超高性能混凝土UHPC詳解-超高性能混凝土的發(fā)展課件

新材料、新裝備、新工藝

研究及工程應(yīng)用2023/9/291超高性能混凝土

UHPC詳解目錄CONTENTSUHPC材料及工程應(yīng)用簡介UHPC材料研發(fā)UHPC工程施工案例12UHPC材料在預(yù)制構(gòu)件上的應(yīng)用研究鋼橋面UHPC鋪裝專用成套設(shè)備開發(fā)56結(jié)論及結(jié)束語2023/9/292012023/9/293O

NEUHPC材料及工程應(yīng)用簡介1、超高性能混凝土(UHPC)簡介性質(zhì)：超高性能混凝土（UitrahighPerforanceConcrte）結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用是一門研究型選修課。地位：是一門提高本科生專業(yè)素養(yǎng)，擴(kuò)展國際視野，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?；A(chǔ)學(xué)科：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。2023/10/141、超高性能混凝土(UHPC)簡介混凝土：2023/10/15

由膠凝材料（水泥、細(xì)骨料（砂）、粗骨料（石子）、溶劑（水）以及必要時(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，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，混凝土生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。1、超高性能混凝土(UHPC)簡介混凝土：由膠凝材料（水泥、細(xì)骨料（砂）、粗骨料（石子）、溶劑（水）以及必要時(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，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，混凝土生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。2023/10/161、超高性能混凝土(UHPC)簡介缺點(diǎn)自重大、脆性大和強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度）低，使用范圍狹窄；對(duì)于低強(qiáng)度的混凝土，在滿足相同功能時(shí)用量較大，不符合國家節(jié)約、降耗要求。2023/10/171、超高性能混凝土(UHPC)簡介毫米級(jí)骨料微米級(jí)水泥等亞微米級(jí)硅灰1993

年法國Bouygues

公司Richard

等人率先研制出的一種超高性能水泥基復(fù)合材料——活性粉末混凝土（

ReactivePowderConcrete，簡稱RPC），并注冊(cè)為專利產(chǎn)品歐洲改稱為Ultra-High

PerformanceConcrete，簡稱UHPC超高的力學(xué)性能 超高的耐久性2023/10/182、超高性能混凝土(UHPC)發(fā)展由于減水劑和高活性摻合料的開發(fā)和應(yīng)用，強(qiáng)度超過60Mpa。3）纖維增強(qiáng)混凝土（FRC）：加入鋼纖維（常用）2）20世紀(jì)70年代末，4)對(duì)混凝土的耐腐蝕性、耐久性和抵抗各種惡劣環(huán)境的能力提6）Bachel采用細(xì)料致密法，發(fā)揮硅灰和高效減水劑的作用，達(dá)到減小孔隙率，制備的出高性能混凝土(HPC）150~200Mpa混凝土得到運(yùn)用。5）Brumaue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）20年代、50年代和70年代,混凝土的平均抗壓強(qiáng)度可分別20、30、40Mpa。2023/10/192、超高性能混凝土(UHPC)發(fā)展9）1994年Larrard等首次提出超高性能混

凝土（UHPC）的概念。10) 以ＲＰＣ 制備原理為基礎(chǔ)的ＵＨＰＣ材料的研究與應(yīng)用，是當(dāng)今水泥基材料發(fā)展的主要方向之一。7)Birchal等開發(fā)出無宏觀缺陷

(MDF)水泥基材料,抗壓強(qiáng)度達(dá)到

200Mpa。8）20世紀(jì)90年，法國

Bouygues在DSP、MDF及鋼纖維混凝土研究基礎(chǔ)上，研發(fā)出RPC。2023/10/1103、UHPC的工程應(yīng)用當(dāng)今水泥基材料發(fā)展的主要方向近三十年來最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越巴黎鮑茵球場(chǎng)3500塊UHPC面板，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)輕量化2023/10/1114、UHPC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)抗壓、抗拉強(qiáng)度高

結(jié)構(gòu)致密、耐久性好超高韌性工作性好結(jié)構(gòu)輕型化、薄壁化 全壽命周期成本低提高結(jié)構(gòu)的抗震、抗疲勞性能養(yǎng)護(hù)與維修簡便2023/10/1125、UHPC在橋梁工程中的應(yīng)用鋼橋面鋪裝極易損壞四大病害壽命僅5~10年正交異性橋面板疲勞裂紋通常5年就開裂2023/10/1135、UHPC在橋梁工程中的應(yīng)用鋼-UHPC輕型組合結(jié)構(gòu)有效提高橋面剛度大幅降低鋼橋面應(yīng)力延長抗疲勞壽命有望徹底解決鋼橋面鋪裝易損難題2023/10/1145、UHPC在橋梁工程中的應(yīng)用UHPC濕接縫技術(shù)箱梁濕接縫連接

