功能混凝土-超高性能混凝土

超高性能混凝土（UHPC)概述C目錄ONTENTS1超高性能混凝土的定義2超高性能混凝土的發(fā)展超高性能混凝土UHPC內(nèi)容回顧普通混凝土指以水泥為主要膠凝材料，與水、砂、石子，必要時(shí)摻入化學(xué)外加劑和礦物摻合料，按適當(dāng)比例配合，經(jīng)過均勻攪拌、密實(shí)成型及養(yǎng)護(hù)硬化而成形成具有一定強(qiáng)度和耐久性的人造石材。高性能混凝土：強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到或超過C60的混凝土。普通混凝土的特性：混凝土立方體抗壓強(qiáng)度：將混凝土拌合物制作邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度95%以上)下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度。普通混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分為：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。1超高性能混凝土的定義UHPC定義定義：超高性能混凝土是指抗壓強(qiáng)度在150MPa以上，具有超高韌性、超長(zhǎng)耐久性的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的統(tǒng)稱。其中，最具代表性的超高性能混凝土材料為活性粉末混凝土（RPC）超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete），簡(jiǎn)稱UHPC活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete），簡(jiǎn)稱RPC注漿纖維混凝土（SlurryImpregnatedReinforcedConcrete），簡(jiǎn)稱SIFCON壓密配筋復(fù)合材料（CompactedReinforcedComposites），簡(jiǎn)稱CRC以RPC為基礎(chǔ)的UHPC材料研究與應(yīng)用，為當(dāng)今水泥基材料發(fā)展的主要方向！UHPC定義最早由法國(guó)學(xué)者于1993年提出，主要由硅灰、水泥、細(xì)骨料及鋼纖維等材料組成，依照最大密實(shí)度原理構(gòu)建，從而使材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫）減至最少。UHPC材料組分內(nèi)不包含粗骨料，顆粒粒徑一般小于１ｍｍ。UHPC中分散的鋼纖維可大大減緩材料內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展，從而使材料表現(xiàn)出超高的韌性和延性，是近三十年來最具創(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！UHPC定義2超高性能混凝土的發(fā)展UHPC發(fā)展2）20世紀(jì)70年代末，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。33）纖維增強(qiáng)混凝土（FRC）：加入鋼纖維（常用）44)對(duì)混凝土的耐腐蝕性、耐久性和抵抗各種惡劣環(huán)境的能力提出高性能混凝土(HPC）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150~200Mpa混凝土得到運(yùn)用。655）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世紀(jì)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。12UHPC發(fā)展8）20世紀(jì)90年，法國(guó)Bouygues在DSP、MDF及鋼纖維混凝土研究基礎(chǔ)上，研發(fā)出RPC。99）1994年Larrard等首次提出超高性能混凝土（UHPC）的概念。1010)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。78總結(jié)超高性能混凝土的定義；超高性能混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；超高性能混凝土（UHPC)——在橋梁工程中的應(yīng)用C目錄ONTENTS1UHPC在國(guó)外橋梁中的應(yīng)用2UHPC在國(guó)內(nèi)橋梁中的應(yīng)用超高性能混凝土UHPC1UHPC在國(guó)外橋梁中的應(yīng)用UHPC在橋梁中的應(yīng)用定義：UHPC是當(dāng)今國(guó)際上最具創(chuàng)新性和實(shí)用性的水泥基復(fù)合材料。由于UHPC具有優(yōu)異的力學(xué)和耐久性能，在橋梁工程需求輕質(zhì)高強(qiáng)、快速架設(shè)、經(jīng)久耐用的背景下，其引起了橋梁界的極大興趣和高度重視，在橋梁領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前UHPC已逐漸開始用于橋梁工程中，包括主梁、拱圈、華夫板、橋梁接縫、舊橋加固等多方面。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2016年底，世界各國(guó)應(yīng)用UHPC材料的橋梁已超過400座（其中超過150座橋梁采用UHPC作為主體結(jié)構(gòu)材料）。其中馬來西亞、美國(guó)、加拿大、中國(guó)、日本等國(guó)家應(yīng)用UHPC材料的橋梁均在20座以上。UHPC在橋梁中的應(yīng)用1.1歐洲歐洲作為UHPC的起源地，各個(gè)國(guó)家在UHPC橋梁工程領(lǐng)域的應(yīng)用都各具特色。法國(guó)是第一個(gè)將UHPC成功商業(yè)化的國(guó)家，2001年建成了世界上最早的UHPC公路橋跨線橋。自重只有傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的1/3。201２年對(duì)該橋進(jìn)行了詳細(xì)檢查評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，UHPC結(jié)構(gòu)（預(yù)制梁和現(xiàn)澆接口）在11年后未發(fā)現(xiàn)任何裂縫，狀態(tài)良好。此后法國(guó)還建造了多座UHPC公路橋或人行橋。經(jīng)過10余年的應(yīng)用，根據(jù)新研究成果和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修訂和完善，2013年法國(guó)頒布了UHPC指南的修訂版，于2016年提升為正式的UHPC設(shè)計(jì)規(guī)范，并作為歐洲混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的補(bǔ)充規(guī)范。