uhpc是什么材料？UHPC，超高性能混凝土，俗稱液態(tài)金屬。其抗壓強(qiáng)度達(dá)150MPa，約是傳統(tǒng)混凝土強(qiáng)度的4倍。超高性能混凝土有明確的定義嗎？
有，且比較清晰明確，但還沒有形成國際上統(tǒng)一的定義。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC），因?yàn)橐话阈钃饺攵糖袖摾w維或聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete，簡稱UHPFRC）。UHPC不同于傳統(tǒng)的高強(qiáng)混凝土（HSC）和鋼纖維混凝土（SFRC），也不是傳統(tǒng)意義“高性能混凝土（HPC）”的高強(qiáng)化，而是性能指標(biāo)明確的新品種水泥基結(jié)構(gòu)工程材料，較有代表性的定義和需要具備的特性如下：

●是一種組成材料顆粒的級(jí)配達(dá)到最佳的水泥基復(fù)合材料；
●水膠比小于0.25，含有較高比例的微細(xì)短鋼纖維增強(qiáng)材料；
●抗壓強(qiáng)度不低于150MPa；具有受拉狀態(tài)的韌性，開裂后仍保持抗拉強(qiáng)度不低于5MPa（法國要求7MPa）；
●內(nèi)部具有不連通孔結(jié)構(gòu)，有很高抵抗氣、液體浸入的能力，與傳統(tǒng)混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性可大幅度提高。
超高性能混凝土與活性粉末混凝土有什么差異？
活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）是UHPC中的一個(gè)產(chǎn)品名稱。
商業(yè)化生產(chǎn)供應(yīng)的UHPC產(chǎn)品均為專利配方產(chǎn)品，有獨(dú)自的名稱或商標(biāo)。最早的UHPC專利是丹麥H.H.Bache在1979年申請的，20世紀(jì)80年代他所在公司注冊商業(yè)化產(chǎn)品商標(biāo)為Densit?，至今仍由Densit公司使用和營銷。到上世紀(jì)90年代，法國出現(xiàn)多個(gè)UHPC產(chǎn)品品牌，包括RPC、Ductal、BSI、CEMTEC、BCV等，其中Ductal?是拉法基公司的產(chǎn)品商標(biāo)，RPC則是Bouygues公司產(chǎn)品名稱。
有關(guān)RPC的研發(fā)、性能介紹和宣傳較多，知名度相對(duì)較高。1999年清華大學(xué)教授覃維祖等發(fā)表文章“一種超高性能混凝土－活性粉末混凝土”，最早以“活性粉末混凝土（RPC）”名稱介紹UHPC，并與其研究生曹峰進(jìn)行試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了RPC相同的力學(xué)性質(zhì)；北京科技大學(xué)教授劉娟紅和北京建筑大學(xué)教授宋少民在2013出版編著的《活性粉末混凝土》中系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外有關(guān)研究成果；2015年我國頒布了RPC的國標(biāo)《活性粉末混凝土》（GB/T 31387-2015）。目前，RPC在中國還與UHPC并列使用。
1994年法國學(xué)者De Larrard等將這類新材料稱作UHPC（超高性能混凝土），由于該名稱沒有商業(yè)色彩，而且能更好地表達(dá)這種水泥基材料或混凝土的優(yōu)越性能，在國際上逐步被廣泛接受和采用。其中，“超高性能”表達(dá)的是混凝土（或水泥基復(fù)合材料）同時(shí)具備“超高強(qiáng)”、“高韌性“和“高耐久性”等優(yōu)良性能特征，與“高性能混凝土（HPC）”內(nèi)涵范圍不同。因此，UHPC并不是HPC的延伸或高強(qiáng)化，而是具有新本構(gòu)關(guān)系和結(jié)構(gòu)壽命的水泥基工程材料。
超高性能混凝土到底是混凝土還是砂漿？

傳統(tǒng)上，混凝土和砂漿是以最大骨料粒徑來劃分的。最大骨料粒徑超過5mm（或4.75mm）即含有粗骨料，是混凝土，否則是砂漿。有的UHPC使用粗骨料，有的不使用粗骨料，所以UHPC既可以是混凝土，也可以是砂漿。但是從廣義上說，我國普遍稱之為混凝土骨料的aggregate（亦譯成集料）除砂石等粗、細(xì)骨料外，還可以是各種纖維和例如加氣混凝土中的氣泡等，所以把砂漿叫做混凝土，并無可非議。
最早的UHPC（丹麥Densit?）最大骨料粒徑16mm。法國研發(fā)RPC時(shí)提出，為了提高材料的勻質(zhì)性，不使用粗骨料，所使用細(xì)骨料的最大粒徑小于0.6mm。但是，使用粗骨料的UHPC在某些方面性能更好，如收縮小、耐磨性好等，而且攪拌的均勻性也更好。目前實(shí)際應(yīng)用的UHPC，最大骨料粒徑大多在2mm~8mm。應(yīng)根據(jù)UHPC用途、成本或特殊性能要求，確定UHPC適宜的最大骨料粒徑。
