超高性能混凝土(UHPC)研究綜述

1、超高性能混凝土(UHPC) -研究綜述，發(fā)表人：金凌志2016.4，教學(xué)性質(zhì)和地位、性質(zhì)：超高性能混凝土結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用是研究型選修課。 地位：是提高本科生專業(yè)素養(yǎng)、拓展國(guó)際視野、培養(yǎng)科研能力的拓展課程，也是為準(zhǔn)備應(yīng)試研究的學(xué)生提供先進(jìn)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)的課程。 前期基礎(chǔ)課程：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和混凝土結(jié)構(gòu)、房屋建筑學(xué)、土木工程材料、材料力學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等。課程的學(xué)習(xí)目的，1了解國(guó)家高性能混凝土材料研究的最大地面鋒，適應(yīng)時(shí)代替代能源新材料的需要。 2指導(dǎo)學(xué)生本科階段的研究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科協(xié)研究的興趣，培養(yǎng)科學(xué)思維，為未來(lái)深入的研究和就業(yè)做準(zhǔn)備。 把UHPC當(dāng)做職業(yè)，理解科研工作需要做什么準(zhǔn)備？

2、研究什么內(nèi)容其過(guò)程如何4學(xué)習(xí)尋找參考文獻(xiàn)，熟悉論文寫作。課程學(xué)習(xí)要求，1實(shí)踐為主，積極參加碩士研究生南朝梁剪切結(jié)構(gòu)考試，學(xué)習(xí)考試方法，理解考試過(guò)程，有時(shí)間盡量積極參加。 要認(rèn)真看待UHPC ()的相關(guān)內(nèi)容，立即做筆記，掌握材料配方，熟悉試驗(yàn)參數(shù)，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，分析試驗(yàn)結(jié)果。 通過(guò)學(xué)習(xí)和參加實(shí)驗(yàn)，完成3000字的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，編寫科學(xué)研究性論文。 課程的主要內(nèi)容是由混凝土：膠凝作用材料(水泥、細(xì)骨料(砂)、粗骨料(石)、溶劑(水)和根據(jù)需要配合的化學(xué)添加劑組成，膠凝作用材料冷凝硬化后，形成具有一定強(qiáng)度和耐久性的人造石材。 優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于其他材料，具有混凝土生產(chǎn)能量低、原料來(lái)源寬、工藝簡(jiǎn)單、成本低、耐久

3、、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。 混凝土顯示，缺點(diǎn)嚴(yán)重、脆性大、強(qiáng)度(特別是極限拉伸強(qiáng)度)低、使用范圍窄的低強(qiáng)度混凝土，在滿足相同功能時(shí)使用量大，不符合國(guó)家節(jié)約消耗的要求。 引言，1，2，引言，高強(qiáng)混凝土的發(fā)展，8 )在2.0世紀(jì)9.0年，法國(guó)Bouygues在DSP，MDF和鋼纖維混凝土的研究基礎(chǔ)上研制出了RPC。 7、8、高性能混凝土的發(fā)展、引言1、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)去年投資建立了“高級(jí)水泥基科技中心”，美國(guó)聯(lián)邦公路局以研究對(duì)象，開展了系統(tǒng)研究，進(jìn)行了1000多件試驗(yàn)片的測(cè)試。 研究?jī)?nèi)容包括調(diào)配技術(shù)、強(qiáng)度、耐久性和長(zhǎng)期性能等力學(xué)性能。 2、法國(guó)土木工程學(xué)學(xué)會(huì)在大量研究的基礎(chǔ)上，于2002

4、年制定了超高性能纖維混凝土指南(初稿)。高強(qiáng)混凝土各國(guó)的研究進(jìn)展、引言3、日本土木工程協(xié)會(huì)也于2004年制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工指南(初稿)，于2006年出版英文版。 高強(qiáng)度混凝土各國(guó)的研究進(jìn)展，5、我國(guó)從2.0世紀(jì)9.0年代開始UHPC的研究，取得了一系列的研究成果，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土于2015年2月出版。 4、韓國(guó)提出，利用UPHC建設(shè)橋梁，將工程成本降低2.0 %，1.0年節(jié)約2.0億美元投資，44%降低二氧化碳排放量，2.0 %降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。高性能混凝土?xí)h，2004年9月在德意志卡爾塞爾召開的UHPC國(guó)際會(huì)議上，參加的專門人才將UHPC命名為混凝土材料，是一種新材料，可以認(rèn)為是下一代

