uhpc是什么材料？UHPC，超高性能混凝土，俗稱液態(tài)金屬。其抗壓強度達150MPa，約是傳統(tǒng)混凝土強度的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），因為一般需摻入短切鋼纖維或聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強混凝土（Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete，簡稱UHPFRC）。UHPC不同于傳統(tǒng)的高強混凝土（HSC）和鋼纖維混凝土（SFRC），也不是傳統(tǒng)意義“高性能混凝土（HPC）”的高強化，而是性能指標明確的新品種水泥基結構工程材料，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配達到最佳的水泥基復合材料；
●水膠比小于0.25，含有較高比例的微細短鋼纖維增強材料；
●抗壓強度不低于150MPa；具有受拉狀態(tài)的韌性，開裂后仍保持抗拉強度不低于5MPa（法國要求7MPa）；
●內(nèi)部具有不連通孔結構，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中的一個產(chǎn)品名稱。
商業(yè)化生產(chǎn)供應的UHPC產(chǎn)品均為專利配方產(chǎn)品，有獨自的名稱或商標。最早的UHPC專利是丹麥H.H.Bache在1979年申請的，20世紀80年代他所在公司注冊商業(yè)化產(chǎn)品商標為Densit?，至今仍由Densit公司使用和營銷。到上世紀90年代，法國出現(xiàn)多個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，RPC則是Bouygues公司產(chǎn)品名稱。
有關RPC的研發(fā)、性能介紹和宣傳較多，知名度相對較高。1999年清華大學教授覃維祖等發(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行試驗研究，實現(xiàn)了RPC相同的力學性質(zhì)；北京科技大學教授劉娟紅和北京建筑大學教授宋少民在2013出版編著的《活性粉末混凝土》中系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外有關研究成果；2015年我國頒布了RPC的國標《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”表達的是混凝土（或水泥基復合材料）同時具備“超高強”、“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的延伸或高強化，而是具有新本構關系和結構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時提出，為了提高材料的勻質(zhì)性，不使用粗骨料，所使用細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。目前實際應用的UHPC，最大骨料粒徑大多在2mm~8mm。應根據(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？
UHPC的性能特點可以用“超高強、高韌性和高耐久性”來概括。
“超高強”指UHPC可實現(xiàn)水泥基材料強度（抗壓、抗拉、抗彎、抗剪、抗沖擊等強度）跨越式的提高，更重要的是UHPC能夠有效利用鋼纖維的強度及其與膠凝材料漿體的緊密粘接來實現(xiàn)拉伸的“應變硬化”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-混凝土復合的新模式，實現(xiàn)混凝土結構的輕質(zhì)高強和高韌性。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結構擁有高耐久性的潛力，已得到迄今15年惡劣環(huán)境暴露試驗的證實。UHPC的耐久、耐候性能遠遠超越其他結構工程材料（鋼材、鋁材、塑料等）。
超高性能混凝土的強度比鋼材強度還高嗎？
沒有。UHPC是纖維增強增韌的水泥基復合材料，還可以進一步用鋼筋增強。與其他材料相比，需要明確UHPC的增強增韌狀態(tài)：
●混凝土材料的抗拉強度與抗壓強度的比值（以下簡稱拉壓比）隨其抗壓強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）即超高強混凝土，脆性非常大（因材料抗拉強度/抗壓強度比值很低而使構件延性比很低），無法與韌性材料如鋼材相比。
●隨鋼纖維強度提高、摻量增大和尺寸、形狀優(yōu)化，以及基體強度的提高，UHPC成為韌性或高韌性材料，抗拉強度大幅度提高（遠遠高于其他的各種水泥基材料，如圖1所示），但比鋼材抗拉強度還是要低約一個數(shù)量級（見表1中對比）。