UHPC在橋梁中的應(yīng)用1.1歐洲德國(guó)，2005-2011年，德國(guó)開展了一個(gè)超過20個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與、經(jīng)費(fèi)達(dá)1200萬歐元的UHPC研究項(xiàng)目：基于UHPC的可持續(xù)建筑。最有特色的是建于2007年的德國(guó)第一座多跨UHPC橋梁Grtnerplatz橋。Grtnerplatz橋?yàn)槭澜缟鲜鬃鵘HPC-鋼組合橋梁，為人行和自行車兩用橋梁，共有6跨，橋長(zhǎng)133.2ｍ，最大跨徑36ｍ，橋?qū)?ｍ。如下圖所示。該橋中的UHPC使用在了兩個(gè)位置：（1）UHPC－鋼桁架組合結(jié)構(gòu)；（2）橋面板；其中UHPC橋面板與桁架的上弦桿通過環(huán)氧樹脂膠連接。UHPC在橋梁中的應(yīng)用瑞士：對(duì)橋梁典型劣化損傷，洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)于1999年首次提出R-UHPC組合結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，并針對(duì)該技術(shù)開展了系統(tǒng)研究?；舅悸肥遣捎肬HPC保護(hù)層或補(bǔ)強(qiáng)層加固既有普通混凝土結(jié)構(gòu)，形成普通混凝土結(jié)構(gòu)與UHPC外層的R-UHPC復(fù)合結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使普通混凝土結(jié)構(gòu)容易受機(jī)械荷載（集中荷載、磨耗、疲勞荷載、沖擊荷載等）與環(huán)境荷載（凍融、氯鹽、硫酸鹽等）損傷的部位得到高強(qiáng)度、高耐久、低滲透的UHPC層保護(hù)，最終達(dá)到大幅延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命的效果。2004年瑞士首次將UHPC用于一座跨徑為10ｍ的普通混凝土梁橋的加固工程中，加固方案為在被氯離子侵害的原有橋面板上緣鋪設(shè)一層3CM厚的UHPC保護(hù)層。目前，瑞士已有多座橋梁采用了該技術(shù)對(duì)既有混凝土橋梁進(jìn)行加固，并于2016年頒布了相關(guān)的UHPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)和施工。此外，瑞士還將UHPC應(yīng)用于加固防撞護(hù)欄、橋墩等加固。2010年奧地利建成世界上第一座UHPC公路拱橋Wild橋。2013年荷蘭建成了國(guó)內(nèi)第一座UHPC桁架人行橋2015年，捷克建成了跨徑156ｍ的人行斜拉橋UHPC在橋梁中的應(yīng)用北美洲1997年在加拿大魁北克省舍布魯克市建成了世界上第一座UHPC人行橋。美國(guó)聯(lián)邦公路管理署（FHWA）于2001年開始UHPC研究計(jì)劃，2002年派專家組赴法國(guó)考察學(xué)習(xí)，之后開展了多項(xiàng)UHPC研究工作。2006年在愛荷華州建成了美國(guó)第一座UHPC公路橋MarsHill橋。美國(guó)優(yōu)化與發(fā)展了法國(guó)首創(chuàng)的“井”字形雙向肋板ＵＨ－ＰＣ橋面板，也稱作“華夫餅”式橋面板（見圖），并于2011年首次在愛荷華州橋上使用了華夫型雙向帶肋UHPC橋面板。預(yù)制UHPC華夫橋面板的橋梁組成與構(gòu)造示意圖2UHPC在國(guó)內(nèi)橋梁中的應(yīng)用亞洲在UHPC橋梁領(lǐng)域雖然起步較其他區(qū)域較晚，但發(fā)展極為迅速，其中采用UHPC作為主結(jié)構(gòu)的橋梁約有120座截止到2016年底。2002年日本第一座UHPC人行橋建造完成。2002年建成的韓國(guó)和平人行橋是一座主跨為120ｍ的UHPC拱橋。2010年馬來西亞建成第一座UHPC橋。20世紀(jì)90年代，黃政宇、覃維祖等分別發(fā)表了關(guān)于UHPC的論文，成為中國(guó)最早一批研究UHPC的學(xué)者。此后，湖南大學(xué)、北京交通大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、福州大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢理工大學(xué)等先后開展了UHPC材料性能與構(gòu)件力學(xué)性能的研究，取得了一系列的研究成果，并于2015年頒布了UHPC材料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為其工程應(yīng)用及推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在國(guó)內(nèi)同行的共同努力下，UHPC逐漸在橋梁工程領(lǐng)域獲得認(rèn)可。到2016年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已有超過30座橋梁采用了UHPC材料，其中有5座橋梁的主體結(jié)構(gòu)（主梁、拱肋）采用UHPC材料，其余橋梁主要將UHPC材料用于鋼－UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)、維修加固、現(xiàn)澆接縫等方面。2006年在遷曹鐵路工程中修建了國(guó)內(nèi)第一座UHPC橋梁（灤柏干渠大橋）。2014年在河北修建了一座4×30ｍ先簡(jiǎn)支后連續(xù)的UHPC小箱梁跨線橋。2015年在福州修建了一座跨徑10ｍ的UHPC人行拱橋。2011年，在肇慶馬房大橋中首次將UHPC與鋼箱梁組合形成輕型組合橋面。到目前為止，國(guó)內(nèi)已有1７座實(shí)橋采用了鋼－UHPC輕型組合橋面，涵蓋了梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等各類橋型。此外，上海有多座橋梁將UHPC應(yīng)用于橋梁加固和橋梁接縫。UHPC在橋梁中的應(yīng)用UHPC在橋梁中的應(yīng)用發(fā)展前景：基于UHPC的高性能橋梁結(jié)構(gòu)，充分利用UHPC材料的高強(qiáng)度和高耐久性，可以顯著減小斷面尺寸，結(jié)構(gòu)自重僅為普通混凝土結(jié)構(gòu)的40％～60％，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的跨越能力、改善抗震性能、減小下部結(jié)構(gòu)尺寸。此外，由于自身強(qiáng)度較