超高性能混凝土 (UHPC) 技術(shù)的最新進(jìn)展
2017-03-13
上世紀(jì)90年代，UHPC作為一種先進(jìn)材料問(wèn)世，但其應(yīng)用因價(jià)格昂貴、自收縮過(guò)大和缺乏專門設(shè)計(jì)與施工規(guī)范或規(guī)程而受限。人們不得不等到2000年才看到歐洲、美國(guó)和亞洲等地通過(guò)材料改進(jìn)克服了諸多不足。這些改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)材料降價(jià)，激發(fā)對(duì)施工規(guī)范或指南以及UHPC在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)研究。這也啟動(dòng)了UHPC在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并加快了技術(shù)發(fā)展的速度。
UHPC的最新進(jìn)展
研發(fā)現(xiàn)狀
“UHPC”自1994年首次出現(xiàn)并被定義成抗壓強(qiáng)度高于150MPa的混凝土以來(lái)，作為下一代混凝土，它引發(fā)了人們濃厚的興趣，并成為了研發(fā)的主題。UHPC現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑物、道路與人行橋以及其他結(jié)構(gòu)中。在法國(guó)、德國(guó)、捷克等歐洲國(guó)家，日本、中國(guó)、韓國(guó)等亞洲國(guó)家以及北美地區(qū)，混凝土的研發(fā)工作正如火如荼地加以推進(jìn)。
上世紀(jì)70年代，在業(yè)界不斷努力攻克混凝土的不足（如抗拉強(qiáng)度極低、韌性低和能量吸收能力差）之后，通過(guò)添加鋼纖維使材料具有超高強(qiáng)度和高韌性，從而成功開(kāi)發(fā)出超高性能混凝土。UHPC在數(shù)十年中得以發(fā)展。有實(shí)驗(yàn)室采用特定制造工藝（如真空攪拌、高壓/熱固）開(kāi)發(fā)出了抗壓強(qiáng)度為230MPa和510MPa的超高強(qiáng)度混凝土。但在當(dāng)時(shí)，由于制造方法復(fù)雜和技術(shù)限制等因素，這些混凝土并無(wú)市場(chǎng)可尋，但可稱為對(duì)UHPC開(kāi)發(fā)的首次嘗試。* o- ]9 _6 M/ H3 K* L3 N’ A
上世紀(jì)80年代早期，聚合物的添加和極低水-粘料比的采用誕生了無(wú)宏觀缺陷（MDF）水泥，其抗壓強(qiáng)度超過(guò)200MPa。然而，由于制造過(guò)程復(fù)雜、材料成本高等緣故，MDF水泥的應(yīng)用情況并不樂(lè)觀。此后，UHPC研發(fā)中開(kāi)始使用強(qiáng)塑劑、硅粉和鋼纖維，但由于無(wú)法找到合適的混合物成分解決流動(dòng)性問(wèn)題，研發(fā)工作無(wú)法延伸到施工現(xiàn)場(chǎng)。隨后又開(kāi)發(fā)出了致密微（DSP），作為采用高二氧化硅（SiO2）含量的硅粉制造超高強(qiáng)度混凝土的新方法。在此之后，通過(guò)添加鋼纖維，提高混凝土的彎拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，相繼開(kāi)發(fā)出砂漿滲澆鋼纖維混凝土（SIFCON）和密筋混凝土（CRC）。
1994年，de Larrard首次引入術(shù)語(yǔ)“UHPC”。1995年，Pierer和Marcel開(kāi)發(fā)出抗壓強(qiáng)度為200-800MPa的活性粉末混凝土（RPC）。如今被公認(rèn)為UHPC開(kāi)發(fā)重大里程碑的RPC，采用了超高強(qiáng)度鋼纖維增強(qiáng)砂漿、熱固/高溫固化和基于最佳微填料理論的配合比設(shè)計(jì)，使得混凝土具有從前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的出色流動(dòng)性。/ s8 W# x- j: P7 t
上世紀(jì)90年代末，在RPC技術(shù)基礎(chǔ)之上，首款商業(yè)化超高性能混凝土Ductal 問(wèn)世。隨后，埃法日集團(tuán)聯(lián)合SIKA公司開(kāi)發(fā)出了BSI/Ceracem®。盡管加拿大成功修建了Sherbrooke大橋（首個(gè)RPC結(jié)構(gòu)，建于1997年），但由于材料成本較高并且要求高溫固化，RPC在實(shí)際結(jié)構(gòu)施工中的廣泛應(yīng)用仍受到了阻礙。