●鋼筋增強UHPC（也被稱作CRC、HRUHPC或R-UHPFRC），以及預應力高強鋼筋UHPC的抗拉、抗彎強度可比傳統(tǒng)高強鋼筋混凝土的高出2個數(shù)量級，比較接近高強韌性鋼材的強度（見表1和圖2中對比）。需要注意的是，UHPC作為復合材料或結構達到如此高強度，依靠的是鋼材—鋼纖維和鋼筋的強度，因此，UHPC的本征強度不可能超過鋼材。
與鋼材相比，UHPC在強度方面并沒有優(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的鋼筋混凝土相比，因表觀密度（容重）相對較低，使構件比強度（強度/質(zhì)量比）和比剛度（剛度/質(zhì)量比）可以達到并超過鋼材的水平（見表1中對比），而且因具有一定的應變硬化的能力，可大大提高構件的延性比，適合建造輕質(zhì)高強、高韌性的結構。
超高性能混凝土的最高強度有多少？

目前，研究報告所獲得的最高抗壓強度是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）。
UHPC獲得超高強度的先決條件是獲得高密實度的基體混凝土（或砂漿）。按照丹麥H.H.Bache發(fā)展的DSP（Densified System with ultrafine Particles）理論，即：用充分分散的超細顆粒（硅灰）填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，可以實現(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度。使用優(yōu)化的鋼纖維提高抗壓、抗拉強度和韌性。依靠機械性壓力壓實，采用常壓或高壓熱養(yǎng)護，可以進一步提高UHPC密實度和強度。
如今，常用UHPC抗壓強度在1 5 0 MPa~250MPa范圍。在此范圍，采用常規(guī)的強制式攪拌、密實方法（自密實或振動）成型和養(yǎng)護（常溫保濕或常壓蒸汽養(yǎng)護），就能夠進行現(xiàn)澆和預制應用。UHPC的抗壓強度通常只有質(zhì)量指標的意義，因為在結構應用中，主要關注的是UHPC抗拉或抗彎強度以及應變硬化。需要根據(jù)應用場合，選用適宜的纖維品種和摻量，實現(xiàn)要求的UHPC抗拉或抗彎強度；配置鋼筋或預應力技術，實現(xiàn)UHPC結構的輕質(zhì)高強。
超高性能混凝土的應用領域有哪些？應用的目的？
在世界范圍，UHPC已經(jīng)有很多工程應用，包括：
●橋梁：人行天橋（1997年最早的UHPC結構應用）、公路和鐵路橋的多種橋梁結構，用于提高橋梁跨徑或減小橋梁高/跨比、實現(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。
●結構連接：預制混凝土橋面板、風電鋼塔筒等灌縫連接，實現(xiàn)高強度結構連接。
●維修加固：橋梁和建筑的梁板柱、燈塔、道路路面、水工沖磨結構等，用于結構保護、功能恢復，或結構加固、提高結構承載能力，延長結構使用壽命。
●房屋建筑：薄壁陽臺與樓梯、鏤空幕墻等，用于輕巧美觀結構，或承載、功能和裝飾一體的結構。
●污水設施：污水管道、污水處理廠設施，降低維護維修費用，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、抗侵入結構：軍事工程、銀行金庫等，提高安全性等等。
超高性能混凝土結構的優(yōu)缺點有哪些？
與高強和高性能混凝土（HSC/HPC）結構對比：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，在力學性能方面，UHPC大幅度超越了HSC/HPC，從強度／質(zhì)量比（比強度）和剛度／質(zhì)量比（比剛度）以及可建造的輕質(zhì)高強結構來分析對比，UHPC應歸入“輕質(zhì)高強”材料。UHPC適合于建造“細、薄、巧、輕”的混凝土結構，改變了混凝土結構“肥梁胖柱”的面貌。在耐久性方面，UHPC也比HPC有了長足的進步。從理論上和目前試驗結果分析，在大多數(shù)惡劣自然環(huán)境中，UHPC的結構壽命預期是HPC結構壽命的至少2倍以上。在海洋環(huán)境中，UHPC結構的工作壽命超過200年是完全可能的。
與鋼結構對比：在比強度和比剛度上，鋼筋UHPC（CRC、HRUHPC或R-UHPFRC）梁能夠達到鋼梁的水平（參考表1和圖2）。在耐久與耐火性能方面，UHPC結構則具有顯著優(yōu)勢。
UHPC結構的缺點：UHPC材料制備成本相對較高，結構設計和施工相對復雜，目前應用技術發(fā)展的成熟程度還較低。在性能上，相應于很高的抗壓強度，UHPC的彈性模量與鋼材的相差很遠，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。
