超高性能混凝土 UHPC 百科

一、词条名片

二、概述

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）是一种基于最紧密堆积理论设计的水泥基纤维增强复合材料，由水泥、矿物掺合料、细骨料、高效减水剂与高强度纤维组成，具有超高强度、高韧性和高耐久性。区别于普通混凝土和高性能混凝土，UHPC 不使用粗骨料，水胶比通常控制在 0.14—0.27，并掺入体积率约 1.5%—3% 的钢纤维或非金属纤维^[1][2]。

按照国家标准 GB/T 31387—2025 修订征求意见稿，UHPC 的抗压强度标准值不低于 100 MPa，抗拉强度标准值不低于 3.5 MPa；按抗压强度等级可细分为 UC100、UC120、UC140、UC160、UC180、UC200 六级^[2]。实际工程中 28 天抗压强度多落在 120—180 MPa 区间，部分实验室配比可达 400 MPa 以上^[1][3]。

UHPC 的工程化研究始于 20 世纪 70 年代丹麦 Bache 基于 Andressen 理论开展的 CRC 研究；1994 年法国 Richard 报道了具有代表性的活性粉末混凝土（RPC），同年 Larrard 与 Sedran 首次提出 UHPC 概念^[1]。中国自 2006 年在迁曹铁路滦柏干渠大桥首次工程化应用后，陆续在桥梁、建筑、市政等领域落地大量示范项目^[1][3]。

由于 UHPC 致密的微观结构和纤维增强的协同作用，其抗氯离子渗透、抗冻融、耐磨、抗碳化等耐久性指标显著优于普通混凝土，被业内视为现代土木工程材料体系的重要补充之一^[1][3]。

三、正文

1. 概念与定义

超高性能混凝土（UHPC）属于水泥基纤维增强复合材料。配制原理：剔除粗骨料以减少内部缺陷，通过最紧密堆积理论优化颗粒级配，再掺入钢纤维或非金属纤维以提供开裂后抗拉能力^[1][3]。

• 美国 FHWA：抗压强度 ≥ 150 MPa（21.7 ksi），开裂后抗拉强度 ≥ 5 MPa（0.72 ksi）^[4]
• 法国 AFGC 2002：特征抗压强度 > 150 MPa，掺钢纤维保证延性^[5]
• 日本 JSCE 2006：抗压强度标准值 > 150 MPa，初裂强度 > 5 N/mm²^[5]
• 中国 GB/T 31387—2025（征求意见稿）：抗压强度标准值 ≥ 100 MPa，抗拉强度标准值 ≥ 3.5 MPa^[2]

不同口径反映的是 UHPC 在不同工程体系下的'准入门槛'差异，并不构成对材料等级孰高孰低的价值判断。

2. 发展历程

• 1931：德国 Andressen 建立最紧密堆积理论数学模型
• 1970s：丹麦 Bache 教授在奥尔堡水泥与混凝土试验室研制出 CRC
• 1990s：欧洲多国合作研究，材料被命名为活性粉末混凝土（RPC）
• 1994：法国 Richard 报道代表性 RPC；Larrard 与 Sedran 提出'UHPC'概念
• 2000 后：UHPC 在全球进入工程化阶段
• 2006：中国首座 UHPC 桥梁——迁曹铁路滦柏干渠大桥建成
• 2015：GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》发布，世界上第一个 UHPC 国家标准
• 2020：T/CBMF 96—2020 / T/CCPA 20—2020 团体标准发布（UHPC 预混料）
• 2024-03-14：国标《超高性能混凝土》编制组在清华大学成立
• 2025-12-11：中建材联合会等批准发布 7 项 UHPC 协会标准，2026-04-11 实施

3. 性能特征

3.1 力学性能：抗压 120—180 MPa（高强配比可超 400 MPa）；抗拉 7—30 MPa；抗折 15—30 MPa；弹性模量 37—55 GPa；极限拉应变可突破 0.8%^[1][2][3]。

