UHPC(超高性能混凝土)是一种具有卓越力学性能和耐久性的新型建筑材料,其抗压强度通常可达150MPa以上,抗折强度超过30MPa,远超普通混凝土。这种材料的核心在于其致密的微观结构和优化的材料配比,通过精确控制粒径分布和活性粉末掺量实现性能突破。
在材料组成方面,UHPC采用粒径小于0.5mm的超细活性粉末作为主要胶凝材料,其中硅灰、矿粉等掺合料占比可达30%-50%。细骨料选用粒径0.15-0.6mm的石英砂,通过级配优化实现最大堆积密度。钢纤维掺量通常为2%-5%(体积比),纤维长度6-13mm,直径0.15-0.25mm,这是其获得高韧性的关键。水胶比严格控制在0.16-0.22之间,远低于普通混凝土的0.4-0.6。
UHPC的力学性能表现出显著优势。标准养护条件下,28天抗压强度可达150-250MPa,弹性模量50-60GPa。其断裂能高达20000-40000J/m²,是普通混凝土的200倍以上。氯离子扩散系数低于1×10⁻¹²m²/s,碳化深度几乎为零,在严酷环境下仍能保持优异耐久性www.uujsj.com。热膨胀系数与钢材接近(10-12×10⁻⁶/℃),使其适合与钢结构复合使用。
从微观结构来看,UHPC通过以下机制实现性能突破:
1)超细粉末填充效应:粒径小于10μm的颗粒填充水泥颗粒间空隙www.mldhj.com
2)火山灰反应:活性掺合料与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶
3)纤维桥接作用:钢纤维有效阻止微裂缝扩展
4)低孔隙率:毛细孔隙率小于5%,孔径多集中在10-50nm范围
施工工艺方面,UHPC需要采用强制式搅拌机搅拌5-8分钟,确保纤维均匀分散。浇筑时需使用高频振捣器(频率≥10000次/分钟)密实,或采用自密实配方。养护制度要求严格,成型后立即覆盖塑料薄膜,24小时后蒸汽养护(90℃)48小时,或标准养护28天。对于薄壁构件,需控制升温速率不超过15℃/h以防温度应力开裂。
在工程应用中,UHPC特别适用于大跨径桥梁的湿接缝(施工缝宽度可控制在20mm以内)、建筑幕墙单元(最小厚度可达15mm)、核电防护结构(抗渗等级>P20)等场景。其与普通混凝土的界面粘结强度可达8MPa以上,便于新旧结构连接。对于异形构件,可采用3D打印工艺,层间粘结强度保持率超过90%。