5-8.3
16.5-22.0
极限抗弯强度(MPa)
20-62
透气性k(24小时40C)(mm)
3x10
0
0
吸水性(225小时)(kg/mm)
2x10
2.4x10
3.5x10
氯离子扩散系数(稳定状态扩散)(mm/s)
1x10
4.9x10
2x10
二氧化碳/硫酸盐渗透
--
--
无
抗冻融性能
10％耐久
90％耐久
100％耐久
抗表面剥蚀性能
表面剥蚀量>1
表面剥蚀量0.08
表面剥蚀量0.01
泊松比
0.11-0.21
--
0.19-0.24
徐变系数，Cu
2.35
1.6-1.9
0.2-0.8
收缩
--
养护后40-80x10
养护后<x10无自生收缩
流动性(工作性)(mm)
测量坍落度
测量坍落度
150-155
含气量
4-8%
2-4%
0
超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing)，其组成材料不同粒径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。早在1931年，Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生，称作CRC(Compact Reinforced Composite，密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过400MPa，使用烧结铝矾土作骨料，同时使用钢纤维提高材料的韧性，所以称作“复合材料”。受到当时高效减水剂性能的限制，CRC或早期UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇应用。上世纪九十年代，欧洲开展了合作研究项目，世界各地也广泛开展相关研究，这种材料获得一个新名称“活性粉末混凝土，简称RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。
UHPC与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，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的组成见表2。
表2：超高性能混凝土UHPC基本组成
kg/m
重量百分含量%
波特兰水泥(V型)
700-1010
27.0-38.0
硅灰
230-320
8.5-9.5
磨细石英砂
0-230
0.0-8.0
细砂
760-1050
39.0-41.0
金属纤维(~0.2x12.7mm)
150-190
5.5-8.0
高效减水剂
15-25
0.5-1.0
水
155-210
5.5-8.0
水/胶凝材料比
0.14-0.27
--
UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。
表3：法国第一座UHPC公路桥梁混凝土组成和性能
组成材料
kg/m
性能
波特兰水泥
1114
坍落流动度
630～640 mm
硅灰
169
28d 特征抗压强度(fck)
175 MPa
0-6mm骨料
1072
28d 特征抗拉强度(ftk)
8 MPa
纤维： 0.3mm直径x20mm长
234
28d 特征裂后抗拉强度
9.1 MPa
高效减水剂
40
弹性模量
64 GPa
水
209
比重
2800 kg/m
水/胶凝材料比
0.19
参考文献：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL