超高性能混凝土(UHPC)已迅速成为预制混凝土结构的主要材料。20世纪90年代初，当它**进入这个行业时，它也被称为活性粉末混凝土ReactivePowdercrete、RPC，是一种继高强度、高性能混凝土之后，具有**的机械性能和耐久性的新型建筑材料，近十年来在美国桥梁行业得到了广泛的应用。

UHPC已用于在美国、法国、日本、马来西亚建造公路桥梁；人行桥已用于加拿大、委内瑞拉等国。UHPC已用于在弗吉尼亚和爱荷华州建造桥梁；在纽约和特拉华州铺设桥梁；在其他20多个州现场浇筑预制桥梁构件。联邦和各州的交通机构、**工业组织、私营企业开发商和制造商都在积极开展UHPC的性能研究，因此开展了大量基于实验室的实验和实际项目。

UHPC是什么？

与普通混凝土相比，超高性能混凝土对原材料、配合比和施工性能的要求有很大的不同。例如，UHPC制备中使用的水泥强度等级高，水泥量大，水胶比低。一般采用硅灰等超细辅料，石英砂等高强度细骨料不使用粗骨料，纤维（钢纤维或复合有机纤维）混合降低混凝土脆性。此外，还根据不同的需要添加各种外加剂，如胶凝材料（SCM）。

UHPC混合物的胶结材料总含量一般可超过1500lbs/cud/cudd，是大多数常规混凝土混合物的两倍以上。但由于使用了专用的高范围减水剂，水与粘合剂的比例(w/b)通常为0.20或更低。致密颗粒堆积与超低w/b相结合，在混凝土中产生高度精炼的微观结构，提供了**的强度和耐久性。因此，即使在恶劣的外部环境中，如海洋和冻融环境，UHPC元件的预期寿命也可以达到200年或更长。

虽然UHPC的定义尚未统一，但典型的UHPC抗压强度超过1.7万psi，很多甚至可以达到3万psi以上。与传统的高性能混凝土相比，UHPC的抗压强度可以提高3-5倍。但其***重要的性能不是抗压强度，而是拉伸性能(尤其是在预制构件中)。这些特性是由于其精细的微观结构和高强度钢纤维的结合而产生的，钢纤维的混合比约为1%~3%(按体积计算)(约78~233kg/m3)。

通过设计调整，UHPC混合物可以设计成能够承受1000psi以上拉伸强度和2500psi以上挠度强度的结构。此外，设计良好的UHPC混合物可以表现出开裂后的延展性和应变硬化，提高残余结构的挠度强度。

其次，UHPC的高延展性使材料具有巨大的韧性。即使没有钢筋的帮助，它也提高了吸收能量的能力，即材料的能耗。

第三，高抗拉强度提高了材料的抗剪强度，并可能**放弃梁设计中的抗剪部件。通过消除箍筋，可以简化设计和生产过程，降低构件腹板（杆）的宽度，大大降低材料的体积和重量，提供与传统钢筋混凝土构件相同的承载力。

UHPC在预制预应力混凝土潜力巨大。

为了使UHPC广泛应用于预制预应力混凝土行业，需要满足两个条件：

首先，高质量、低成本。生产**UHPC，原材料总成本不足1000美元/立方米（2020年标准），预装袋材料成本为每立方米2000至3000美元。

第二，从实验到规范。设计从强度转向耐久性（或所需性能）。制定新的标准和规范，使结构系统的设计能够利用UHPC的独特性能特征。从微观到宏观的研究，从定性到定量的发展，仍有许多复杂而详细的工作需要进行。

美国预制预应力混凝土研究所(PCI)开发了一项旨在开发整个北美预制设备从低成本UHPC混合物中受益的方法，开发设计标准和创新，优化建筑和桥梁的结构构件。

到目前为止，项目组已经制定了在预制预应力混凝土生产设施中设计和实施UHPC混合物的标准和建议，并通过了美国的五个这样的设施，并验证了这些程序。

图1UHPC的注入位置显示了其自合并的特点。

UHPC具有提高预制预应力混凝土性能的巨大潜力。使相关结构系统保持可接受的强度和适用性，延长跨度，减轻构件重量，减少钢筋工作。此外，由于该材料具有很高的耐久性，它可以用于恶劣的海洋或寒冷的气候。可以预见，虽然UHPC材料的初始成本非常高，但优化的设计和减少的构件截面将使UHPC产品能够与传统的混凝土和钢替代品竞争。

优化UHPC成员。

UHPC可设计60英尺×60英尺无柱隔间的办公楼地板，大大提高了空间使用的灵活性。在可接受的运输安装限制范围内，还可以开发250英尺的桥梁和墩柱，无需现场支撑或拼接。

图2桥梁应用箱式平板。

左图:常规混凝土箱板显示钢筋。

(模板安装前)

右图：优化UHPC箱式平板。

(已放置模板并形成泡沫间隙的封堵)

图2显示了桥梁快速施工（ABC）应用中40至60英尺跨度的常规混凝土平板梁。该图还显示了UHPC空心箱板的优化，具有相同的深度、宽度和承载能力。与类似的传统混凝土梁相比，UHPC产品含有约52%的混凝土和不到4%的钢筋。佛罗里达DOT结构实验室的综合试验表明，该梁的设计具有比桥梁所需的更高的弯曲、剪切、冲剪和横向承载能力。单元设计的进一步优化可以反映减少使用的股线数量，与演示中的常规混凝土产品相同。

UHPC具有创新预制预应力混凝土行业的潜力，特别是在大型应用中，有利于大跨度或增强耐久性。UHPC可以在低成本的基础上与传统混凝土和钢材替代产品竞争，并在**生命周期的基础上提供附加值。通过利用UHPC的特性、大跨度预制件、预应力桥梁和建筑构件，通过更**地利用材料，提高空间利用率，提高**性能，**改变行业。