5、水泥化學(xué)基建筑材料。 引言在2009年法國(guó)馬賽召開的超高性能纖維加固混凝土國(guó)際會(huì)議上，與會(huì)的專門人才UHPFRC低碳環(huán)保和性能優(yōu)異，可以用于建設(shè)低碳混凝土結(jié)構(gòu)，在未來(lái)得到了很大發(fā)展。高性能混凝土運(yùn)行情況、UHPC運(yùn)行情況、UHPC運(yùn)行不理想的原因、引言自出現(xiàn)以來(lái)一直應(yīng)用于橋梁、建筑、核電源、市政、海洋等工程，但應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。以使用最多的橋?yàn)槔?，?997年第一座UHPC橋加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC橋建成以來(lái)，在十三年五載之間全世界也只有多馀的座，以中小搖鏡頭和橫斷橋?yàn)橹鳌?在中國(guó)，實(shí)際工程的應(yīng)用也極少，以橋梁為例，只有鐵元素道有梁橋的應(yīng)用，現(xiàn)在道路梁橋正在建設(shè)中。 另一

6、方面，相關(guān)研究主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，這些個(gè)國(guó)家已經(jīng)完成了大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)了其研究和應(yīng)用的市場(chǎng)動(dòng)力不足，而發(fā)展中國(guó)家有很大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求，但基礎(chǔ)研究的不足和價(jià)格很高，影響著其在工程中的應(yīng)用。高性能混凝土的運(yùn)用情況、引言、中國(guó)研究高性能混凝土的意義：1)今后相當(dāng)有日子，中國(guó)還處于大建設(shè)時(shí)期，隨著對(duì)節(jié)能減排、永續(xù)發(fā)展要求的提高，混凝土性能的要求也越來(lái)越高。 2 )推廣應(yīng)用高性能混凝土，是加強(qiáng)節(jié)能減排，防治大氣污染的有效途徑，有助于提高建筑質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑物壽命，提高防災(zāi)減災(zāi)能力，推進(jìn)水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。 3 )中國(guó)UHPC技術(shù)、混凝土材料和工程結(jié)構(gòu)為世界領(lǐng)先作出了積極貢獻(xiàn)。 1 UHPC制造

7、的基本原理和技術(shù)指標(biāo)、氣孔率的減少、孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、密度的提高、纖維的混入、UHPC制造的基本原理和主要方法、普通混凝土是多孔質(zhì)的不均勻材料，孔結(jié)構(gòu)是影響其強(qiáng)度的主要因素，固體混合物粒子系具有的高堆積孔密度是混凝土獲得高強(qiáng)度的關(guān)鍵。 1 RPC制備的基本原理和技術(shù)指標(biāo)，RPC獲得超高性能的主要方法是去除粗骨料，將細(xì)骨料的最大粒徑限制在300um以下，提高骨料的均勻性。 ()通過(guò)優(yōu)化細(xì)骨料的傾斜度，使其滲透到整個(gè)粒子空間，增大骨料的致密度。 配合硅粉、粉煤灰等超細(xì)活性礦物材料，具有良好的微粉充填作用，化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，縮小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。 ()硬化過(guò)程中，通過(guò)加壓和熱養(yǎng)護(hù)減少化學(xué)收縮，

8、使C-S-H轉(zhuǎn)化為雪硅鈣石，變成硬硅鈣石，改善材料的微觀結(jié)構(gòu)。 ()通過(guò)添加短的細(xì)鋼纖維，改善材料的延展性。 RPC定義：水泥、礦物、細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī)合成纖維等原料生產(chǎn)的超增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土，1 RPC制造的基本原理和技術(shù)指標(biāo)，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土對(duì)RPC按力學(xué)性能的等級(jí)示于表1。 對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求最低為100，低于法國(guó)和日本的抗壓強(qiáng)度150。 1 RPC制造的基本原理和技術(shù)指標(biāo)，制造技術(shù)，目的：降低成本，提高性能。 和：材料成分和配合比，材料成分和配合比，材料成分和配合比，一部分和陽(yáng)性，鋼纖維，級(jí)焊接筋網(wǎng)，低陰性，中陰性的耐堿玻璃纖維和高彈性模量的鋼纖維混合存在，最終找到2

