超高性能混凝土UHPC的力学性能与工程应用.pdf

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1、超高性能混凝土UHPC的力学性能与工程应用黄国明(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)摘要：超高性能混凝土与普通混凝土相比强度高、韧性高以及耐久性好。由于UHPC的这些特性使其在建筑工程、桥梁工程以及其他的一些工程中可替代普通混凝土，用于一些普通混凝土难以满足要求的结构当中。关键词：超高性能；耐久性；工程；结构中图分类号：TU528．31文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)06—0023一020前言随着现代化建设的规模与投资越来越大，建筑物越来越向着超高层化，超大跨化方向发展，那么其结构的特点是材料性能要求高，包括高强度、高耐久性和高体积稳定性。这就需要

2、研究和发展新的，高性能的混凝土材料。在20世纪90年代，超高性能混凝土的诞生是混凝土技术的一个大突破。这种混凝土与钢纤维复合起来可以在不设钢筋的情况下建造大跨度桥梁，壳体结构和高层塔式结构。1UHPC的性能UHPC是一种具有韧性高、抗压强度高和耐久性能好等优异性能的新型材料。它的抗压强度可以高达250MPa，具有和钢一样的抗压强度，它的徐变与收缩极小，热养护后的徐变系数不到0．2，和HPC相比UI-IPC的耐久性明显地增加。表1HPC和UHPC的技术特征值的比较HPC混凝土类型检测项目UHPCCloo／115EN206总孔隙率(％)app。84—6毛细孔(％)app．51．5～2．O

3、氮的渗透性(m2)lO一17<10—18氯离子扩散(6h快速试验)81渗透深度(mm)碳化深度(3年)41．5(20℃相对湿度65％)(mm)15020—50抗除冰盐冻融腐t癌(e,／m2)(引气)水热养护吸水系数11l掺人大量工业废渣制备出的UHPC其抗折强度可达45MPa，弹性模量可达50GPa，断裂能甚至可达到30000J／m2。刘斯凤等在文献[4]中UHPC断裂能试验中将试验结果与RPC200、NC的力学性能作了比较，如表2所示。表2试验结果与RPC200、NC的力学性能比较一三：：淤圭!霎试验RPC200NC主要力学性能、＼抗压强度(MPa)17l，213170～23015

4、～55抗折强度(MP8)43～5430—602．0～4．5弹性模量(GPa)5250～6020～35断裂能(J·m。2)310()020()∞llO不同的材料它的断裂能不同，表3列举了一些材料的断裂能。作者简介：黄国明(1985一)，男，江西抚州人．硕士在读。表3不同材料的断裂能材料陶瓷及普通种类玻璃金属UHPC钢岩石混凝土断裂能(J·nl。2)5<100>loo>1000030000looOoo从表3中材料的断裂能来看，超高性能混凝土UHPC从断裂能的角度来看足可以和金属媲美。对于典型的UHPC，它的水灰比w／c一般是0．22—0．28，水胶比为0．18—0．21，坍落度为55—6

5、6cm。水胶比不宜过高和过低：A．Durekovic在文献[3]中对水胶比为0．28、掺人硅灰的水泥浆体的孔结构研究表明与早龄期相比，水养护250天后浆体平均孑L径反而增大；王冲在文献[2]中实验得出水胶比0．16的最可几孔半径8．7：要小于水胶比0．10的最可几孔半径13．2j，水胶比太低反而对孔结构小利，他在实验中还得出了结论——水胶比过低会降低胶凝物质的水化程度。可见合理控制水胶比对于UHPC的耐久性有重要的作用。2UHPC在建筑工程中的应用由于超高性能混凝土具有抗压强度高的特点，将其应用于建筑工程中可以减小结构构件的尺寸、减轻混凝土结构的自重等。2001年，美国在伊利诺斯州用

6、RPC(超高性能水泥基复合材料——活性粉末混凝土)材料建成了解18nl直径的圆形屋盖。该屋盖未使用钢筋，在使用过程中考虑了RPC的延性，直接承受拉、弯应力以及初裂应力。现场拼装耗时II天。倘若采用轻型的钢屋盖结构来制作屋盖，现场拼装估计需要35天，因此，大大缩短了工期。西雅图市的TwoUnionSquar大厦采用了强度高达135MPa的超高强混凝土。这个建筑共有56层，高达225．56nl，其主要特点是采用了超高强混凝土的钢管混凝土柱子，由于使用了超高强混凝土，整个工程的造价降低了30％左右。从此，这个工程成为了超高性能混凝土在超高层建筑中的经典范例。此外，法国Roissy机场、拉法

7、基公司办公楼使用UHPC制作楼梯，澳大利亚、新西兰和英国用UHPC来制作体育场的看台板，可以减轻自重和挠度。3UHPC在桥梁工程中的应用超高性能混凝土的韧性高、耐久性能好，可以增强结构的抗冲击爆破能力，抵制腐蚀性介质侵蚀、冻融破坏、碳化等老化行为的能力，降低结构的维护费用，目前被大量使用于桥梁工程中。表4列举了UHPC在一些桥梁中的应用。4UHPC在其他方面的应用UHPC孑L隙率很小，它的渗透率约有普通混凝土的1／20，可以有效地阻止有害物质进入结构内，那