性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete,簡稱UHPC),因為一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維,也被稱作性能纖維增強混凝土。UHPC不同于傳統的高強混凝土(HSC)和鋼纖維混凝土(SFRC),也不是傳統意義“混凝土(HPC)”的高強化,而是性能指標明確的新品種水泥基結構工程材料。
UHPC屬于現代材料,了水泥基材料(混凝土或砂漿)與纖維、鋼材(鋼筋或高強預應力鋼筋)的復合模式,大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率,使水泥基結構材料的全面性能發(fā)生了跨越式進步。使用UHPC可以建造輕質高強和高韌性的結構,改變混凝土結構“肥梁胖柱”狀態(tài);其結構所擁有的耐久性和工作壽命,遠遠鋼、鋁、塑料等其它所有結構材料。
UHPC在上世紀七十年代末起源于丹麥,八、九十年代在歐洲進行了比較系統深入的研究,并開始在小型工程和制品上應用。進入本世紀,在歐美、日韓等許多均將UHPC作為新型、未來的或戰(zhàn)略性工程材料進行研究與發(fā)展,法國和日本了設計指南。目前,UHPC的配制、生產、施工和預制技術已經趨于成熟,結構性能與設計規(guī)范正處于發(fā)展完善過程,工程結構與制品的應用不斷新進展,定期舉辦UHPC/UHPFRC研討會進行學術交流。
上世紀七十年代初的一些試驗研究證實,提高水泥凈漿的密實度,可以有效提高強度。丹麥學者H.H. Bache教授發(fā)展的DSP(Densified System with Ultra-Fine Particles)理論,即:用充分分散的超細顆粒(硅灰)填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中,實現顆粒堆積致密化。借助減水劑的分散作用,硅灰顆粒填充占據了水泥顆粒間的空隙即大量原本是水填充的空間,從而大幅度減小固體顆粒堆積的空隙率以及漿體的需水量,DSP體系可以使水膠比降低到0.10~0.20的低水平。使用高強骨料,DSP基體混凝土的抗壓強度可以達到280MPa,但脆性非常大;同時使用鋼纖維增強增韌(即UHPC),抗壓強度可達到400MPa(常溫養(yǎng)護)。更進一步,法國使用高壓成型和高溫高壓(壓蒸)養(yǎng)護的活性粉末混凝土(RPC),高抗壓強度達到了800MPa。
性能混凝土密度大、表面光潔度高、質地細膩,有溫潤如玉之感,加上其的物理性能,且可塑性,可以實現更多復雜多變的造型。
具有較強的防火、抗爆和抗沖擊能力,UHPC可廣泛用于軍事工程、銀行金庫等薄壁工程,適當配筋和鋼結構性能相當。
性能混凝土與普通混凝土、混凝土不同之處在于:不使用粗骨料,使用硅灰和纖維(鋼纖維或復合有機纖維),水泥用量較大,水膠比很低。性能混凝土的組成見表2。
目前,性能混凝土已經在實際工程中得到應用,如大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁、薄壁筒倉、核廢料罐、鋼索錨固加強板、ATM機保護殼等??梢灶A計,未來性能混凝土會有越來越多的應用。圖1為性能混凝土構件及試驗。
軌道交通橋梁面層與橋梁加固
根據性能混凝土特性及已成功實施的工程實例,結合上海軌道交通工程建設的需求,如橋梁改造特別是橋面系工程、預制樓梯工程、隧道疏散平臺板、車站上排熱風道板等,進行有針對性的性能混凝土應用研究,并進行經濟性分析,可為新材料在重大工程中的應用奠定基礎。性能混凝土的應用將促進城市軌道交通建設工程向預制裝配式發(fā)展。