3.2 耐久性能：孔隙率 2%—6%，孔径纳米量级；抗冻融达 100% 耐久；氯离子扩散系数 < 2×10⁻¹² mm²/s；抗碳化、抗硫酸盐侵蚀、抗剥蚀均显著优于普通混凝土^[1][3]。

3.3 与普通/高性能混凝土对比

4. 组成材料与制备方法

典型 UHPC（钢纤维）基本组成（kg/m³）：

制备要点：强制式搅拌机；自然养护 ≥ 28 天或蒸汽养护 70—95 ℃ ≥ 7 天；工厂预混料便于质量控制^[1]。

5. 技术标准与规范

• 国家标准：GB/T 31387—2015（现行），GB/T 31387—2025（修订中）
• 团体标准：T/CBMF 96—2020 / T/CCPA 20—2020（UHPC 预混料）
• 协会标准（中建材联合会等 2025-12-11 发布，2026-04-11 实施）：《超高性能混凝土加固既有混凝土结构技术规程》等 7 项
• 国际参考：FHWA、AFGC、JSCE 等机构指南^[4][5]

6. 应用领域

• 桥梁工程：主梁、桥面铺装、桥梁接缝、桥面板连接、旧桥加固
• 建筑工程：外围护系统、楼梯、阳台、装饰构件、主承重结构
• 市政与电力工程：高耐久性电杆、盖板、管廊、井盖、装配式变电房
• 维修加固：墩柱薄壁外包加固、桥面薄层铺装、伸缩缝锚固
• 防护与特种工程：军事防护、银行金库、核废料容器
• 海洋工程：跨海大桥、码头、海洋平台
• 其他：历史建筑修复、3D 打印、复杂曲面预制装配

7. 代表性工程（节选）

表中'世界跨径最长'等表述为公开报道口径，请以最新工程公告与设计文件为准。

8. 行业现状与研究动态

• 市场规模：2024 年全球 UHPC 产量 > 180 万吨；2025 年预计市场 14.486 亿美元，2034 年 24.4158 亿美元，CAGR ≈ 6.74%
• 区域分布：亚太 42% / 欧洲 28% / 北美 26%
• 领域分布：桥梁与道路 40% / 建筑 25% / 军事防护 20%
• 中国：2023 年用量 > 14.6 万 ㎡；桥梁 39% / 风电结构（塔筒管片）25%
• 研究方向：工业固废替代水泥、低成本纤维、3D 打印与装配式节点、钢-UHPC/FRP-UHPC 组合结构

9. 制备、运输与安全注意事项

• 制备与质量控制：强制式搅拌机、控制搅拌时间与原料温度；按批次检验抗压、抗拉与耐久性
• 运输：预混料防潮；湿拌料控制运输时间与温度，避免钢纤维结团或坍落度损失
• 安全：制备过程佩戴防尘、防噪声 PPE；蒸汽养护注意高温烫伤风险
• 储存：干粉预混料储存于干燥通风环境；纤维防潮防锈

四、参考资料（与正文角标对应）

1. 百度百科 · 超高性能混凝土词条（GB/T 31387、研究史、应用案例、市场数据等综合资料）
2. GB/T 31387—2025《超高性能混凝土》修订征求意见稿（2024-10 公开）
3. 学术综述与教材：阎培渝等关于 UHPC 性能参数、配比、对比表的整理；中国混凝土与水泥制品协会公开技术资料
4. U.S. Federal Highway Administration, Ultra-High Performance Concrete TechNote (FHWA-HRT-11-038)
5. AFGC（法国）/ JSCE（日本）UHPC 设计建议与研究报告
6. 团体标准 T/CBMF 96—2020 / T/CCPA 20—2020（UHPC 预混料产品）
7. 中国建筑材料联合会、中国混凝土与水泥制品协会 2025-12-11 发布的 UHPC 相关 7 项协会标准（2026-04-11 实施）