墩柱濕接縫連接

防撞墻濕接縫連接取消鋼筋焊接取代套筒灌漿取代螺栓連接2023/10/1156、UHPC的其它應(yīng)用混凝土橋空心板梁、T梁、小箱梁、連續(xù)箱梁、槽梁、拱橋、斜拉橋等各種橋梁結(jié)構(gòu)；橋面板、橋面鋪裝；墩柱、蓋梁等PC裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件濕接縫：柱與梁、梁與梁、梁與板、墻與梁等構(gòu)件間節(jié)點(diǎn)輕質(zhì)耐久橋梁構(gòu)件，如π梁、輕薄橋面板、人行天橋等其他領(lǐng)域水利水電工程、軌道交通工程、港口與海洋工程民防、國防等防護(hù)工程、核電工程耐磨件……2023/10/1167、UHPC高性能混凝土運(yùn)用情況UHPC運(yùn)用不理想的原因2023/10/117UHPC運(yùn)用情況盡管ＵＨＰＣ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1997年第一座UHPC橋加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC橋建成以來，十幾年間全世界也僅建成３０余座，且以中小跨徑與人行橋?yàn)橹?。在中國，ＵＨＰＣ?shí)際工程應(yīng)用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有１座梁橋的應(yīng)用，目前１座公路梁橋正在建設(shè)之中。一方面，有關(guān)ＵＨＰＣ 的研究主要集中在發(fā)達(dá)國家，而這些國家已完成大規(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)展中國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ＵＨＰＣ

價(jià)格較高，影響了其在工程中的應(yīng)用。7、UHPC高性能混凝土運(yùn)用情況我國研究高性能混凝土的意義：

1）在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，中國仍處于大建設(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。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，延長建筑物壽命，提升防災(zāi)減災(zāi)能力，有利于推動(dòng)水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。為中國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)。2023/10/118022023/10/119O

NEUHPC材料研發(fā)1、UHPC配合比設(shè)計(jì)UHPC骨料體系設(shè)計(jì)顆粒的緊密堆積改進(jìn)Andreasen

and

Andersen

模型基本骨料顆粒體系組成膠砂比范圍2023/10/120122、UHPC配合比試驗(yàn)UHPC材料基礎(chǔ)配合比2023/10/1213、力學(xué)性能試驗(yàn)——四點(diǎn)彎拉強(qiáng)度2023/10/1224、力學(xué)性能試驗(yàn)——軸拉強(qiáng)度起裂強(qiáng)度8.45MPa；抗拉強(qiáng)度10.01MPa應(yīng)變強(qiáng)化1210864200.00.51.02.02.53.0應(yīng)力(MPa)1.5應(yīng)變(%)應(yīng)變強(qiáng)化階段2023/10/1235、體積變形試驗(yàn)UHPC總收縮變形量小于100μm/m膨脹收縮2023/10/1246、UHPC配方優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果抗壓強(qiáng)度（MPa）132.4抗折強(qiáng)度（MPa）29.3抗拉強(qiáng)度（MPa）10.0彈性模量（GPa）46.4材料斷裂韌性（KJ/m2）21.1氯離子擴(kuò)散系數(shù)（10-12×m2/s）0.01凍融剝離（g/cm2）0磨 系數(shù)（kg/m2）0.962023/10/125032023/10/126O

NEUHPC材料在預(yù)制構(gòu)件上的應(yīng)用研究1、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究UHPC在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用建筑外立面掛板超輕、超薄UHPC構(gòu)件UHPC薄板試驗(yàn)2023/10/1271、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究2023/10/128全預(yù)制UHPC蓋梁（科研合作）UHPC

蓋

梁原型結(jié)構(gòu)全

長24.6m

；頂板

寬

2.2m

，頂板厚度為通長0.25m

；底板厚度標(biāo)準(zhǔn)段為0.25m

，

根部加厚段為450mm

；

腹板厚度標(biāo)準(zhǔn)段為

0.2m

，加厚段為

320mm

；兩側(cè)懸臂端部高

1.008m

，結(jié)

構(gòu)中心線處梁高

2.1m。1、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究全預(yù)制UHPC蓋梁模型制作：縮尺模型2:1加載測(cè)試：抗剪與抗彎2023/10/1291、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究2023/10/130全預(yù)制UHPC蓋梁優(yōu)點(diǎn)超載性能抗裂性能良好的抗剪性能/抗彎性能1、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究UHPC管樁（科研合作）UHPC配合比成型工藝2023/10/1311、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究UHPC管樁大直徑管樁Ф3000mm，壁厚60mm連接方式可打入性2023/10/1321、UHPC在預(yù)制構(gòu)件中的應(yīng)用研究UHPC管樁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能試驗(yàn)2023/10/133042023/10/134O

