UHPC 及其搅拌设备的发展和前景

UHPC及其搅拌设备的发展和前景

张太山，陈自云，孙庆华，匙明申，李振华

（山推建友机械股份有限公司，山东 济南 250022）

［摘要］本文主要介绍了UHPC的品质和优点以及生产设备的发展，指出了UHPC在我国发展的必要性和前景。UHPC与传统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。

［关键词］UHPC；生产设备；发展前景

［中图分类号］TU528 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2020）12-0033-03

混凝土作为土木工程使用量最大的建筑材料，已成为国家经济建设高速发展的最大物质支柱。随着混凝土需求量的与日俱增，对混凝土质量的要求也越来越高。传统的强度较低且功能单一的混凝土已经不能适应当前土木工程的需要。科技的日新月异，各类有特殊功能要求的建筑物的发展也要求混凝土朝着更高的强度、更好的耐久性能、更优的工作性能等方向发展。因此，超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，UHPC）作为性能更加优异的混凝土应运而生。

UHPC与传统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。

列有规律，故产品的穿透性极低，耐久性极高，即使在冰冻、海洋、硫铝酸盐、弱酸和碳化等特殊条件下，也能阻止各种有害物质的渗透。

（2）超高的力学性能。

UHPC的强度极高，抗冲击性能好。UHPC的抗压强度一般超过150MPa，约为普通混凝土的3〜16倍；通过掺入钢纤维，UHPC的延性和能量吸收性能通常超过高性能混凝土300倍，可有效提高基础设施的抗震性能。可用于国防工程的防护结构，也可用于需要高承载力的特殊结构。

（3）超高的工作性能。

UHPC性能卓越，能抵御摩擦、火、爆破、冰融、冰雹等外力和自然环境的破坏，并有着高效的防水性能，同时也是高效的外部隔热材料。

UHPC产品表面具有很高的光洁度，能阻止外界有害介质的入侵，保持强大的自清洁能力。

（5）具有可持续性。

UHPC独特的结构能解决环保问题，降低建筑、模具、劳动力和维修等成本，提高建筑场地的安全性，加快建筑的建造速度，延长建筑的生命周期。

（6）具有自我修复能力。由于配制UHPC所采用的水胶比往往低于0.25，绝大部分水泥颗粒处于未水化的状态，因此，UHPC在产生微裂缝之后，水泥熟料遇到水分将继续水化，反应产物同时起到填充和胶结裂缝的作用，使得UHPC具有较强的微裂缝自愈合能力。

1 UHPC的优点

（1）超高的耐久性。

UHPC配方特殊，其材料分子的排

（4）独特的装饰性能。

UHPC能实现许多设计者的梦想，使建筑的造型、颜色和质地更丰富。且

DOI: 10.14189/j.cnki.cm1981.2020.12.016

2020-09-04[收稿日期]

张太山，山东省济南市市中区[通讯地址]

段店南路268号

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交流园地2 UHPC的发展回顾

国际上和国内UHPC技术与应用发展至今的大事年表如图1所示。UHPC发明的标志是丹麦Hans Henrik Bache先生1979年申请第一个专利以及他建立DSP理论，至2020年正好是41年。在20世纪80年代，丹麦开展了UHPC材料与应用研究。当时UHPC被称作Ny Beton（新型混凝土）、CRC（Compact Reinforced Composite密实增强复合材料，即R-UHPC或纤维和钢筋增强水泥基复合材料），以及Densit®商标的商业化UHPC预混料产品。20世纪90年代，法国是UHPC研究发展最活跃的国家。其中，法国多个企业参加的“活性粉末混凝土”（Reactive Powder Concrete，简称RPC）研究项目发表了系列研究论文，使RPC或UHPC在世界

范围获得重视和研究发展。法国最早开展UHPC的标准化工作，到2018年颁布了完整系列的UHPC材料、设计和施工标准。

我国UHPC的研究探索始于20世纪末，最早的规模化应用是客运专线的电缆沟盖板（RPC盖板）。开端性的桥梁应用包括：2006年建造迁曹铁路滦柏干渠大桥低高度RPC预应力T型梁铁路桥，2011年肇庆马房大桥的一跨钢桥面铺装试验段（当时使用的名称为超高韧性混凝土，简称STC），2015年建造福州大学校园内UHPC拱桥（10m跨径）和京港澳高速石安段UHPC箱梁公路桥，2016年建造长沙北辰虹桥（预制节段拼装预应力UHPC箱梁桥）和上海装配式高架桥UHPC湿接缝。之后桥梁和建筑创新应用呈明显增长势头。如今，

UHPC是我国水泥基材料研究、应用、创新、发展最具活力的领域。伴随工程应用的增长，UHPC已成为可工业化生产和商业化供应的工程材料，产品类型和应用领域在不断扩展。UHPC的标准化工作正在我国全面展开，进入标准体系的建立阶段。