超高性能混凝土具有什么性能特點(diǎn)？
UHPC的性能特點(diǎn)可以用“超高強(qiáng)、高韌性和高耐久性”來概括。
“超高強(qiáng)”指UHPC可實(shí)現(xiàn)水泥基材料強(qiáng)度（抗壓、抗拉、抗彎、抗剪、抗沖擊等強(qiáng)度）跨越式的提高，更重要的是UHPC能夠有效利用鋼纖維的強(qiáng)度及其與膠凝材料漿體的緊密粘接來實(shí)現(xiàn)拉伸的“應(yīng)變硬化”行為（如圖1所示，類似鋼材的“屈服”），有較大的變形能力；鋼纖維體積摻量1%~2%的UHPC就能跨入韌性材料的行列（見表1，斷裂能超過1000N/m的材料被劃分為韌性材料）。UHPC可大幅度提高鋼在混凝土中的強(qiáng)度利用效率，形成混凝土、鋼纖維、鋼筋更加協(xié)調(diào)的鋼-混凝土復(fù)合的新模式，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)和高韌性。此外，還可制備具有優(yōu)良耐磨、抗沖擊、抗爆和耐高溫等性能的UHPC。
在無裂縫的狀態(tài)下，UHPC的氣體、液體滲透性非常低；而在高應(yīng)變和微裂縫狀態(tài)下，UHPC的滲透性也能夠保持在很低的水平，而微裂縫還具備良好的自愈合能力，因此UHPC結(jié)構(gòu)擁有高耐久性的潛力，已得到迄今15年惡劣環(huán)境暴露試驗(yàn)的證實(shí)。UHPC的耐久、耐候性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他結(jié)構(gòu)工程材料（鋼材、鋁材、塑料等）。
超高性能混凝土的強(qiáng)度比鋼材強(qiáng)度還高嗎？
沒有。UHPC是纖維增強(qiáng)增韌的水泥基復(fù)合材料，還可以進(jìn)一步用鋼筋增強(qiáng)。與其他材料相比，需要明確UHPC的增強(qiáng)增韌狀態(tài)：
●混凝土材料的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值（以下簡稱拉壓比）隨其抗壓強(qiáng)度的增長而幾乎呈直線下降。C10混凝土拉壓比約為1/10，C80的則可下降到約1/18。UHPC基體（未摻用鋼纖維時(shí)）即超高強(qiáng)混凝土，脆性非常大（因材料抗拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度比值很低而使構(gòu)件延性比很低），無法與韌性材料如鋼材相比。
●隨鋼纖維強(qiáng)度提高、摻量增大和尺寸、形狀優(yōu)化，以及基體強(qiáng)度的提高，UHPC成為韌性或高韌性材料，抗拉強(qiáng)度大幅度提高（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的各種水泥基材料，如圖1所示），但比鋼材抗拉強(qiáng)度還是要低約一個(gè)數(shù)量級(jí)（見表1中對(duì)比）。
●鋼筋增強(qiáng)UHPC（也被稱作CRC、HRUHPC或R-UHPFRC），以及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋UHPC的抗拉、抗彎強(qiáng)度可比傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼筋混凝土的高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，比較接近高強(qiáng)韌性鋼材的強(qiáng)度（見表1和圖2中對(duì)比）。需要注意的是，UHPC作為復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)達(dá)到如此高強(qiáng)度，依靠的是鋼材—鋼纖維和鋼筋的強(qiáng)度，因此，UHPC的本征強(qiáng)度不可能超過鋼材。
與鋼材相比，UHPC在強(qiáng)度方面并沒有優(yōu)勢，其優(yōu)勢主要是與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或鋼纖維增強(qiáng)的鋼筋混凝土相比，因表觀密度（容重）相對(duì)較低，使構(gòu)件比強(qiáng)度（強(qiáng)度/質(zhì)量比）和比剛度（剛度/質(zhì)量比）可以達(dá)到并超過鋼材的水平（見表1中對(duì)比），而且因具有一定的應(yīng)變硬化的能力，可大大提高構(gòu)件的延性比，適合建造輕質(zhì)高強(qiáng)、高韌性的結(jié)構(gòu)。
