超高性能混凝土(UHPC)研究綜述

1、超高性能混凝土 UHPC 超高性能混凝土（UHPC） -研究綜述 主講人： 金凌志 2016.4 超高性能混凝土 UHPC 課程性質(zhì)和地位課程性質(zhì)和地位 性質(zhì)：性質(zhì)：超高性能混凝土（Uitra high Perforance Conc rte）結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用是一門研究型選修課。 地位：地位：是一門提高本科生專業(yè)素養(yǎng)，擴(kuò)展國(guó)際視野，培 養(yǎng)科研能力的拓展課程，也是給準(zhǔn)備考研的同學(xué)提供超 前學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)的課程。 前期基礎(chǔ)課程：前期基礎(chǔ)課程：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及混凝土結(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。 超高性能混凝土 UHPC 課程學(xué)習(xí)目的課程學(xué)習(xí)目的 1 了解國(guó)家高性能

2、混凝土材料研究前沿，順應(yīng) 時(shí)代新能源新材料的需求。 2 指導(dǎo)學(xué)生本科階段研究學(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，為未來的深造 和就業(yè)做準(zhǔn)備。 3 以為UHPC為載體，了解科學(xué)研究工作需要做 哪些準(zhǔn)備？研究什么內(nèi)容？其過程如何？ 4 學(xué)會(huì)查找參考文獻(xiàn)，熟悉論文寫作。 超高性能混凝土 UHPC 課程學(xué)習(xí)要求課程學(xué)習(xí)要求 1 實(shí)踐為主，積極參與研究生的梁抗剪結(jié) 構(gòu)試驗(yàn)，學(xué)習(xí)試驗(yàn)方法，了解試驗(yàn)過程，有時(shí)間 盡量多可能積極參與試驗(yàn)。 對(duì)UHPC的（）相關(guān)內(nèi)容要多看資料， 及時(shí)做筆記，掌握材料配比，熟悉試驗(yàn)參數(shù)，觀 察試驗(yàn)現(xiàn)象，分析試驗(yàn)結(jié)果。 通過學(xué)習(xí)和參與試驗(yàn)，完成一篇3000字的試驗(yàn) 報(bào)告

3、，或者寫作一篇科研論文。 超高性能混凝土 UHPC 課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容 0 0 超高性能混凝土的提超高性能混凝土的提 出和世界各國(guó)的研究出和世界各國(guó)的研究 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 1 UPHC1 UPHC的的基本配合比基本配合比與與 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 2 2 制備技術(shù)制備技術(shù) 3 3 超高性能機(jī)理超高性能機(jī)理 4 4 材料性能研究材料性能研究 5 5 工程應(yīng)用研究工程應(yīng)用研究 6 6 未來研究方向未來研究方向 超高性能混凝土 UHPC 混凝土：混凝土： 由膠凝材料（水泥、細(xì)由膠凝材料（水泥、細(xì) 骨料（砂）、粗骨料（石骨料（砂）、粗骨料（石 子）、溶劑（水）以及必要子）、溶劑（水）以及必要 時(shí)摻入的化學(xué)

4、外加劑組成，時(shí)摻入的化學(xué)外加劑組成， 經(jīng)過膠凝材料凝結(jié)硬化后，經(jīng)過膠凝材料凝結(jié)硬化后， 形成具有一定強(qiáng)度和耐久性形成具有一定強(qiáng)度和耐久性 的人造石材。的人造石材。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 相對(duì)于其他材料，混凝土相對(duì)于其他材料，混凝土 生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工 藝簡(jiǎn)便、成本低廉且具有耐久、藝簡(jiǎn)便、成本低廉且具有耐久、 防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等 特點(diǎn)。特點(diǎn)。 混凝土介紹混凝土介紹 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 自重大、脆性大和自重大、脆性大和 強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度）強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度） 低，使用范圍狹窄；對(duì)于低，使用范圍狹窄；對(duì)于 低強(qiáng)度的混凝土，在滿足低強(qiáng)度的混凝土，