2000年，我們見(jiàn)證了全球各個(gè)國(guó)家UHPC開(kāi)發(fā)的起步。礦物粘料和強(qiáng)塑劑的應(yīng)用所取得的進(jìn)步，使得UHPC的制造和生產(chǎn)都變得極為容易。從那之后，各個(gè)國(guó)家都在積極開(kāi)展研究工作，改善材料性能（如抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、收縮、蠕變等）和UHPC的耐久性。特別指出的是，為通過(guò)尋求材料成分（如：飛灰、礦渣、硅粉、鋼纖維等）優(yōu)化解決方案和固化方式來(lái)降低UHPC制造成本，進(jìn)行了各種嘗試。在UHPC材料特性方面，Stiel et al. 于2004年根據(jù)纖維取向，研究了力學(xué)性質(zhì)變化，Acker在2004年研究了混凝土的蠕變和收縮特性。到目前為止，法國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞、美國(guó)和韓國(guó)還進(jìn)行了各種分析研究和實(shí)驗(yàn)研究，弄清彎曲特性、抗拉性能、抗剪性能、粘結(jié)性能和扭轉(zhuǎn)特性等UHPC結(jié)構(gòu)性能。2001年，美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）
開(kāi)始研究公路基礎(chǔ)設(shè)施中應(yīng)用UHPC的可行性，并且自2002年起，聯(lián)合運(yùn)輸部開(kāi)展深入調(diào)研。2002年，法國(guó)發(fā)布首條建議，包括UHPC的物理性質(zhì)、耐久性和在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中所需的設(shè)計(jì)指南。2006年，日本也發(fā)布了超高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)型混凝土（UHFRC）設(shè)計(jì)與施工建議草案。2005～2012年，德國(guó)投入1200萬(wàn)歐元（由德國(guó)科學(xué)基金會(huì)資助），用于由20家研究院牽頭的34個(gè)研究項(xiàng)目中，制定可靠的UHPC相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。而在韓國(guó)，自2002年起，KICT完成了“橋200”和“超級(jí)橋200”項(xiàng)目，并成功實(shí)現(xiàn)180-MPa級(jí)超級(jí)混凝土（K-UHPC）的商業(yè)化。作為后續(xù)項(xiàng)目，KICT將聯(lián)合學(xué)術(shù)界以及設(shè)計(jì)和建筑企業(yè)，在2013到2018年間實(shí)施“2020超級(jí)結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目，項(xiàng)目公募與私募基金為340億韓元，用于開(kāi)發(fā)可現(xiàn)場(chǎng)澆筑和車間預(yù)制的、抗壓強(qiáng)度為80-180MPa的低成本、耐久、優(yōu)質(zhì)混凝土。 u9 E; U1 t0 r* s4 k. H
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2010年之后，人們開(kāi)始關(guān)注碳納米纖維、納米二氧化硅和石墨烯等納米材料。UHPC領(lǐng)域采用納米技術(shù)，有望改善UHPC性能和進(jìn)一步解決材料收縮等問(wèn)題。截至2016年3月，全球共建有88座UHPC橋（70座道路橋和18座人行橋），另外還有30座UHPC新橋正在建設(shè)中。如今，UHPC是國(guó)際公認(rèn)的下一代混凝土，并且在力圖實(shí)現(xiàn)耐久性和降低成本等性能改善的各種研發(fā)工作的支持下，應(yīng)用于各種施工現(xiàn)場(chǎng)。& [. Q( q, ~2 h) C’ x
規(guī)程現(xiàn)狀
上世紀(jì)90年代，自法國(guó)成功研發(fā)出UHPC之后，所有國(guó)家都在不斷努力制定必要的UHPC應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)程。UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程最鮮明的特征在于，利用常規(guī)混凝土中忽略的抗拉特性（圖2）,突破僅利用抗壓強(qiáng)度高于150MPa這一局限。設(shè)計(jì)規(guī)程中聲明的抗拉特性不僅僅考慮采用鋼纖維，使UHPC抗拉強(qiáng)度超過(guò)8MPa，還得涉及UHPC的高韌性，使其在開(kāi)裂后仍能承受一定的拉力。還要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)鋼纖維含量，UHPC也可體現(xiàn)出硬化特性，而不僅僅是軟化特性。
設(shè)計(jì)中考慮拉力，在有效的UHPC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著決定性的作用。考慮UHPC抗拉強(qiáng)度的橫斷面不僅要變得纖細(xì)，還需體現(xiàn)出抗拉鋼筋、抗剪鋼筋和抗扭鋼筋量的急劇減少。尤其是主要承受剪力的腹板甚至能在無(wú)抗剪鋼筋的情況下，體現(xiàn)其韌性。此時(shí)，保證其基礎(chǔ)保護(hù)層厚度則將變得無(wú)足輕重了。這樣不僅能夠使混凝土橫斷面變得纖細(xì)，還能使施工變得簡(jiǎn)單?？紤]到混凝土橋面直接承受的是輪載，而且重量約為橋梁總重量的40%，橋面采用UHPC則可使其重量降低30%-40%，并且減少鋼筋用量，簡(jiǎn)化施工過(guò)程。按此方法實(shí)現(xiàn)的上部結(jié)構(gòu)重量減輕反之也會(huì)減小地基的尺寸，或者能夠加長(zhǎng)跨度。
UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程制定的過(guò)程中，體現(xiàn)出的另一鮮明特征是，即使各國(guó)存在一定的差異，但其發(fā)展通常要經(jīng)歷兩個(gè)階段。具體而言，第一階段僅以小規(guī)模結(jié)構(gòu)和專項(xiàng)研發(fā)中材料應(yīng)用所提供的經(jīng)驗(yàn)反饋為基礎(chǔ)。而第二階段是將UHPC用作一般建筑材料，添加應(yīng)用了國(guó)家混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程中具有UHPC性能的配料。7 C& p7 ]2 U’ x
法國(guó)于2002年發(fā)布的《超高性能纖維增強(qiáng)型混凝土臨時(shí)建議》是首個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)程，主要依據(jù)為Ductal 在小橋和其他結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在此之后，法國(guó)根據(jù)不斷的研究和在新型橋梁與建筑物中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用UHPC特性、耐火性、耐久性和可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的成分的調(diào)整，以及結(jié)合國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)程與歐洲規(guī)范，于2013年發(fā)布修訂版建議。! Y+ B& r+ I* [0 p/ Q2 o6 Y) L
2004年，在德國(guó)舉辦的第一屆UHPC研討會(huì)上介紹了大量的UHPC研究成果。此外，在德國(guó)科學(xué)基金會(huì)（DFG）的資助下，德國(guó)還在2008至2014年間系統(tǒng)地開(kāi)展了一項(xiàng)稱之為“SSP 1182”的綜合項(xiàng)目。這項(xiàng)由卡塞爾大學(xué)牽頭的項(xiàng)目已成功開(kāi)發(fā)出多種超高性能混凝土，并對(duì)其力學(xué)特性和在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用展開(kāi)深入研究。據(jù)研究結(jié)果表明，德國(guó)當(dāng)前正在結(jié)合以前的設(shè)計(jì)規(guī)范和歐洲規(guī)范，編制UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程。
由歐洲國(guó)家所領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際結(jié)構(gòu)與混凝土聯(lián)合會(huì)（FIB）還成立了4.2工作組，主要針對(duì)超高性能纖維增強(qiáng)型混凝土，現(xiàn)正在檢驗(yàn)研究成果，制定設(shè)計(jì)規(guī)范。
在日本土木工程師學(xué)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，日本已經(jīng)展開(kāi)對(duì)Ductal 力學(xué)特性的研究，并在2004年成功發(fā)布《UHPFRC設(shè)計(jì)與施工建議》（暫定）。這些建議成功地應(yīng)用到了羽田機(jī)場(chǎng)跑道的擴(kuò)建工程中，這是迄今為止最大規(guī)模的UHPC應(yīng)用。
韓國(guó)則通過(guò)KICT，自2002年著手開(kāi)發(fā)早期的UHPC，于2006年制成材料（K-UHPC）后，KICT根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論研究，在2008年制定了《K-UHPC設(shè)計(jì)指南》（暫定）。隨后通過(guò)K-UHPC橋梁的設(shè)計(jì)與修建，對(duì)指南規(guī)定進(jìn)行了增補(bǔ)，并在韓國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（KCI）的協(xié)助下，于2012年發(fā)布《K-UHPC設(shè)計(jì)指南》。KICT運(yùn)用《K-UHPC設(shè)計(jì)指南》完成了韓國(guó)、緬甸和美國(guó)愛(ài)荷華州7座K-UHPC橋的設(shè)計(jì)，其中6座已經(jīng)建成，另外1座還在修建中。位于韓國(guó)樂(lè)高樂(lè)園入口處、將于2017年竣工的第一座UHPC斜拉路橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用也參照了這些指南。2 W E6 ?: @2 j& P$ R% Q( i: N1 t0 ]