超高性能混凝土的最高強(qiáng)度有多少？

目前，研究報(bào)告所獲得的最高抗壓強(qiáng)度是810MPa（即RPC800，使用短鋼纖維和鋼骨料，50MPa壓力壓制成型試件，并采用250℃~400℃高溫高壓養(yǎng)護(hù)）。
UHPC獲得超高強(qiáng)度的先決條件是獲得高密實(shí)度的基體混凝土（或砂漿）。按照丹麥H.H.Bache發(fā)展的DSP（Densified System with ultrafine Particles）理論，即：用充分分散的超細(xì)顆粒（硅灰）填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，可以實(shí)現(xiàn)膠凝材料體系顆粒堆積致密化和非常低水膠比，從而使UHPC基體混凝土或砂漿具備超高抗壓強(qiáng)度。使用優(yōu)化的鋼纖維提高抗壓、抗拉強(qiáng)度和韌性。依靠機(jī)械性壓力壓實(shí)，采用常壓或高壓熱養(yǎng)護(hù)，可以進(jìn)一步提高UHPC密實(shí)度和強(qiáng)度。
如今，常用UHPC抗壓強(qiáng)度在1 5 0 MPa~250MPa范圍。在此范圍，采用常規(guī)的強(qiáng)制式攪拌、密實(shí)方法（自密實(shí)或振動(dòng)）成型和養(yǎng)護(hù)（常溫保濕或常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)），就能夠進(jìn)行現(xiàn)澆和預(yù)制應(yīng)用。UHPC的抗壓強(qiáng)度通常只有質(zhì)量指標(biāo)的意義，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)應(yīng)用中，主要關(guān)注的是UHPC抗拉或抗彎強(qiáng)度以及應(yīng)變硬化。需要根據(jù)應(yīng)用場合，選用適宜的纖維品種和摻量，實(shí)現(xiàn)要求的UHPC抗拉或抗彎強(qiáng)度；配置鋼筋或預(yù)應(yīng)力技術(shù)，實(shí)現(xiàn)UHPC結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)。
超高性能混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？應(yīng)用的目的？
在世界范圍，UHPC已經(jīng)有很多工程應(yīng)用，包括：
●橋梁：人行天橋（1997年最早的UHPC結(jié)構(gòu)應(yīng)用）、公路和鐵路橋的多種橋梁結(jié)構(gòu)，用于提高橋梁跨徑或減小橋梁高/跨比、實(shí)現(xiàn)橋梁快速施工和提高橋梁耐久性與壽命。
●橋面板：解決橋面板受凍融和除冰鹽作用劣化快的難題，提高耐久性、快速施工。
●結(jié)構(gòu)連接：預(yù)制混凝土橋面板、風(fēng)電鋼塔筒等灌縫連接，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)連接。
●維修加固：橋梁和建筑的梁板柱、燈塔、道路路面、水工沖磨結(jié)構(gòu)等，用于結(jié)構(gòu)保護(hù)、功能恢復(fù)，或結(jié)構(gòu)加固、提高結(jié)構(gòu)承載能力，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。
●房屋建筑：薄壁陽臺(tái)與樓梯、鏤空幕墻等，用于輕巧美觀結(jié)構(gòu)，或承載、功能和裝飾一體的結(jié)構(gòu)。
●污水設(shè)施：污水管道、污水處理廠設(shè)施，降低維護(hù)維修費(fèi)用，提高使用壽命或替代不銹鋼降低建造成本。
●街具、家具：城市雕塑、街具、家具等，造型優(yōu)美、耐久耐用。
●蓋板：高鐵電纜溝蓋板（中國的主要應(yīng)用），減小重量、高耐久性。
●某些替代鑄鐵鑄鋼產(chǎn)品：鉆孔樁鉆頭、檢查井蓋、雨水篦子等，降低成本、提高使用壽命。
●抗爆、抗侵入結(jié)構(gòu)：軍事工程、銀行金庫等，提高安全性等等。
超高性能混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？