5、在滿足 相同功能時(shí)用量較大，不相同功能時(shí)用量較大，不 符合國(guó)家節(jié)約、降耗要求。符合國(guó)家節(jié)約、降耗要求。 引言引言 超高性能混凝土 UHPC 2 2）2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代末，年代末， 由于減水劑和高活由于減水劑和高活 性摻合料的開發(fā)和性摻合料的開發(fā)和 應(yīng)用，強(qiáng)度超過應(yīng)用，強(qiáng)度超過60 60 MpaMpa。 3 3）纖維增強(qiáng)混凝）纖維增強(qiáng)混凝 土（土（FRCFRC）：加入）：加入 鋼纖維（常用）鋼纖維（常用） 4)4)對(duì)對(duì)混凝混凝土的耐腐蝕土的耐腐蝕 性、耐久性和抵抗各性、耐久性和抵抗各 種惡劣環(huán)境的能力提種惡劣環(huán)境的能力提 出出高性能混凝土高性能混凝土(HPC(HPC） 6 6）Bach

6、elBachel采用細(xì)料致密采用細(xì)料致密 法，發(fā)揮硅灰和高效減水法，發(fā)揮硅灰和高效減水 劑的作用，達(dá)到減小孔隙劑的作用，達(dá)到減小孔隙 率，制備的率，制備的150200Mpa150200Mpa 混凝土得到運(yùn)用?；炷恋玫竭\(yùn)用。 5 5）BrumaueBrumaue報(bào)道了 抗壓強(qiáng)度達(dá)到 240MPa的低孔隙率 的水泥基材料。 1 1）2020年代、年代、5050年年 代和代和7070年代年代, ,混凝混凝 土的平均抗壓強(qiáng)度土的平均抗壓強(qiáng)度 可分別可分別2020、3030、 40Mpa40Mpa。 引言引言 高強(qiáng)混凝土的發(fā)展高強(qiáng)混凝土的發(fā)展 超高性能混凝土 UHPC 8）20世紀(jì)90年，法國(guó) Bou

7、ygues在DSP、 MDF及鋼纖維混凝土研 究基礎(chǔ)上，研發(fā)出RPC。 9 9）19941994年年LarrardLarrard等等 首次提出超高性能混首次提出超高性能混 凝土（凝土（UHPCUHPC）的概念。）的概念。 10) 10) 以以 制備原制備原 理為基礎(chǔ)的理為基礎(chǔ)的 材料的研究與應(yīng)用，材料的研究與應(yīng)用， 是當(dāng)今水泥基材料發(fā)是當(dāng)今水泥基材料發(fā) 展的主要方向之一。展的主要方向之一。 7)Birchal7)Birchal等開發(fā)等開發(fā) 出無宏觀缺陷出無宏觀缺陷(MDF)(MDF) 水泥基材料水泥基材料, ,抗壓抗壓 強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)度達(dá)到200Mpa200Mpa。 高性能混凝土的發(fā)展高性能混凝土

8、的發(fā)展 引言引言 超高性能混凝土 UHPC 1、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于年投資建立了一個(gè)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于年投資建立了一個(gè)“高高 級(jí)水泥基材料科技中心級(jí)水泥基材料科技中心”，美國(guó)聯(lián)邦公路局以美國(guó)聯(lián)邦公路局以 為為 研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象，對(duì) 開展了系統(tǒng)的研究，進(jìn)行了開展了系統(tǒng)的研究，進(jìn)行了10001000 多個(gè)試件的測(cè)試，研究?jī)?nèi)容包括配制技術(shù)、強(qiáng)度、耐久多個(gè)試件的測(cè)試，研究?jī)?nèi)容包括配制技術(shù)、強(qiáng)度、耐久 性和長(zhǎng)期性能等力學(xué)性能。性和長(zhǎng)期性能等力學(xué)性能。 2 2、法國(guó)土木工程學(xué)會(huì)在大量研究的基礎(chǔ)上，于、法國(guó)土木工程學(xué)會(huì)在大量研究的基礎(chǔ)上，于20022002 年制訂了超高性能纖維混凝土的指南（初稿）。

9、年制訂了超高性能纖維混凝土的指南（初稿）。 高強(qiáng)混凝土各國(guó)研究進(jìn)展高強(qiáng)混凝土各國(guó)研究進(jìn)展 引言引言 3 3、日本土木工程協(xié)會(huì)也于、日本土木工程協(xié)會(huì)也于20042004 年制訂了相應(yīng)的設(shè)計(jì)年制訂了相應(yīng)的設(shè)計(jì) 施工指南（初稿），并于施工指南（初稿），并于20062006年出版了英文版本。年出版了英文版本。 超高性能混凝土 UHPC 高強(qiáng)混凝土各國(guó)研究進(jìn)展高強(qiáng)混凝土各國(guó)研究進(jìn)展 5 5、我國(guó)從、我國(guó)從2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代開始了年代開始了UHPCUHPC的研究，取得了的研究，取得了 系列研究成果，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土已于系列研究成果，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土已于 20152015年年2 2月出