9、.1.1鋼纖維的替代品，破壞形態(tài)顯示較大的脆性破壞耐腐蝕超過(guò)采用鋼纖維的UHPC，施工容易，成本大幅降低。 一些力學(xué)性能在某種程度上得到了改善和提高。材料成分和配合比、制造技術(shù)，尋找2.1.2水泥的替代品：1)用水泥代替2)RPC中采用和渣代替水泥和硅灰3 )棕櫚油灰代替的材料4 )用稻殼灰代替5 )選擇多種稻殼灰攪拌注意事項(xiàng)：1)與普通混凝土不同，RPC是用基材細(xì)粒徑成分材料的鋼纖維配制而成，在攪拌過(guò)程中容易凝聚，影響RPC成形的韌性和材料特性。 2 )也要考慮采用的攪拌設(shè)備、混合物的攪拌時(shí)間和順序等。 3)RPC澆注時(shí)的鋼纖維方向分布對(duì)RPC的？等性能的影響。4 )高溫加壓養(yǎng)護(hù)是UHPC獲

10、得高性能的重要手段，溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，參與反應(yīng)的硅灰越多，原來(lái)如此、內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越密。 5 )養(yǎng)生時(shí)的壓力也會(huì)影響性能。 從、制造技術(shù)、混煉和養(yǎng)護(hù)技術(shù)、超高性能反應(yīng)歷程、微觀結(jié)構(gòu)、1 )測(cè)量的納米力學(xué)性能，采用四階段多尺度微觀結(jié)構(gòu)模型，證明了正確計(jì)算的剛性、纖維沉積基質(zhì)界面無(wú)缺陷。 2)RPC的密度和強(qiáng)度之間有很高的相關(guān)性，但最大密度不表示最高強(qiáng)度，強(qiáng)度左右UHPC的微觀結(jié)構(gòu)和水合階段的性能。 3 )高溫會(huì)促進(jìn)水泥、硅灰與石英粉的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到250時(shí)，RPC中會(huì)出現(xiàn)硬硅灰石。 隨著養(yǎng)生溫度的增加，-凝膠的平均鏈長(zhǎng)增加，堿激發(fā)水泥RPC (堿礦渣水泥系活性粉末混凝土ARPC )在抗壓強(qiáng)度

11、相同的情況下，由于具有更高的抗折性能、破壞性能以及與鐵元素筋的粘接性能的ARPC的CaOSiO2低，因此納米的細(xì)孔結(jié)構(gòu)有利于水分的逃逸3.2纖維強(qiáng)化的強(qiáng)化反應(yīng)歷程、超高性能反應(yīng)歷程、4 )抗壓強(qiáng)度、鋼纖維也有一定的加強(qiáng)作用，但認(rèn)為極限配合量為2%，若超過(guò)該配合量，抗壓強(qiáng)度不會(huì)降低。 在材料性能研究、拉伸、壓縮強(qiáng)度等基本力學(xué)性能、強(qiáng)度等力學(xué)性能等方面主要研究了壓縮度、極限拉伸強(qiáng)度、韌性、彈性模數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變曲線、極限應(yīng)變、泊松比、平均斷裂能、延展性、熱脹冷縮系數(shù)等，其中壓縮強(qiáng)度、極限拉伸強(qiáng)度是UHPC最基本的力學(xué)性能. 1 )與普通混凝土一樣，UHPC的抗張強(qiáng)度從高到低依次為軸抗張強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、

12、彎曲強(qiáng)度，但關(guān)于各種測(cè)試結(jié)果間的比率的定量化關(guān)系，迄今為止還沒(méi)有公認(rèn)的說(shuō)法，2 )水泥隨著砂漿比的增大，RPC的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度減少RPC的抗彎強(qiáng)度增大，但抗壓強(qiáng)度在水泥比為0.18時(shí)，隨著達(dá)到最大值的鋼纖維配合量的增大，軸極限拉伸強(qiáng)度、極限拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度增大，但抗壓強(qiáng)度在鋼纖維配合量時(shí)達(dá)到最大值。材料性能研究、體積穩(wěn)定性、收縮、漸變等性能，體積穩(wěn)定性收縮、漸變等體積穩(wěn)定性是UHPC長(zhǎng)期性能研究的主要內(nèi)容。 研究結(jié)果表明，由于孔隙致密，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的RPC收縮和漸變減少，收縮速度比普通混凝土快，可以在2.4內(nèi)完成總收縮量的1.2，有利于提高預(yù)應(yīng)力RPC構(gòu)件工廠化生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)效率，隨著水灰