與高強(qiáng)和高性能混凝土（HSC/HPC）結(jié)構(gòu)對(duì)比：從表觀密度比較，UHPC的稍高。UHPC似乎不能算是“輕質(zhì)材料”。然而，在力學(xué)性能方面，UHPC大幅度超越了HSC/HPC，從強(qiáng)度／質(zhì)量比（比強(qiáng)度）和剛度／質(zhì)量比（比剛度）以及可建造的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)來分析對(duì)比，UHPC應(yīng)歸入“輕質(zhì)高強(qiáng)”材料。UHPC適合于建造“細(xì)、薄、巧、輕”的混凝土結(jié)構(gòu)，改變了混凝土結(jié)構(gòu)“肥梁胖柱”的面貌。在耐久性方面，UHPC也比HPC有了長足的進(jìn)步。從理論上和目前試驗(yàn)結(jié)果分析，在大多數(shù)惡劣自然環(huán)境中，UHPC的結(jié)構(gòu)壽命預(yù)期是HPC結(jié)構(gòu)壽命的至少2倍以上。在海洋環(huán)境中，UHPC結(jié)構(gòu)的工作壽命超過200年是完全可能的。
與鋼結(jié)構(gòu)對(duì)比：在比強(qiáng)度和比剛度上，鋼筋UHPC（CRC、HRUHPC或R-UHPFRC）梁能夠達(dá)到鋼梁的水平（參考表1和圖2）。在耐久與耐火性能方面，UHPC結(jié)構(gòu)則具有顯著優(yōu)勢。
UHPC結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：UHPC材料制備成本相對(duì)較高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工相對(duì)復(fù)雜，目前應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的成熟程度還較低。在性能上，相應(yīng)于很高的抗壓強(qiáng)度，UHPC的彈性模量與鋼材的相差很遠(yuǎn)，碳素鋼的彈性模量約為210GPa，而UHPC彈性模量只有50GPa～60GPa。此外，必須要注意到很低的水膠比造成較大的自收縮?，F(xiàn)在已有人在研究解決此問題的技術(shù)。
超高性能混凝土容易配制嗎？
配制出UHPC不難，但工業(yè)化生產(chǎn)制備性能優(yōu)良、穩(wěn)定的UHPC并不容易。
UHPC制備理論經(jīng)歷了近40年發(fā)展，已經(jīng)比較成熟，遵循的基本原則是使基體密實(shí)度最大化?，F(xiàn)在，配制UHPC的技術(shù)途徑和使用材料呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，除了水泥和硅灰外，應(yīng)用或研究的礦物原材料包括納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米碳管、磨細(xì)或分選超細(xì)粉煤灰、超細(xì)礦粉、超細(xì)水泥、稻殼灰、偏高嶺土、石英粉、玻璃粉，等等。因?yàn)樵牧腺|(zhì)量和性能要求較高、原材料種類增多以及使用纖維等，UHPC材料性能的影響因素多元和復(fù)雜，增加了生產(chǎn)質(zhì)量控制的難度。
超高性能混凝土工程應(yīng)用的瓶頸在哪？會(huì)廣泛應(yīng)用嗎？
瓶頸在于還比較缺乏設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，缺乏施工經(jīng)驗(yàn)以及材料成本較高。
作為新型工程結(jié)構(gòu)材料，需要新建立UHPC的本構(gòu)關(guān)系、設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，作為應(yīng)用的指導(dǎo)。至今，許多國家“設(shè)計(jì)規(guī)范”的瓶頸正逐步被突破，法國、日本和韓國已有UHPC設(shè)計(jì)指南可以作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)，有些國家和國際組織（fib、ACI等）的規(guī)范或指南已經(jīng)在起草或完善階段?，F(xiàn)澆施工、構(gòu)件與產(chǎn)品預(yù)制技術(shù)，相關(guān)專用生產(chǎn)、施工設(shè)備或機(jī)具，還處于開發(fā)或改進(jìn)完善階段。隨著應(yīng)用增多，預(yù)計(jì)施工與裝備技術(shù)會(huì)快速進(jìn)步。
在UHPC的材料成本構(gòu)成中，鋼纖維所占的比重最大，達(dá)到UHPC總材料成本的一半以上；基體材料包括膠凝材料（水泥、硅灰等）、減水劑和骨料則屬于通用的優(yōu)質(zhì)材料，雖需要“精挑細(xì)選”，成本也高，但高得有限。因此，提高纖維的增強(qiáng)增韌效率，是降低UHPC材料成本的關(guān)鍵。現(xiàn)在UHPC應(yīng)用規(guī)模較小，也是其成本較高的原因。隨著應(yīng)用規(guī)模的增大，UHPC的原材料，特別是纖維的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和充分的市場競爭，價(jià)格有望顯著降低，使UHPC的成本降低。
