800MPa超高性能混凝土

最近听说万科采用混凝土做了一套外立面墙板，在开孔率超过70%情况下厚度仅50mm，见下图：

这让很多砼行感到惊奇，是什么样的混凝土能做出如此轻盈的效果？人家说了，这不是采用普通混凝土制作的，是采用了UHPC材料，所谓UHPC，是Ultra-HighPerformanceConcrete的缩写，也就是神奇的超高性能混凝土。

仔细一搜，国外已经用UHPC做了不少项目了：

▼巴黎JeanBouin体育场

▼马赛地中海博物馆

▼法国办公楼

▼UHPC景观小品

UHPC不同于传统的高强混凝土（HSC）和钢纤维混凝土（SFRC），也不是传统意义“高性能混凝土（HPC）”的高强化，而是具有新本构关系和结构寿命的水泥基工程材料。这其中比较有代表的UHPC就是活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，简称RPC，GB/T31387-2015)。

UHPC不仅抗压强度高，其抗拉、抗弯、抗剪、抗冲击强度都有跨越式提高，下图是单轴拉伸和压缩UHPC的典型应力－应变特征与其他材料对比。

OC/HSC－普通/高强混凝土
FRC/HSFRC－普通/高强纤维混凝土
ECC－高延性水泥基复合材料

看到没，UHPC的抗拉特性都接近钢材了！据说UHPC最高抗压强度已经可以达到810MPa（即RPC800，使用短钢纤维和钢骨料，50MPa压力压制成型试件，并采用250℃~400℃高温高压养护）。

咱中国已经用UHPC来做电线杆了，看看对比图，是不是壁厚小了好多啊！

▼传统混凝土与UHPC制作的电线杆对比

▼UHPC电线杆实际工程案例

HPC实现的最高抗压强度范围为：120~150MPa。但是，这种等级强度的商品混凝土，粗集料已成为其最薄弱的环节。为了进一步提高商品混凝土的抗压强度，只有把粗集料从其组分中去除，这种思路已被应用于当今众所周知的RPC。RPC具有比HPC更高的强度(包括抗压强度和抗弯强度)和更低的渗透性。

RPC的基本组成

RPC是由高细度的微粉材料(水泥、砂、石英粉和硅灰)、钢纤维(任选的)和外加剂组合而成的。最佳的外加剂用量，可降低水胶比(W/B)，并改善商品混凝土的工作性。通过对干微粉颗粒堆积的优化，可获得一种非常密实的基体材料，其密实度可以使RPC具有超高强度和超高耐久性，RPC的抗压强度范围为200-800MPa。

Richard和Cheyrezy列出了以下开发研究RPC的原则：
i.为提高匀质性，去除粗集料;
ii.利用具有火山灰活性的硅灰;
iii.为提高密实度，需优化颗粒的混合级配;
iv.为降低水灰比，又提高工作性，需优化外加剂的应用;
v.施加压力(凝结前和凝结过程中)，提高密实度;
vi.为提高微结构的性能，需采用凝结后加热处理(养护);
vii.掺加微钢纤维，提高韧性。

就材料的规格尺寸而言，用于RPC的细砂相当于传统商品混凝土中的粗集料，波特兰水泥起到了细集料的作用，而硅灰则起到了水泥的作用。RPC的初步配合比设计，涉及到创建一个致密的颗粒状构架。颗粒配合比设计的优化，可以通过使用堆积模型或颗粒尺寸分布软件，诸如LISA得以实现。

目前，已有一种推荐使用的实验性方法，进行RPC的配合比设计。采用颗粒规格优化软件LISA，配制RPC和HPC试验性拌合物，以良好的工作性和理想的搅拌时间为依据，选择最佳的配合比设计。

决定RPC拌合物质量的主要参数是需水量(获得最低商品混凝土流动性的用水量)。事实上，拌合物的孔隙指数与需水量和商品混凝土中的气泡量有关。根据最低需水量选定一种配合比设计后，就可以通过采用相对密度指数(do/ds)，分析出最佳用水量。这里do和ds分别代表商品混凝土的密实度和经捣实的拌合物(无水或空气)的密实度。相对密实度显示了商品混凝土的堆积程度，其最高值是1。就RPC而言，其配合比设计应使其堆积密实度达到最高。

RPC需通过热养护，来提高其微结构的性能。而热养护也只是简单地在其达到正常凝结后，在常压下对商品混凝土进行加热(一般温度是90℃)。这种养护会大大加速火山灰活性反应，从而改善所形成的水化产物的微结构。凝结前的加压，也是建议采用的一种获得高强的手段。

RPC的高强，会使其变得非常脆。一般来说，在RPC中掺加钢质微纤维，可提高其韧性。常用的标准直钢纤维长13mm，直径0.15mm，掺加率为体积的1.5-3%。最经济的掺量为体积的2%，约155kg/m³。

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