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度最大化?，F(xiàn)在，配制UHPC的技術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、磨細或分選超細粉煤灰、超細礦粉、超細水泥、稻殼灰、偏高嶺土、石英粉、玻璃粉，等等。因為原材料質(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用的瓶頸在哪？會廣泛應用嗎？
瓶頸在于還比較缺乏設計方法和規(guī)范，缺乏施工經(jīng)驗以及材料成本較高。
作為新型工程結構材料，需要新建立UHPC的本構關系、設計方法和規(guī)范，作為應用的指導。至今，許多國家“設計規(guī)范”的瓶頸正逐步被突破，法國、日本和韓國已有UHPC設計指南可以作為結構設計依據(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、構件與產(chǎn)品預制技術，相關專用生產(chǎn)、施工設備或機具，還處于開發(fā)或改進完善階段。隨著應用增多，預計施工與裝備技術會快速進步。
在UHPC的材料成本構成中，鋼纖維所占的比重最大，達到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“精挑細選”，成本也高，但高得有限。因此，提高纖維的增強增韌效率，是降低UHPC材料成本的關鍵。現(xiàn)在UHPC應用規(guī)模較小，也是其成本較高的原因。隨著應用規(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，價格有望顯著降低，使UHPC的成本降低。
與普通、高強/高性能混凝土相比，由于UHPC制備、施工技術的復雜性和較高的成本，決定了UHPC不會是普遍適用的工程材料，而是現(xiàn)代工程材料的有益補充，是用于解決工程中遇到的難題，建造性能更好、更美觀的工程結構。然而，UHPC的價值和潛力，現(xiàn)在還遠遠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的價值將體現(xiàn)在：
●用于創(chuàng)新輕質(zhì)高強韌性混凝土結構；在一些場合，降低結構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構，低養(yǎng)護維修費用，獲得比傳統(tǒng)結構低的壽命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
●應用UHPC建造的結構，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不會是普遍適用的工程材料，而是現(xiàn)代工程材料的有益補充，是用于解決工程中遇到的難題，建造性能更好、更美觀的工程結構。然而，UHPC的價值和潛力，現(xiàn)在還遠遠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的價值將體現(xiàn)在：
●用于創(chuàng)新輕質(zhì)高強韌性混凝土結構；在一些場合，降低結構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構，低養(yǎng)護維修費用，獲得比傳統(tǒng)結構低的壽命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）；
●應用UHPC建造的結構，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“高強不一定耐久”是否形成悖論？
傳統(tǒng)的混凝土“高強不一定耐久”的原因主要是抗壓強度越高，抗拉強度與抗壓強度的比值越低，則開裂敏感性越高，在混凝土結構服役期間，長期大氣溫、濕度交替變化作用會促使不可見裂縫的開展而變得可見，進而使空氣和水進入，促使鋼筋銹蝕，結構劣化。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，水化進行到一定程度后，其密實的結構則有效阻止內(nèi)部水分的損失，90天的干縮值約為80×10-6~170×10-6。因此，這個因素在UHPC中應當不存在。

混凝土總的收縮值中包括失水引起的干燥收縮和當體積較大而硬化后內(nèi)部與外部環(huán)境難以進行水分交換時因繼續(xù)水化消耗毛細孔中的水而產(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（例如大于0.3），這兩種收縮之和值與水膠比基本上沒有關系。水膠比越低，自收縮越大，而干縮越大。當水膠比很低時（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中的鋼纖維應當對裂縫有限制和分散的作用。這方面的研究工作還需要進一步加強。目前UHPC在結構工程中的應用還不足20年，尚需經(jīng)過更長時間的考驗，例如30年、50