表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能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 |
120-180 |
| 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 |
-- |
4.5-24 |
| 最大骨料粒径(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 |
37-55 |
| 断裂模量(第一条裂缝)(MPa) |
2.8-4.1 |
5.5-8.3 |
7.5-15 |
| 极限抗弯强度(MPa) |
18-35 |
||
| 透气性k(24小时40C)(mm) |
3x10 |
0 |
0 |
| 吸水率 |
<10% |
<6% |
<5% |
| 氯离子扩散系数(稳定状态扩散)(mm2/s) |
-- |
-- |
<2x10e-12 |
| 二氧化碳/硫酸盐渗透 |
-- |
-- |
-- |
| 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 |
0.2-1.2 |
| 收缩 |
-- |
-- |
-- |
| 流动性(工作性)(mm) |
测量坍落度 |
测量坍落度 |
测量坍落度 |
| 含气量 |
4-8% |
2-4% |
2-4% |
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（钢纤维）基本组成
| kg/m3 |
重量百分含量% |
|
| 水泥 |
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 |
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力学性能接近钢结构，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（钢纤维）公路桥梁混凝土组成和性能
| 组成材料 |
kg/m3 |
性能 |
|
| 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, FL2100433B