10、版。月出版。 4 4、韓國(guó)提出了一個(gè)超級(jí)橋梁的計(jì)劃，希望通過、韓國(guó)提出了一個(gè)超級(jí)橋梁的計(jì)劃，希望通過 應(yīng)用應(yīng)用UPHCUPHC建造橋梁，減少建造橋梁，減少20%20%的工程造價(jià)，在的工程造價(jià)，在 1010年內(nèi)節(jié)省年內(nèi)節(jié)省2020億美元的投資，減少億美元的投資，減少44%44%二氧化二氧化 碳的排放量和減少碳的排放量和減少20%20%的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。 超高性能混凝土 UHPC 高性能混凝土?xí)h高性能混凝土?xí)h 1、2004年9月在德國(guó)的卡塞爾舉行的UHPC 國(guó) 際會(huì)議上，與會(huì)專家認(rèn)為UHPC雖然被命名為混凝 土材料，但是卻可以認(rèn)為是一種新型材料，是新一 代水泥基建筑材料。 引言引言 2、

11、2009年在法國(guó)馬賽舉行的超高性能纖維增 強(qiáng)混凝土國(guó)際會(huì)議上，與會(huì)專家認(rèn)UHPFRC低碳 環(huán)保且性能優(yōu)異，可以用來建造低碳混凝土結(jié)構(gòu)， 在未來必將得到大力發(fā)展。 超高性能混凝土 UHPC 高性能混凝土運(yùn)用情況高性能混凝土運(yùn)用情況 UHPC運(yùn)用情況 UHPC運(yùn)用不理想的原因 引言引言 盡管盡管 自出現(xiàn)以來，不斷被應(yīng)用于橋梁、建筑、核電、市政、海自出現(xiàn)以來，不斷被應(yīng)用于橋梁、建筑、核電、市政、海 洋等工程之中，然而應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)低于預(yù)期。以應(yīng)用最多的橋梁為例，自洋等工程之中，然而應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)低于預(yù)期。以應(yīng)用最多的橋梁為例，自19971997 年第一座年第一座UHPCUHPC橋加拿大魁北克省橋加拿大魁北克

12、省SherbrookeSherbrooke的的RPCRPC橋建成以來，十幾年間全橋建成以來，十幾年間全 世界也僅建成余座，且以中小跨徑與人行橋?yàn)橹鳌Ｔ谥袊?guó)，世界也僅建成余座，且以中小跨徑與人行橋?yàn)橹?。在中?guó)， 實(shí)際工程應(yīng)用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有座梁橋的應(yīng)用，目前實(shí)際工程應(yīng)用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有座梁橋的應(yīng)用，目前 座公路梁橋正在建設(shè)之中。座公路梁橋正在建設(shè)之中。 一方面，有關(guān)一方面，有關(guān) 的研究主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，的研究主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家， 而這些國(guó)家已完成大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)其研究與而這些國(guó)家已完成大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)其研究與 應(yīng)用的市場(chǎng)動(dòng)力不足；另一方面，發(fā)

13、展中國(guó)家雖然有較大應(yīng)用的市場(chǎng)動(dòng)力不足；另一方面，發(fā)展中國(guó)家雖然有較大 的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求，但是基礎(chǔ)研究不足和的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求，但是基礎(chǔ)研究不足和 價(jià)價(jià) 格較高，影響了其在工程中的應(yīng)用。格較高，影響了其在工程中的應(yīng)用。 超高性能混凝土 UHPC 高性能混凝土運(yùn)用情況高性能混凝土運(yùn)用情況 引言引言 我國(guó)研究高性能混凝土的意義：我國(guó)研究高性能混凝土的意義： 1）在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)仍處于大建設(shè) 時(shí)期，隨著對(duì)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提 高，對(duì)混凝土性能的要求也將越來越高。 2）高性能混凝土推廣應(yīng)用是強(qiáng)化節(jié)能減排、防治 大氣污染的有效途徑，能提高建筑質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑 物壽命，提升防災(zāi)減