自2000年開(kāi)始，美國(guó)公路局就已開(kāi)始研究Ductal 的應(yīng)用，如何修建小型橋或者加快橋梁連接件的構(gòu)筑。2015年，美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）成立了專注于UHPC的ACI239C委員會(huì)，負(fù)責(zé)編制《UHPC設(shè)計(jì)指南》。同時(shí)，制定與UHPC制造與材料測(cè)試相關(guān)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)的工作正在進(jìn)行之中。除此之外，美國(guó)還通過(guò)FHWA對(duì)可能應(yīng)用的各種超高性能混凝土展開(kāi)性能評(píng)估研究。2015年，加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（CSA）也成立了UHPC工作組，負(fù)責(zé)編制設(shè)計(jì)規(guī)程。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）也已發(fā)布了《SIA 2052 UHPFRC瑞士標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)規(guī)范，其中包括國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)程中的UHPC研究成果。
上世紀(jì)90年代末，中國(guó)引入U(xiǎn)HPC之后，也在不斷開(kāi)展相關(guān)的研究工作并加以應(yīng)用，為2015年頒布《活性粉末混凝土》設(shè)計(jì)規(guī)程打下了基礎(chǔ)。該規(guī)程中明確了UHPC的定義、制造方法、測(cè)試方法和質(zhì)量控制?！?T( ?’ E4 e( J) ]0 } H5 h
上世紀(jì)90年代起，全球開(kāi)始集中制定UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程。除了聚焦抗壓強(qiáng)度的應(yīng)用外，制定好的UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程還會(huì)使用傳統(tǒng)混凝土中被忽略的抗拉強(qiáng)度。初版UHPC設(shè)計(jì)規(guī)程是專為UHPC而制定的。此后在設(shè)計(jì)規(guī)程的制定過(guò)程中，將UHPC用作一般建筑材料，在國(guó)家混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程中，添加允許使用UHPC性能的條款。通過(guò)這些努力，有望在不久的將來(lái)，將UHPC納入諸如歐洲規(guī)范和ACI的重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程中。如今，UHPC不再是無(wú)人問(wèn)津的尚在開(kāi)發(fā)中的建筑材料，而是已經(jīng)成為可以隨時(shí)使用的知名的建筑材料。0 _+ S9 J; G, s$ D4 f, G, T- D4 d
UHPC在橋梁中的應(yīng)用
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歐洲
法國(guó)是第一個(gè)將UHPC成功商業(yè)化的國(guó)家，也是于2001年第一個(gè)修建UHPC路橋的國(guó)家。兩座簡(jiǎn)支橋梁構(gòu)成了Bourg-Les-Valence跨線橋，采用長(zhǎng)分別為20.5 m和22.5 m的π型梁。這些UHPC梁分5段預(yù)制而成，然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，橋面采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑常規(guī)混凝土制作。此外，法國(guó)的橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)中又新增了7座UHPC橋。% ?. g) w7 R+ s
德國(guó)在開(kāi)展UHPC研究工作的同時(shí)，修建了5座UHPC橋。其中，2007年竣工的卡塞爾Gaertnerplatz 橋作為主跨長(zhǎng)36m、總長(zhǎng)132m的6跨連續(xù)桁架橋梁而聞名。橋梁采用UHPC-鋼混合結(jié)構(gòu)，連接鋼制斜構(gòu)件和UHPC上弦桿。9 X5 K- |( w" U& D M
第一座采用UHPC 拱肋的路橋， 維爾德橋（Wild Bridge）于2010年在澳大利亞落成。拱肋總長(zhǎng)69m，由5個(gè)長(zhǎng)度小于16m的直構(gòu)件組成，橫斷面為矩形鏤空斷面，厚度為60mm，并采用體外預(yù)應(yīng)力加固。