13、比和高效減水劑摻量的增加，RPC收縮率也隨之增加在溫度2.0、相對(duì)大氣濕度5.0下養(yǎng)生的RPC中，標(biāo)準(zhǔn)樣品的早期收縮占全收縮的7.7。 與徐變相對(duì)，徐變系數(shù)雖小，但由于材料強(qiáng)度提高，早齡期荷載引起的徐變變形相當(dāng)大，工程應(yīng)用應(yīng)盡量采用晚齡期荷載。 材料的性能研究.耐久性、RPC的耐久性研究，主要集中在除冰鹽的腐蝕、氯元素絡(luò)離子的滲透能力、凍融循環(huán)能力等方面1)RPC具有非常致密的精細(xì)結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的滲透阻力和優(yōu)良的凍融循環(huán)能力2)UHPC的耐水性優(yōu)于普通混凝土(以滲出的鈣元素為指標(biāo))。 3)UHPC具有很高的水密性和治療裂紋的能力，能承受硫酸鹽、氯元素鹽，但不能承受高濃度的硫酸。 還有耐高溫、耐爆耐

14、沖擊、粘接性能等其他優(yōu)良性能。工程應(yīng)用研究表明，無(wú)環(huán)箍時(shí)，梁板具有良好的抗沖擊性，沖擊載荷下的南朝梁出現(xiàn)輕微裂縫，發(fā)生延展性彎曲破壞。 基本構(gòu)件受力性能比普通的南朝梁，UHPC南朝梁具有更好的極限載荷、剛性和抗裂性能，與普通的鐵元素筋相比，采用高強(qiáng)度鐵元素筋的UHPC南朝梁與具有高延展性和高富馀承載力的普通的鋼筋混凝土柱相比，鋼筋RPC柱具有更好的靜力和動(dòng)力性能， UHPC預(yù)制棒結(jié)節(jié)點(diǎn)的說(shuō)唱樂(lè)長(zhǎng)度較短，可以避免橫向和縱向鐵元素筋的交錯(cuò)，提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率和安全性，工程應(yīng)用研究、工程研究，美國(guó)聯(lián)邦道路局于2001年開始研究RPC在道路基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用的形南朝梁、井架橋面板、橋面板連接件、鐵元素筋和

15、鋼纖維的RPC內(nèi)部及裂RPC南朝梁的抗拉性能和耐久性等基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，目前已成功地將RPC應(yīng)用于多座橋梁。 日本為了將UHPC應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的橋梁施工建設(shè)，進(jìn)行了UHPC的力學(xué)性能、耐久性能、濕接縫、干接縫、UHPC與普通混凝土的PBL連接等試驗(yàn)研究。工程研究、工程應(yīng)用研究、德意志為建設(shè)Grtnerplatz橋進(jìn)行了一系列驗(yàn)證性試驗(yàn)，如UHPC性能和質(zhì)量控制試驗(yàn)、橋面板彎曲和抗剪極限承載力試驗(yàn)、鋼板與UHPC南朝梁接合部的抗摩擦性試驗(yàn)奧地利進(jìn)行了UHPC柱試驗(yàn)研究，其成果是威爾德我國(guó)為了建設(shè)曹鐵元素道濱柏干水路橋，還開展了UHPC南朝梁的模型試驗(yàn)研究。未來(lái)的研究方向.基體材料的組成、凝固硬化過(guò)程和精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究.纖維強(qiáng)化的反應(yīng)歷程的微細(xì)力學(xué)研究.設(shè)計(jì)和制造技術(shù).材料性的測(cè)定方法和指標(biāo)體系.基于工程應(yīng)用的研究.創(chuàng)新的應(yīng)用研究.經(jīng)濟(jì)性的研究.標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的研究，結(jié)束語(yǔ)，UHPC從提出到現(xiàn)在有著2.0年的歷史，在理論研究和工程應(yīng)用方面取得了可喜的進(jìn)展。 中國(guó)許多研究者追隨國(guó)際學(xué)術(shù)的地面鋒，開展了許多UHPC研究