14、災(zāi)能力，有利于推動(dòng)水泥工業(yè) 結(jié)構(gòu)調(diào)整。 3）為中國(guó)UHPC 技術(shù)、混凝土材料與工程結(jié)構(gòu)走 在世界前列做出積極的貢獻(xiàn)。 超高性能混凝土 UHPC 1 UHPC1 UHPC制備基本原理與技術(shù)指標(biāo)制備基本原理與技術(shù)指標(biāo) 減小減小 孔孔隙率隙率 優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化孔結(jié)構(gòu) 提高密實(shí)度提高密實(shí)度 摻入纖維摻入纖維 UHPC制備的 基本原理和 主要方法 普通混凝土作為一種多孔的不均勻材料，孔結(jié)構(gòu)是影 響其強(qiáng)度的主要因素，而固體混合物的顆粒體系所具有的 高堆積密實(shí)度是混凝土獲得高強(qiáng)度的關(guān)鍵。 超高性能混凝土 UHPC 1 RPC1 RPC制備基本原理與技術(shù)指標(biāo)制備基本原理與技術(shù)指標(biāo) RPC RPC 獲取超高性能的

15、主要途徑獲取超高性能的主要途徑 （）剔除粗骨料，限制細(xì)骨料的最大粒徑不大于（）剔除粗骨料，限制細(xì)骨料的最大粒徑不大于300um300um， 提高了骨料的均勻性。提高了骨料的均勻性。 （）通過優(yōu)化細(xì)骨料的級(jí)配，使其密布整個(gè)顆?？臻g，（）通過優(yōu)化細(xì)骨料的級(jí)配，使其密布整個(gè)顆?？臻g， 增大了骨料的密實(shí)度。增大了骨料的密實(shí)度。 （）摻入硅粉、粉煤灰等超細(xì)活性礦物摻合料，使其具（）摻入硅粉、粉煤灰等超細(xì)活性礦物摻合料，使其具 有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，減有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，減 小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。 （）在硬化過程中，通過加

16、壓和熱養(yǎng)護(hù)，減少化學(xué)收縮，（）在硬化過程中，通過加壓和熱養(yǎng)護(hù)，減少化學(xué)收縮， 并將并將C-S-HC-S-H轉(zhuǎn)化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材轉(zhuǎn)化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材 料的微觀結(jié)構(gòu)。料的微觀結(jié)構(gòu)。 （）通過添加短而細(xì)的鋼纖維，改善材料延性。（）通過添加短而細(xì)的鋼纖維，改善材料延性。 超高性能混凝土 UHPC RPC定義定義: 以水泥、礦物以水泥、礦物 摻合料、摻合料、 細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī)細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī) 合成纖維合成纖維 等原料生產(chǎn)的超高性能纖等原料生產(chǎn)的超高性能纖 維增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土維增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土 1 1 RPCRPC制備基本原理與技術(shù)指

17、標(biāo)制備基本原理與技術(shù)指標(biāo) 超高性能混凝土 UHPC 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)活性粉末混凝土對(duì)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)劃分見表按力學(xué)性能的等級(jí)劃分見表1。 對(duì)抗壓強(qiáng)度要求最低為對(duì)抗壓強(qiáng)度要求最低為100100，比法國(guó)，比法國(guó) 和日本的抗壓強(qiáng)度和日本的抗壓強(qiáng)度150150要低。要低。 等級(jí)等級(jí) 抗壓強(qiáng)度標(biāo)抗壓強(qiáng)度標(biāo) 準(zhǔn)值準(zhǔn)值 抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度 彈性模量彈性模量 a 10010012 12012014 14014018 16016022 18018024 1 R1 RPCPC制備基本原理與技術(shù)指標(biāo)制備基本原理與技術(shù)指標(biāo) 超高性能混凝土 UHPC 制備技術(shù)制備技術(shù) 目的：目的：降低成本