elákovice人行橋，雙橋塔斜拉橋，主跨長(zhǎng)156m，總長(zhǎng)242m，于2014年在捷克落成。該人行橋?qū)?.0m，除行人荷載之外，還可承受35KN貨車負(fù)荷。橋梁采用當(dāng)?shù)夭牧希⑶乙?.5%的容積率摻入鋼纖維。鑒于所采用的材料，設(shè)計(jì)強(qiáng)度預(yù)計(jì)可以達(dá)到110MPa，但實(shí)際強(qiáng)度高達(dá)130MPa，略低于其他國(guó)家所用材料的強(qiáng)度。正因如此，修建這座人行橋的成本相對(duì)較低，只花費(fèi)150萬(wàn)歐元。除上述橋梁之外，將UHPC應(yīng)用于橋梁維修、加固或路面、橋面板等個(gè)別構(gòu)件也是將來(lái)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。特別是在路面采用UHPC，可以省略防水工程，因?yàn)閁HPC路面不存在宏觀裂紋，能夠有效防止水和氯化物滲入。此外，鑒于材料產(chǎn)生的加固效果，UHPC也適用于現(xiàn)有路面的維護(hù)和維修。& K7 z7 d9 ?’ 5 f
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北美
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Sherbrooke大橋是全球第一座UHPC人行橋，于1997年在加拿大魁北克落成。該橋采用了法國(guó)開(kāi)發(fā)的材料，寬3.3m，橋面厚度為30mm，跨長(zhǎng)60m。橋面通過(guò)橫向預(yù)加應(yīng)力。六段10m長(zhǎng)混凝土段的建造耗費(fèi)了2個(gè)月，而橋梁僅在兩周內(nèi)就竣工了。- u) @, E5 Y& o8 k3 H% h, Q
北美地區(qū)直到2006年才建成第一座UHPC路橋。該橋便是美國(guó)愛(ài)荷華州的33.5m單跨的火星山橋（Mars Hill Bridge）。兩年后的2008年，愛(ài)荷華州又修建了Jakway公園橋。該橋采用與橋面融合在一起的π型梁，梁深838mm，跨長(zhǎng)15.2m，寬7.6m。此外，來(lái)自愛(ài)荷華州立大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，在2011年開(kāi)發(fā)出了UHPC華夫橋面，并在次年將其安裝在了瓦佩洛郡內(nèi)的一座替代橋梁上。需要注意的是，華夫橋面厚度僅為64mm。
除橋梁上部結(jié)構(gòu)之外，北美還存在許多在預(yù)制構(gòu)件連接件中應(yīng)用UHPC的例子，并且，使用UHPC來(lái)加快施工進(jìn)度也成為了日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)。* q+ A) m4 N, d6 `: E’ H
亞洲
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日本在2002年建成第一座UHPC橋, 即酒田-未來(lái)大橋之后，又修建了20多座橋。50m人行橋的腹板上設(shè)置了大徑鉆孔，用來(lái)減小恒定載荷、改善橋梁外觀。2005年建成的堀越公路C匝道橋是日本第一座UHPC公路橋。Kayogawa橋是第一座UHPC鐵路橋。該橋跨長(zhǎng)必須加長(zhǎng)1.65倍，但同時(shí)需要保留之前橋梁的垂直凈空，可在發(fā)生洪災(zāi)時(shí)控制水流截面。而采用UHPC則可解決該問(wèn)題。1 v% o- @ W( I! `) q2 M" j& W% [
馬來(lái)西亞杜拉科技公司（Dura Technology）實(shí)現(xiàn)了UHPC的商業(yè)化，并且保持著50座竣工UHPC橋和30座在建橋梁的紀(jì)錄?？⒐蛄褐?，有48座路橋，這些路橋中，有一座跨長(zhǎng)100m的分段式箱梁橋，該分段式箱梁橋分40段，每段寬5.0m，梁深4.0m，梁長(zhǎng)2.5m，為全球此類橋梁中最長(zhǎng)者。
最近，中國(guó)修建了一座總長(zhǎng)70.8m的三跨UHPC人行橋。鑒于拱肋采用UHPC，具有一定的優(yōu)勢(shì)，中國(guó)工程師也在嘗% [, P2 v6 R6 Y3 z/ O- o
試設(shè)計(jì)跨長(zhǎng)160m、420m和600m的拱橋。據(jù)說(shuō)420m的橋可以實(shí)現(xiàn)1∶5的矢跨比。3 _) } H: V7 p; e
2002年，在法國(guó)的幫助下，韓國(guó)建成和平橋（Peace Bridge），一座連接仙游島和首爾漢江南岸的人行橋。2008年，KICT采用自主開(kāi)發(fā)的材料修建了一座人行橋。該橋的特殊之處在于，它是第一座UHPC斜拉橋。2012年還修建了兩座小型UHPC路橋。2015年，緬甸仰光-曼德勒高速公路擴(kuò)建和愛(ài)荷華州的一座橋都采用了K-UHPC，并用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品代替部分材料。同年，在通往樂(lè)高樂(lè)園主題公園的道路中，某個(gè)路段選用了一條UHPC斜拉橋，它位于韓國(guó)江原道，目前尚在建設(shè)之中（圖3）。該橋?yàn)閱嗡崩瓨?，總長(zhǎng)200m，寬29.5m，預(yù)計(jì)于2017年竣工。一旦竣工，該橋?qū)⒊蔀槿虻谝蛔鵘HPC斜拉公路橋，也是最長(zhǎng)UHPC公路橋。
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韓國(guó)UHPC斜拉橋