與普通、高強(qiáng)/高性能混凝土相比，由于UHPC制備、施工技術(shù)的復(fù)雜性和較高的成本，決定了UHPC不會(huì)是普遍適用的工程材料，而是現(xiàn)代工程材料的有益補(bǔ)充，是用于解決工程中遇到的難題，建造性能更好、更美觀的工程結(jié)構(gòu)。然而，UHPC的價(jià)值和潛力，現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分挖掘和有效利用，還面臨巨大的發(fā)展空間。UHPC的價(jià)值將體現(xiàn)在：
●用于創(chuàng)新輕質(zhì)高強(qiáng)韌性混凝土結(jié)構(gòu)；在一些場合，降低結(jié)構(gòu)或工程的綜合建造成本；
●建造超高耐久性和超長工作壽命的工程結(jié)構(gòu)，低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，獲得比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)低的壽命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
●應(yīng)用UHPC建造的結(jié)構(gòu)，具有顯著的節(jié)材、節(jié)能和減排效果，有利于可持續(xù)發(fā)展。決定了UHPC不會(huì)是普遍適用的工程材料，而是現(xiàn)代工程材料的有益補(bǔ)充，是用于解決工程中遇到的難題，建造性能更好、更美觀的工程結(jié)構(gòu)。然而，UHPC的價(jià)值和潛力，現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分挖掘和有效利用，還面臨巨大的發(fā)展空間。UHPC的價(jià)值將體現(xiàn)在：
●用于創(chuàng)新輕質(zhì)高強(qiáng)韌性混凝土結(jié)構(gòu)；在一些場合，降低結(jié)構(gòu)或工程的綜合建造成本；
●建造超高耐久性和超長工作壽命的工程結(jié)構(gòu)，低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，獲得比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)低的壽命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
●應(yīng)用UHPC建造的結(jié)構(gòu)，具有顯著的節(jié)材、節(jié)能和減排效果，有利于可持續(xù)發(fā)展。
UHPC的高耐久性與“高強(qiáng)不一定耐久”是否形成悖論？
傳統(tǒng)的混凝土“高強(qiáng)不一定耐久”的原因主要是抗壓強(qiáng)度越高，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值越低，則開裂敏感性越高，在混凝土結(jié)構(gòu)服役期間，長期大氣溫、濕度交替變化作用會(huì)促使不可見裂縫的開展而變得可見，進(jìn)而使空氣和水進(jìn)入，促使鋼筋銹蝕，結(jié)構(gòu)劣化。在服役期間這樣的裂縫主要是干燥收縮裂縫。在一定的漿骨比下，影響干燥收縮大小的因素主要是水膠比。UHPC的水膠比很低，一般不大于0.2，則其干縮值就很低，而且，水化進(jìn)行到一定程度后，其密實(shí)的結(jié)構(gòu)則有效阻止內(nèi)部水分的損失，90天的干縮值約為80×10-6~170×10-6。因此，這個(gè)因素在UHPC中應(yīng)當(dāng)不存在。

混凝土總的收縮值中包括失水引起的干燥收縮和當(dāng)體積較大而硬化后內(nèi)部與外部環(huán)境難以進(jìn)行水分交換時(shí)因繼續(xù)水化消耗毛細(xì)孔中的水而產(chǎn)生的自干燥收縮（簡稱自收縮）。如圖3所示，在水膠比較大時(shí)（例如大于0.3），這兩種收縮之和值與水膠比基本上沒有關(guān)系。水膠比越低，自收縮越大，而干縮越大。當(dāng)水膠比很低時(shí)（例如小于0.3），盡管干縮減小，而自收縮值卻隨水膠比的降低而增長迅速，則二者疊加的總收縮值不再是常量，而是隨之增大。但是UHPC中的鋼纖維應(yīng)當(dāng)對(duì)裂縫有限制和分散的作用。這方面的研究工作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。目前UHPC在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用還不足20年，尚需經(jīng)過更長時(shí)間的考驗(yàn)，例如30年、50