18、、提高性能。降低成本、提高性能。 突破點(diǎn)：突破點(diǎn)：材料組分和配合比材料組分和配合比 . 材料組分與配合比材料組分與配合比 部分碳纖部分碳纖 維和全部維和全部 碳纖維碳纖維 鋼纖維鋼纖維 采用采用80 級(jí)焊接鋼級(jí)焊接鋼 筋網(wǎng)筋網(wǎng) 低模量的聚丙烯纖低模量的聚丙烯纖 維、中模量的耐堿維、中模量的耐堿 玻璃纖維和高模量玻璃纖維和高模量 的鋼纖維混雜的鋼纖維混雜 2.1.1 尋找鋼纖維的替代品：尋找鋼纖維的替代品： 最終破壞形態(tài)表現(xiàn) 出很大的脆性破壞?？辜魪?qiáng)度超過采用鋼纖 維的UHPC 梁，且施 工方便，成本大大降低。 一些力學(xué)性能得到一 定程度的改善而 提高。 超高性能混凝土 UHPC . 材料組分與

19、配合比材料組分與配合比 制備技術(shù)制備技術(shù) 2.1.2 尋找水泥的替代品：尋找水泥的替代品： 1）用粉煤灰取代）用粉煤灰取代60的水泥；的水泥； 2）RPC中采用粉煤灰和礦渣替代水泥和硅灰；中采用粉煤灰和礦渣替代水泥和硅灰； 3）棕櫚油灰取代）棕櫚油灰取代50的膠凝材料；的膠凝材料； 4）用稻殼灰取代硅灰；）用稻殼灰取代硅灰； 5）選擇多種減水劑進(jìn)行耦合。）選擇多種減水劑進(jìn)行耦合。 超高性能混凝土 UHPC 拌制注意事項(xiàng)：拌制注意事項(xiàng)： 1 1）與普通混凝土不同，與普通混凝土不同，RPCRPC由于采用基體材料細(xì)粒徑組由于采用基體材料細(xì)粒徑組 分材料鋼纖維進(jìn)行配制，在拌制過程中容易聚團(tuán)，會(huì)影響分材

20、料鋼纖維進(jìn)行配制，在拌制過程中容易聚團(tuán)，會(huì)影響 RPCRPC成型的均質(zhì)性和材料性質(zhì)。成型的均質(zhì)性和材料性質(zhì)。 2 2）采用的攪拌設(shè)備、混合料的拌制時(shí)間與順序等也要考慮。）采用的攪拌設(shè)備、混合料的拌制時(shí)間與順序等也要考慮。 3 3）注意）注意RPCRPC澆注時(shí)鋼纖維方向分布對(duì)澆注時(shí)鋼纖維方向分布對(duì)RPCRPC的拉抗強(qiáng)度等性能的拉抗強(qiáng)度等性能 的影響。的影響。 4 4）高溫、加壓養(yǎng)護(hù)是）高溫、加壓養(yǎng)護(hù)是UHPCUHPC獲得高性能的重要手段，溫度越獲得高性能的重要手段，溫度越 高、時(shí)間越長(zhǎng)，參加反應(yīng)的硅灰越多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越密實(shí)。高、時(shí)間越長(zhǎng)，參加反應(yīng)的硅灰越多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越密實(shí)。 5 5）養(yǎng)護(hù)時(shí)

21、的壓力對(duì)）養(yǎng)護(hù)時(shí)的壓力對(duì) 的性能也有影響。的性能也有影響。 制備技術(shù)制備技術(shù) . . 拌制與養(yǎng)護(hù)技術(shù)拌制與養(yǎng)護(hù)技術(shù) 超高性能混凝土 UHPC 超高性能機(jī)理超高性能機(jī)理 . 微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu) 1） 從測(cè)量的納米尺度力學(xué)性能出發(fā)， 采用四層次多尺度微 觀結(jié)構(gòu)模型，精確計(jì)算的剛度，且證實(shí)了纖維基體界面無 缺陷。 2）RPC 的密 實(shí) 度 與 強(qiáng) 度 之 間 存 在 著 高 度 的 相 關(guān)性， 但是最大密實(shí)度并不代表最高強(qiáng)度，強(qiáng)度取決UHPC于其微 觀結(jié)構(gòu)和水化階段的性能。 3） 高溫可促進(jìn)水泥、硅灰和石英粉的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng) 溫度達(dá) 到250時(shí)，RPC中出現(xiàn)硬硅鈣石。隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增加， -凝膠平均鏈長(zhǎng)