NE鋼橋面UHPC鋪裝專用成套設(shè)備開發(fā)1、鋼橋面UHPC鋪裝專用成套設(shè)備UHPC精準(zhǔn)布料機(jī)齒輪布料，布料更精準(zhǔn)、更連續(xù)2023/10/1351、鋼橋面UHPC鋪裝專用成套設(shè)備智能化整平機(jī)高頻振動(dòng)，精確控制整平高程2023/10/1361、鋼橋面UHPC鋪裝專用成套設(shè)備自動(dòng)覆膜機(jī)自動(dòng)噴霧，自動(dòng)覆膜2023/10/1372、UHPC鋪裝工藝性試驗(yàn)?zāi)康模撼醪叫纬蒛HPC鋪裝施工工藝設(shè)計(jì)鋪裝寬度15m，一幅1.6m鋪裝前用40mm的角鋼支模，支模范圍尺寸為15.00m×3.20m2023/10/1383、UHPC鋪裝試驗(yàn)攪拌機(jī)拌料→接料斗→布料機(jī)料斗布料→整平→覆膜2023/10/1393、UHPC鋪裝試驗(yàn)2023/10/1400-3mm骨料UHPC和0-5mm骨料UHPC均能順利布料3、UHPC鋪裝試驗(yàn)整平與覆膜2023/10/1414、鋼橋面UHPC人工攤鋪試驗(yàn)湘府路項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)湘府路全尺寸鋼橋面UHPC人工攤鋪形成鋼橋面UHPC人工攤鋪施工工藝2023/10/142052023/10/143O

NEUHPC工程施工案例UHPC工程施工案例2023/10/144某長江大橋鋼橋面UHPC鋪裝試驗(yàn)段項(xiàng)目國內(nèi)首座現(xiàn)役特大橋鋼橋面UHPC鋪裝施工國內(nèi)首次大面積、免蒸養(yǎng)機(jī)械化鋪裝施工鋪裝面積2250m2，鋪裝厚度4.6-4.8cm2018年12月完成施工某某大修工程鋪裝某橋加固UHPC鋪裝2018年12月完成施工UHPC工程施工案例2023/10/145某諸光路隧道UHPC濕接縫項(xiàng)目UHPC在某地區(qū)新建隧道預(yù)制構(gòu)件濕接縫連接中的首次應(yīng)用2019年1月施工湘府路快速路改造工程項(xiàng)目鋼橋面UHPC鋪裝鋪裝面積8000m2，鋪裝厚度5cm2019年5月施工某長江大橋鋼橋面UHPC鋪裝概況某大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)段工程位于南汊懸索橋揚(yáng)鎮(zhèn)方向 起步段（北塔~第10S，共計(jì)150m），長度150m；

兩種鋪裝方案各75m，寬度15m，鋪裝總面積約

2250m2；原鋪裝結(jié)構(gòu)為下層2.5cm環(huán)氧瀝青混凝土+上層3.0cm環(huán)氧瀝青混凝土，于2005年5月通車。2023/10/146某長江大橋鋼橋面UHPC鋪裝概況2023/10/147某大橋鋼橋面UHPC鋪裝0~1.25mm骨料UHPC鋪裝：11月27日完成0~5mm骨料UHPC鋪裝：12月5日完成2023/10/148某大橋鋼橋面UHPC鋪裝拌料與供料2臺(tái)汽車吊——攪拌機(jī)上料1臺(tái)汽車吊——布料機(jī)供料2023/10/149某大橋鋼橋面UHPC鋪裝環(huán)氧噴涂施工2臺(tái)環(huán)氧噴涂設(shè)備2023/10/150某大橋鋼橋面UHPC鋪裝布料整平2023/10/151某大橋鋼橋面UHPC鋪裝覆膜2023/10/152某大橋鋼橋面UHPC鋪裝覆蓋土工布與灑水養(yǎng)護(hù)2023/10/153某大橋鋼橋面UHPC鋪裝效果2023/10/154現(xiàn)場(chǎng)效果0~1.25mm鋪裝效果0~5mm鋪裝效果某大橋鋼橋面UHPC鋪裝效果無裂縫2023/10/155某大橋鋼橋面UHPC鋪裝效果完成5-8mm磨耗層施工2023/10/156某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目2023/10/157某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目1號(hào)子橋和2號(hào)子橋；鋪裝長度10+13+10m，鋪裝寬度11.5m，鋪裝面積380m2；1號(hào)子橋由**公司完成，采用地泵+人工布料，用時(shí)12小時(shí)；2號(hào)子橋計(jì)劃12月底進(jìn)行UHPC鋪裝。某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目2023/10/158某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目2023/10/159現(xiàn)場(chǎng)情況某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目2023/10/160施工方案泵送+人工輔助布料；人工整平；人工覆膜；2臺(tái)攪拌機(jī)，混凝土泵車，手扶式振平尺。某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目UHPC攪拌

UHPC泵送布料2023/10/161某高速公路大修工程(I期)某橋加固維修項(xiàng)目整平

覆膜養(yǎng)護(hù)2023/10/162某高速公路大修工程(