超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論

  超高性能混凝土(UHPC)的設(shè)計(jì)理論是最大堆積密度理論(densified particle packing)，其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級(jí)顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級(jí)顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充，微米級(jí)顆粒堆積的間隙由亞微米級(jí)顆粒(硅灰)填充。

  早在1931年，Andressen就建立了最大堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而，直到上世紀(jì)七十年代末，在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上，采用該模型設(shè)計(jì)配制的第一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet(水泥與混凝土試驗(yàn)室)誕生，稱作CRC(Compact Reinforced Composite，密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料)。CRC與目前的UHPC達(dá)到基本相同的力學(xué)性能，最高抗壓強(qiáng)度超過400MPa，使用燒結(jié)鋁礬土作骨料，同時(shí)使用鋼纖維提高材料的韌性，所以稱作“復(fù)合材料”。受到當(dāng)時(shí)高效減水劑性能的限制，CRC或早期UHPC比較粘滯，振搗密實(shí)較困難，還不便于現(xiàn)澆應(yīng)用。

  上世紀(jì)九十年代，歐洲開展了合作研究項(xiàng)目，世界各地也廣泛開展相關(guān)研究，這種材料獲得一個(gè)新名稱“活性粉末混凝土，簡稱RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名稱形成于本世紀(jì)，因?yàn)榕c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)問世和配制技術(shù)的進(jìn)步，這種材料已具備了普通混凝土的施工性能，甚至可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，可以常溫養(yǎng)護(hù)，已經(jīng)具備廣泛應(yīng)用的條件。