22、增加，堿激發(fā)水泥RPC（堿礦渣水泥 基活性粉末混凝土ARPC）在抗壓強(qiáng)度相同情況下，具有更 高的抗彎性能、斷裂能以及與鋼筋的粘結(jié)性能；由于 ARPC 的CaOSiO2較低，其納米的孔結(jié)構(gòu)有利于水分的逸出， 內(nèi)部孔壓力較低，因此具有更好的抗火性能。 超高性能混凝土 UHPC 1)未摻入鋼纖維，未摻入鋼纖維，UHP C表現(xiàn)更大脆性。表現(xiàn)更大脆性。UH PC 一般摻有纖維，故一般摻有纖維，故 它也可視為基體與纖維它也可視為基體與纖維 的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。 2）的偽應(yīng)變強(qiáng)）的偽應(yīng)變強(qiáng) 化效化效 應(yīng)與鋼纖維的分應(yīng)與鋼纖維的分 布特征有較大的關(guān)系，布特征有較大的關(guān)系， 但是纖維分布方向?qū)沟抢w維分布

23、方向?qū)?壓強(qiáng)度的影響較小。壓強(qiáng)度的影響較小。 3）鋼纖維對(duì)）鋼纖維對(duì)UHPC的抗拉強(qiáng)度和韌性有明顯提高作用，的抗拉強(qiáng)度和韌性有明顯提高作用， 在不影響在不影響 鋼纖維分布均勻性的前提下，一般可以提高鋼纖維分布均勻性的前提下，一般可以提高3.5 4，與鋼纖維摻量成正比。，與鋼纖維摻量成正比。 3.2 纖維增強(qiáng)增韌機(jī)理纖維增強(qiáng)增韌機(jī)理 超高性能機(jī)理超高性能機(jī)理 4)4)對(duì)抗壓強(qiáng)度，鋼纖維也有一定的增強(qiáng)作用，但是對(duì)抗壓強(qiáng)度，鋼纖維也有一定的增強(qiáng)作用，但是 一般認(rèn)為存在一個(gè)界限摻量一般認(rèn)為存在一個(gè)界限摻量2%2%，當(dāng)超過這個(gè)摻量時(shí)，當(dāng)超過這個(gè)摻量時(shí)， 抗壓強(qiáng)度不升反降抗壓強(qiáng)度不升反降。 超高性能混凝

24、土 UHPC 材料性能研究材料性能研究 . 拉、壓強(qiáng)度等基本力學(xué)性能拉、壓強(qiáng)度等基本力學(xué)性能 在強(qiáng)度等力學(xué)性能等方面主要研究抗壓度、抗拉強(qiáng)度、韌性、彈性模量和應(yīng)在強(qiáng)度等力學(xué)性能等方面主要研究抗壓度、抗拉強(qiáng)度、韌性、彈性模量和應(yīng) 力力應(yīng)變曲線、應(yīng)變曲線、 極限應(yīng)變、泊松比、平均斷裂能、延性、熱膨脹系數(shù)等，其極限應(yīng)變、泊松比、平均斷裂能、延性、熱膨脹系數(shù)等，其 中抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度是中抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度是UHPC最基本的力學(xué)性能。最基本的力學(xué)性能。 1）同普通混凝土一樣， UHPC的抗拉強(qiáng)度從高到 低依次為軸拉強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度以及彎拉強(qiáng)度，但是 對(duì)于各種 測(cè)試結(jié)果之間的比值量化關(guān)系，目前為 止還沒有

25、公認(rèn)的定論； 2）隨砂膠比的增大，）隨砂膠比的增大，RPC的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度 均減小；隨水膠比的增大，均減??；隨水膠比的增大，RPC的抗折強(qiáng)度增大，的抗折強(qiáng)度增大， 但是抗壓強(qiáng)度在水膠比為但是抗壓強(qiáng)度在水膠比為0.18時(shí)達(dá)到最大值；隨鋼時(shí)達(dá)到最大值；隨鋼 纖維摻量的增大，的軸拉強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和纖維摻量的增大，的軸拉強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和 抗折強(qiáng)度均增大，抗折強(qiáng)度均增大， 但是抗壓強(qiáng)度在鋼纖維摻量但是抗壓強(qiáng)度在鋼纖維摻量 時(shí)達(dá)到最大值。時(shí)達(dá)到最大值。 超高性能混凝土 UHPC 材料性能研究材料性能研究 . 體積穩(wěn)定性、體積穩(wěn)定性、 收收 縮、徐變等性能縮、徐變等性能 體積穩(wěn)定性體

