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    超高性能混凝土UHPC材料簡述

    作者:上海華謹建材 發布日期:2020-12-30 10:53:29

      超高性能混凝土(UHPC)已迅速成為預制混凝土結構物的主要材料。在90年代初期,當它首次進入行業,也被稱作“活性粉末混凝土ReactivePowderConcrete,RPC”,是一種繼高強、高性能混凝土之后,出現的力學性能、耐久性能都非常優越的新型建筑材料,近十年來被美國橋梁行業廣泛應用。
     
      在美國、法國、日本、馬來西亞,UHPC已用于建造公路橋梁;在加拿大和委內瑞拉等國已用于人行橋。在美國各州中,UHPC已被用于在弗吉尼亞州和愛荷華州的橋梁梁體建造;在紐約和特拉華州用于橋面鋪裝;在其他20多個州用于現場澆筑的預制橋梁構件。美國聯邦和各州交通運輸機構、國家工業組織、私企開發商和生產商都在積極地進行UHPC的性能研究,為此開展了大量基于實驗室的試驗和實際工程。
     
      與普通混凝土相比,超高性能混凝土在原材料、配合比和施工性等方面的要求有較大的不同。例如,UHPC配制所用水泥強度等級高,水泥用量大,水膠比低,一般使用硅灰等超細輔料,不使用粗骨料而使用石英砂等高強細骨料,同時摻加纖維(鋼纖維或復合有機纖維)來降低混凝土的脆性。此外還根據不同需要加入多種外加劑,如膠凝材料(SCM)。
     
      UHPC混合料的膠結材料總含量通??梢猿^1,500lbs/cud/cudd,這是大多數常規混凝土混合料的膠結材料含量的兩倍以上。然而,由于使用了專用的高范圍減水劑,水與粘合劑的比例(w/b)通常為0.20或更低。致密的顆粒堆積與超低的w/b相結合,在混凝土中產生了高度精煉的微觀結構,從而提供了出色的強度和耐久性。因此,即使在苛刻的外部環境中,例如海洋和凍融環境下,UHPC元件的預期壽命也可以達到200年或更長。
     
      盡管尚未就UHPC的定義達成統一,但典型的UHPC抗壓強度超過17,000psi,許多甚至可以達到30,000psi以上的強度。與傳統的高性能混凝土相比,UHPC的抗壓強度可提高3至5倍。然而,其最重要的性能不是抗壓強度,而是拉伸性能(在預制構件中的應用尤其明顯),這些特性是由于其精細的微觀結構和高強度的鋼纖維結合而產生,鋼纖維的摻入比約為1%~3%(按體積計)(約合78~233千克/立方米)。
     
      通過設計調整,可將UHPC混合物設計為可承受1000psi以上拉伸強度和2500psi以上撓曲強度的結構物。此外,設計良好的UHPC混合物可表現出開裂后的延展性和應變硬化,提高殘余結構的撓曲強度。
     
      其次,UHPC的高延展性使材料產生巨大的韌性,即使沒有鋼筋的幫助,它也提高了吸收能量的能力,即材料的耗能性。
     
      第三,高抗拉強度提高了材料的抗剪強度,并有可能在梁設計中完全摒棄抗剪零件。通過消除箍筋,可以簡化設計和生產過程,并可以減小構件腹板(桿)的寬度,使材料的體積和重量大大減少,同時提供與常規鋼筋混凝土構件相同的承載力。
     
      UHPC置身預制預應力混凝土的巨大潛力
     
      為了使UHPC在預制預應力混凝土行業中得到廣泛應用,需要滿足兩個條件:
     
      第一,高質量低成本。生產高質量的UHPC,且原材料成本總計不到1,000美元/立方米(2020年標準),預裝袋材料的成本為每立方米2,000至3,000美元。
     
      第二,從實驗到規范。設計從以強度為主向以耐久性(或以所要求性能)為主的轉變。制定新的標準規范,使結構系統的設計能夠利用UHPC的獨特性能特征。從微觀到宏觀的研究,從定性到定量的發展,仍有大量復雜且細致的工作有待開展。
     
      美國的預制預應力混凝土研究所(PCI)啟動了一項研究,旨在開發一種方法,使整個北美地區的預制設備都能從低成本的UHPC混合料中獲益,并開發設計準則和創新性,優化建筑物和橋梁的結構構件。
     
      迄今為止,項目團隊已經制定了在預制預應力混凝土生產設施中設計和實施UHPC混合物的準則和建議,已通過在美國的五家此類設施進行生產,并對這些程序進行了驗證。
    UHPC鋪裝施工

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