3 UHPC的生产设备

目前，国内UHPC应用处于初期研究状态。制约UHPC发展的主要因素是UHPC搅拌设备还不成熟，采用人工投料，自动化程度不高，生产周期太长，影响其大型构件的整个性能。其次，因为自动化不成熟，所需人工成本太高，劳动强度大，有一定的安全隐患。第三，自动化程度底，人工投料，在投料过程中产生扬尘，造成环境污染，无法

美国FHWA系列技术文件2006德国UHPC国际研讨会日本设计施工暂行指南2004丹麦UHPC发明专利1979丹麦DSP理论、CRC，法国VHSCUHPC名称1994法国设计施工暂行指南2002客运专线RPC盖板技术条件2006ASTM C1856 UHPC测试2014法国NF P18-470，710瑞士SIA 20522016GB/T 31387 RPCGDJTG/T A01 STC2015法国NF P18-4512018T/CBMF 37 UHPC基本性能和试验方法2018丹麦Densit®，法国RPC，Ductal®19801990美国Treat岛耐久性暴露试验开始 1996加拿大人行桥首次结构应用1997湖南大学制备出200MPa超高强钢纤维混凝土19932000法国公路桥2001韩国人行桥2002迁曹铁路桥T梁20062010肇庆马房大桥2011福州大学拱桥河北公路桥箱梁20152020长沙北辰虹桥上海装配式桥梁湿接缝2016韩国公路斜拉桥梁板2017（创新奖）苏州混凝土桥面铺装南京长江五桥桥面板广东公路桥I型梁2019上海公路桥π梁2017深圳建筑幕墙2018过去10多年，UHPC在法国丹麦建筑、瑞士维修加固、马来西亚桥梁、欧洲风电和北美桥梁结构连接、中国钢桥面等应用快速发展图1 国际国内UHPC技术与应用发展大事年表

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安装调试周期。设备的各项技术性能、成本指标得到有效控制，以创造更高的经济效益和更多的社会价值。模块化设计大大缩短了安装架设和拆卸转场周期，降低了运输费，给用户提供了多种组合方式。

（3）控制系统。

根据用户工艺流程不同，设计用户需求的控制系统，计算机对生产全过程进行管理，齐备的打印系统、摄像监视系统、照明系统及通讯系统，使整套设备功能齐全、强大。可完成物料的配

1. 主结构、2. 搅拌单元、3. 计量单元、4. 砼拢料斗、5. 气控系统、

6. 水外加剂系统、7. 控制室、8. 扶梯、9. 除尘系统、10. 电控系统

料、搅拌、卸料生产全过程的自动、半自动控制。

不管是从结构上还是性能上，这种超高性能混凝土搅拌设备对于其提高生

图2 超高性能混凝土（UHPC）成套搅拌设备组成

达到环评标准。

近10年来，随着国内基础建设项目的飞速发展，尤其以高铁项目为代表的快速客运网的铁路、公路等国家重点项目的建设，对UHPC搅拌设备提出了更高的要求：必须适应工程项目的特点，要求设备能耗低、更环保，以适应绿色环保、低碳经济的社会要求。

近几年我公司做了大量的技术调研、市场调查，提出了关于自动化、低能耗、模块化的设计思想，以满足市场的需求。对超高性能混凝土（UHPC）成套搅拌设备（见图2）进行了全新设计，该设备主要由搅拌单元、计量单元、水外加剂系统、电气控制系统、气路控制系统等组成。

粉料计量精度：±1%；水计量精度：±1%；外加剂计量精度：±1%；纤维计量精度：±1%。

产率和降低人工成本均优于传统设备，其自动化生产可为客户节省更多的时间、创造更大的经济效益。

3.2 设备关键技术

（1）立轴行星强制式搅拌主机。传动平稳，结构紧凑，性能优良。吸收欧洲先进技术研发专用减速机，传动具有扭矩大，噪音低，耐用性强等特点。搅拌装置无死角，属于国内领先搅拌布置形式，搅拌均匀快速，自身既有自转又有公转，可以有效的对物料进行挤压、反转等复合动作。

（2）模块化。

解决搅拌站安装架设和拆卸转场周期长、运输费用高的问题。产品整体采用模块设计，模块内部所有零部件和管路均在厂内安装调试完毕，模块之间采用螺栓连接，气路采用快插接头，现场安装快捷、方便，可以最大限度地减少

4 结束语

UHPC从首次被介绍到国内到现在已有20年的历史[1]，国内研究人员紧跟国际学术前沿，开展了大量的UHPC研究。目前UHPC优异的材料及结构性能已得到大量研究结果的证实。在国内众多学者及工程技术人员的不懈努力下，UHPC搅拌设备在工程应用上也取得了较多突破。随着科技日新月异，UHPC搅拌设备必将迎来广阔的应用前景。

3.1 设备主要技术参数

理论生产率：18m3/h；配套主机：JN3000；骨料计量精度：±2%；

［参考文献］

［1］ 邹勇. 我国超高性能混凝土（UHPC）

的研究与应用进展[J]. 重庆建筑, 2019（7）: 34-36.

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