26、積穩(wěn)定性 收縮、徐變等體積穩(wěn)定性是收縮、徐變等體積穩(wěn)定性是UHPC長(zhǎng)期性長(zhǎng)期性 能研究的主要內(nèi)容。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 收縮和徐變均減小，收縮速度較普通混凝土快，在收縮和徐變均減小，收縮速度較普通混凝土快，在24內(nèi)內(nèi) 可完成總收縮量的可完成總收縮量的12，有利于預(yù)應(yīng)力，有利于預(yù)應(yīng)力RPC構(gòu)件工廠化生構(gòu)件工廠化生 產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)時(shí)生 產(chǎn)效率的提高；隨著水灰比和高效減水劑摻量的增產(chǎn)效率的提高；隨著水灰比和高效減水劑摻量的增 加，加，RPC收縮增大。對(duì)于溫度收縮增大。對(duì)于溫度20、相對(duì)濕度、相對(duì)濕度50下養(yǎng)護(hù)下養(yǎng)護(hù)

27、的的 RPC，標(biāo)準(zhǔn)試件早期收縮占總收縮的，標(biāo)準(zhǔn)試件早期收縮占總收縮的77。 對(duì)于徐變，雖然徐變系數(shù)較小，但是由于材料的強(qiáng)度提對(duì)于徐變，雖然徐變系數(shù)較小，但是由于材料的強(qiáng)度提 高，早齡期加載產(chǎn)生的徐變變形還是相當(dāng)可觀的，因此，高，早齡期加載產(chǎn)生的徐變變形還是相當(dāng)可觀的，因此， 工程應(yīng)用中應(yīng)盡可能地采用晚齡期加載。工程應(yīng)用中應(yīng)盡可能地采用晚齡期加載。 超高性能混凝土 UHPC 材料性能研究材料性能研究 . 耐久性耐久性 對(duì)于RPC的耐久性研究，其主要集中在抗除冰 鹽 腐蝕、抗氯離子滲透能力以及抗凍融循環(huán)能力等 方面； 1）RPC具有非常致密的細(xì)觀 結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的抗?jié)B透 能力以及很好的抗凍融循環(huán)能力；

28、 2）UHPC的耐水性比普通混凝土好（以滲出的鈣為 指標(biāo)） ； 3）UHPC具有很好的水密性和愈合裂縫的能力，能 夠耐硫酸鹽、氯鹽，但是不耐高濃度硫酸。 還有耐高溫、抗爆抗沖擊、粘結(jié)性能等其他還有耐高溫、抗爆抗沖擊、粘結(jié)性能等其他 優(yōu)異性能。優(yōu)異性能。 超高性能混凝土 UHPC 工程應(yīng)用研究工程應(yīng)用研究 在沒有箍筋情況下,梁 板的抗沖擊能力優(yōu)異，在沖擊 荷載作用下的梁僅產(chǎn)生 很多細(xì)小的裂縫，發(fā)生延性的 彎曲破壞 . 基本構(gòu)件受力性能基本構(gòu)件受力性能 與普通梁相比，UHPC 梁具有更好 的極限荷載、剛度和抗裂性能 與配普通鋼筋相比，采用高強(qiáng)鋼筋的 UHPC梁具有較好的延性和較高的富余 承載力 與

29、普通鋼筋混凝土柱相比，配 筋 RPC柱具有更為優(yōu)越的靜 力和動(dòng)力性能 UHPC 預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)搭 接長(zhǎng)度短，避免橫向 和縱向鋼筋的交錯(cuò)， 能提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率 與安全性 超高性能混凝土 UHPC 工程應(yīng)用研究工程應(yīng)用研究 . 工程研究工程研究 美國(guó)聯(lián)邦公路局自美國(guó)聯(lián)邦公路局自2001年開始研究年開始研究RPC在公路基礎(chǔ)設(shè)施中在公路基礎(chǔ)設(shè)施中 的應(yīng)用，開展了的應(yīng)用，開展了形梁、井式橋面板、形梁、井式橋面板、 橋面板連接件、鋼筋和橋面板連接件、鋼筋和 鋼纖維在鋼纖維在RPC內(nèi)部的協(xié)同效內(nèi)部的協(xié)同效 應(yīng)以及開裂應(yīng)以及開裂 RPC梁的抗拉性能與梁的抗拉性能與 耐久性等基礎(chǔ)試耐久性等基礎(chǔ)試 驗(yàn)研究，目前已成功將驗(yàn)研究，目前