超高性能混凝土,超高性能混凝土的应用

超高性能混凝土（以下简称UHPC）是近三十年内发展起来的一种新型水泥基复合材料，具有超高的力学性能和耐久性，并兼具良好的韧性、黏结性能和抗冲击、抗疲劳性能。近年来，随着UHPC制备技术的不断成熟，其性能的优越性逐步被大众认知，UHPC成为混凝土领域的研究热点，广泛用于结构、装饰、加固、快修、铺装、接缝填注等。但由于其成本较高，现阶段国内外UHPC的应用技术研究与试点工程主要停留在桥梁工程、建筑外墙装饰工程以及少量既有混凝土建筑的维修加固工程。许多专家学者积极探索UHPC在建筑结构工程中应用的可行性，其中，装配式建筑领域的应用备受关注。 从UHPC的分类出发，分析UHPC在装配式建筑领域的应用前景，在此基础上提出装配式建筑用UHPC的质量控制指标体系，以期推动UHPC在装配式建筑领域的应用。 1.UHPC分类 根据对UHPC应用现状的调研，UHPC的主要应用工程类别及部位如下： （1）桥梁工程，包括现浇桥面铺装、桥梁湿接缝、预制桥面板、桥面铺装、预制箱梁；（2）建筑工程，包括建筑外墙装饰板、小型预制构件（楼梯、阳台）、装配式预制构件节点连接；（3）市政工程，包括预制盖板、预制综合管廊、基础设施结构加固等。 综合UHPC用途与原材料组成体系的不同，将UHPC分为结构类UHPC和装饰类UHPC，见表1。 2.UHPC在装配式建筑中的应用 2.1 建筑外墙装饰 UHPC用于建筑外墙装饰是UHPC最重要也是最为广泛的应用领域之一，包括镂空幕墙、遮阳板、三明治保温墙板、干挂或湿贴装饰面板等。UHPC以其超高强度、超高韧性和超高耐久性，使其能够在满足结构承载力的要求下，减少结构横截面的尺寸，做到轻质薄壁，让建筑设计师可以突破材料的束缚，设计出轻盈优美的结构外形。以法国马塞Marseille圣让港的欧洲和地中海文化博物馆（以下简称MuCEM）为例，其镂空围护幕墙由UHPC建造而成，制作精美。精致华丽的花纹体现了地中海文化和手工艺的悠久传统，同时也突出展现了超高性能材料在建筑装饰领域优越的综合性能和巨大的应用潜力。

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。 高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的掺合料（矿物细掺料）和高效外加剂。 高性能混凝土的发展： 1950年5月，NIST和ACI首次提出了高性能混凝土的概念。但到目前为止，各国对高性能混凝土的要求和含义完全不同。 美国工程技术人员认为，高性能混凝土是一种易于浇注、捣实、不离析，能长期保持高强度、韧性和体积稳定性，在恶劣环境中使用寿命长的混凝土。根据美国混凝土协会的规定，这种混凝土不一定需要很高的抗压强度，但仍需达到55MPa以上，并需要具有很高的耐化学腐蚀性或其他性能。 以上内容参考：百度百科—高性能混凝土

　　混凝土，土木工程材料的一种。目前，随着建筑行业的高速发展，混凝土的需求量越来越大，其在工程中所发挥的作用也变得越来越重要。并且，随着施工环境的不断变化，普通的混凝土已经不能完全满足建筑行业的要求，因此，一种新型的混凝土应运而生了，它就是高性能混凝土。 　　什么是高性能混凝土? 　　高性能混凝土，其实就是与普通混凝土的相比较，其性能得到大幅度提升的一种混凝土。 　　 　　高性能混凝土有哪些特性? 　　高性能混凝土之所以被称作是高性能，其最重要的原因就是与普通混凝土相比，其性能更高。但是，高性能混凝土的性能具体“高”在哪里呢?下面，小编就为朋友们简单介绍一下高性能混凝土性能的“高”处吧。 　　第一点，高性能混凝土具有着极好的自密实性。 　　高性能混凝土在使用的过程中，其用水量较少，但是经过混合搅拌后的材料具有着流动性好，抗离析性高的特点，所以高性能混凝土的填充性非常好，自密实性就毋庸置疑了。 　　 　　第二点，高性能混凝土具有良好的体积稳定性和极低的水化热性。 　　混凝土的体积稳定性主要体现在混凝土使用后所表现出的弹性模量、收缩值与徐变、温度变形量的多少。而高性能混凝土在使用过程中，对于水泥浆体的使用量有了极大的降低，按照规定配合比使用，其干缩值不足0.04%。因为水使用量的降低，其水化热性能也随着下降。 　　第三点，高性能混凝土的强度较高。 　　实验证明，28天的高性能混凝土试块的抗压强度已超过200MPa，而且，抗拉强度在100至120MPa。其强度远远高于普通混凝土。 　　 　　第四点，高性能混凝土的耐久性好。 　　混凝土的耐久性主要体现在其抗化学腐蚀的能力的高低。由于高性能混凝土具这极高的自密实性，其防止化学物质渗透的能力也是极高，所以其耐久性是普通混凝土无法比拟的。 　　第五点，高性能混凝土具有很好的耐火性。 　　或许很多朋友都会认为高性能混凝土使用的水比较少并且其自密实性极高，其耐火性就会较低。其实不然，因为高性能混凝土的原料中被加入了特定的有机纤维，对其耐火性进行了提升。 　　 　　总得来说，高性能混凝土作为平台混凝土的加强版和升级版，其各项性能特点都比普通混凝土有较大的提升。所以，高性能混凝土完全可以满足工程建设中对于混凝土的要求，而且其还具有延长混凝土建筑物的使用年限的作用。