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“2020超級(jí)結(jié)構(gòu)”研究小組
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“2020超級(jí)結(jié)構(gòu)”是一項(xiàng)綜合性研究計(jì)劃，從80-180MPa抗壓強(qiáng)度混凝土材料的開(kāi)發(fā)、專用設(shè)計(jì)指南的編制，到應(yīng)用所謂先進(jìn)材料的技術(shù)開(kāi)發(fā)。該計(jì)劃于2013年12月正式啟動(dòng)，預(yù)計(jì)2018年8月結(jié)束，總資金額為2900萬(wàn)美元，其中2000萬(wàn)美元由政府資助。
該計(jì)劃分3個(gè)核心項(xiàng)目。第一個(gè)核心項(xiàng)目的重點(diǎn)是，開(kāi)發(fā)可用于各種施工環(huán)境且經(jīng)濟(jì)有效的混凝土。這些混凝土包括：無(wú)鋼纖維高強(qiáng)度混凝土，其抗拉強(qiáng)度在80-120MPa之間，以及抗拉強(qiáng)度120-180MPa的鋼纖維（超）高強(qiáng)度混凝土。該計(jì)劃將這些混凝土統(tǒng)稱為超級(jí)混凝土。第二個(gè)核心項(xiàng)目旨在編制先進(jìn)材料設(shè)計(jì)規(guī)程。為此，需進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)計(jì)方法。這也意味著，制定設(shè)計(jì)規(guī)程是為了實(shí)現(xiàn)先進(jìn)材料的經(jīng)濟(jì)及有效的應(yīng)用。第三個(gè)核心項(xiàng)目旨在為第一個(gè)核心項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)材料的結(jié)構(gòu)性應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)的開(kāi)發(fā)。設(shè)想結(jié)構(gòu)包括斜拉橋和長(zhǎng)跨橋上部結(jié)構(gòu)、風(fēng)力渦輪塔架、浮動(dòng)結(jié)構(gòu)以及建筑結(jié)構(gòu)與裝飾藝術(shù)品。項(xiàng)目的目標(biāo)是，相較于以前的結(jié)構(gòu)，保證至少10%的經(jīng)濟(jì)效率。在計(jì)劃的現(xiàn)階段，部分目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
此項(xiàng)研究計(jì)劃同時(shí)還要開(kāi)發(fā)材料以及其結(jié)構(gòu)性應(yīng)用技術(shù)。與以前的研發(fā)工作相比，該計(jì)劃的獨(dú)創(chuàng)性在于側(cè)重經(jīng)濟(jì)效率這一目標(biāo)。在分別開(kāi)發(fā)材料及其結(jié)構(gòu)性應(yīng)用技術(shù)的傳統(tǒng)框架內(nèi)，系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)相當(dāng)困難。并且，該計(jì)劃選擇的當(dāng)前框架體系可使上述兩個(gè)方面（材料及其結(jié)構(gòu)性應(yīng)用技術(shù)）提供互通，相信可以實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效率。
此項(xiàng)研究計(jì)劃將為UHPC的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)提供解決方案，并通過(guò)從根本上削減制造成本，促進(jìn)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中新的商業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)一步擴(kuò)大UHPC的應(yīng)用范圍。
不管迄今技術(shù)發(fā)展如何先進(jìn)，仍然存在許多亟需解決的問(wèn)題。例如，進(jìn)一步降低材料價(jià)格，同時(shí)保證材料性能不變，為材料成分、混合比、制造、施工、設(shè)計(jì)與維護(hù)等項(xiàng)建立可靠的規(guī)范和指南，以及探索在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用并保證經(jīng)濟(jì)效率等等。不論國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平如何，當(dāng)前與設(shè)施投標(biāo)相關(guān)的主要關(guān)鍵詞是耐久性高、壽命長(zhǎng)、維修量小、美觀和施工進(jìn)度加快。毋庸置疑，UHPC正是滿足所有關(guān)鍵詞的建筑材料。UHPC既是現(xiàn)行技術(shù)，也是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