1、高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。
2、高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。
3、高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
4、高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。
概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土（活性粉末混凝土）材料性能对比 　　普通混凝土NSC 高性能混凝土HPC 超高性能混凝土UHPC 　　　　　　　　抗压强度(MPa) 20-40 40-96 170-227 水胶比 0.40-0.70 0.24-0.35 0.14-0.27 圆柱劈裂抗拉强度(MPa) 2.5-2.8 -- 6.8-24 最大骨料粒经(mm) 19-25 9.5-13 0.4-0.6 孔隙率 20-25% 10-15% 2-6% 孔尺寸(mm) -- -- 0.000015 韧性 -- -- 比NSC大250倍 断裂能(kN-m/m) 0.1-15 -- 10-40 弹性模量(GPa) 14-41 31-55 55-62 断裂模量(第一条裂缝)(MPa) 2.8-4.1 5.5-8.3 16.5-22.0 极限抗弯强度(MPa) 　　　　20-62 透气性k(24小时40C)(mm) 3x10 0 0 吸水性(225小时)(kg/mm) 2x10 2.4x10 3.5x10 氯离子扩散系数(稳定状态扩散)(mm/s) 1x10 4.9x10 2x10 二氧化碳/硫酸盐渗透 -- -- 无 抗冻融性能 10%耐久 90%耐久 100%耐久 抗表面剥蚀性能 表面剥蚀量>1 表面剥蚀量0.08 表面剥蚀量0.01 泊松比 0.11-0.21 -- 0.19-0.24 徐变系数，Cu 2.35 1.6-1.9 0.2-0.8 收缩 -- 养护后40-80x10 养护后<x10无自生收缩 流动性(工作性)(mm) 测量坍落度 测量坍落度 150-155 含气量 4-8% 2-4% 0 超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。早在1931年，Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生，称作CRC(Compact Reinforced Composite，密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过400MPa，使用烧结铝矾土作骨料，同时使用钢纤维提高材料的韧性，所以称作“复合材料”。受到当时高效减水剂性能的限制，CRC或早期UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇应用。上世纪九十年代，欧洲开展了合作研究项目，世界各地也广泛开展相关研究，这种材料获得一个新名称“活性粉末混凝土，简称RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的组成见表2。表2：超高性能混凝土UHPC基本组成 　　kg/m 重量百分含量% 波特兰水泥(V型) 700-1010 27.0-38.0 硅灰 230-320 8.5-9.5 磨细石英砂 0-230 0.0-8.0 细砂 760-1050 39.0-41.0 金属纤维(~0.2x12.7mm) 150-190 5.5-8.0 高效减水剂 15-25 0.5-1.0 水 155-210 5.5-8.0 水/胶凝材料比 0.14-0.27 -- UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。表3：法国第一座UHPC公路桥梁混凝土组成和性能 组成材料 kg/m 性能 　　波特兰水泥 1114 坍落流动度 630～640 mm 硅灰 169 28d 特征抗压强度(fck) 175 MPa 0-6mm骨料 1072 28d 特征抗拉强度(ftk) 8 MPa 纤维： 0.3mm直径x20mm长 234 28d 特征裂后抗拉强度 9.1 MPa 高效减水剂 40 弹性模量 64 GPa 水 209 比重 2800 kg/m 水/胶凝材料比 0.19 　　　　参考文献：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL

理工包括理学和工学 1.理学 > 统计学类 > 统计学 心理学类 > 应用心理学专业经济心理学方向 应用心理学 心理学 环境科学类 > 环境工程 资源勘查工程 资源环境科学 环境科学与工程 生态学 环境科学 材料科学类 > 高分子材料与工程 材料科学与工程 材料成型及控制工程 材料物理 材料学 材料化学 电子信息科学类 > 计算机科学与技术 电子信息工程 信息管理与信息系统 光电子技术科学 测控技术与仪器 电子信息技术及仪器 应用电子技术 通信工程 电子商务及法律 电信工程及管理 系统与控制 电子商务 信息科学技术专业 电子科学与技术 信息安全专业 微电子学专业 光信息科学与技术 电子信息科学与技术 力学类 > 理论与应用力学 海洋科学类 > 海洋技术 海洋科学 大气科学类 > 应用气象学 应用气象学 大气科学 地球物理学类 > 地球物理学 地理科学类 > 地理教育 系统科学与工程 系统理论 地球信息科学与技术 科学与工程计算系专业 地理信息系统 资源环境与城市规划管理 地理科学 地质学类 > 地质工程 地质学类 地球化学专业 地球化学 地质学 天文学类 > 天文学 生物科学类 > 生物功能材料 防化兵指挥 生命科学与技术基地班 生物信息学 生化防护工程

一、理工学科是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。理工事实上是自然、科学、和科技的容合。
二、理工科专业分为理、工、农、医四个学科门类，各学科专业设置如下：
（一）、理学
1． 数学类 ：数学与应用数学；信息与计算科学
2． 物理学类：物理学；应用物理学
3．化学：化学；应用化学
4． 生物科学类：生物科学；生物技术
5．天文学类：天文学
6． 地质学类：地质学；地球化学
7． 地理科学类：地理科学；资源环境与城乡规划管理；地理信息系统
8． 地球物理学类：地球物理学
9． 大气科学类：海洋科学；应用气象学
10． 海洋科学类：海洋科学；海洋技术
11． 力学类：理论与应用力学
12． 电子信息科学类：电子信息科学与技术；微电子学；光信息科学与技术
13． 材料科学类：材料物理；材料化学
14． 环境科学类：环境科学；生态学
15． 心理学类：心理学；应用心理学
16． 统计学类：统计学
（二）、工学
1． 地矿类：采矿工程；石油工程；矿物加工工程；勘查技术与工程；资源勘查工程
2． 材料类：冶金工程；金属材料工程；无机非金属材料工程；高分子材料与工程
3． 机械类：机械设计制造及其自动化；材料成型及控制工程；工业设计；过程装备与控制工程
4．仪器仪表类：测控技术与仪器
5． 能源动力类：核工程与核技术
6． 电气信息类：电气工程及其自动化；自动化；电子信息工程；通信工程；计算机科学与技术；生物医学工程
7． 土建类：建筑学；城市规划；土木工程；建筑环境与设备工程；给水排水工程
8． 水利类：水利水电工程；水文与水资源工程；港口航道与海岸工程
9． 测绘类：测绘工程
10． 环境与安全类：环境工程；安全工程
11． 化工与制药类：化学工程与工艺；制药工程
12． 交通运输类：交通运输；交通工程；油气储运工程；飞行技术；航海技术；轮机工程
13． 海洋工程类：船舶与海洋工程
14． 轻工纺织食品类：食品科学与工程；轻化工程；包装工程；印刷工程；纺织工程；服装设计与工程
15． 航空航天类：飞行器设计与工程；飞行器动力工程；飞行器制造工程；飞行器环境与生命保障工程
16． 武器类：武器系统与发射工程；探测制导与控制技术；弹药工程与爆炸技术；特种能源工程与烟火技术；地面武器机动工程；信息对抗技术
17． 工程力学类：工程力学
18． 生物工程类：生物工程
19． 农业工程类：农业机械化及其自动化；农业电气化与自动化；农业建筑环境与能源工程；农业水利工程
20． 林业工程类：森林工程；木材科学与工程；林产化工
21． 公安技术类：刑事科学技术；消防工程
（三）、农学
1． 植物生产类：农学；园艺；植物保护；茶学
2． 草业科学类：草业科学
3． 森林资源类：林学；森林资源保护与游憩；野生动物与自然保护区管理
4． 环境生态类：园林；水土保持与荒漠化防治；农业资源与环境
5． 动物生产类：动物科学：蚕学
6． 动物医学类：动物医学
7． 水产类：水产养殖学；海洋渔业科学与技术
（四）、医学
1． 基础医学类：基础医学
2． 预防医学类：预防医学
3． 临床医学与医学技术类：临床医学；麻醉学；医学影像学；医学检验
4． 口腔医学类：口腔医学
5． 中医学类：中医学；针灸推拿学；蒙医学；藏医学
6． 法医学类：法医学
7． 护理学类：护理学
8． 药学类：药学；中药学；药物制剂