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预制UHPC模板

作者: 发布时间:2022-04-19 09:11:36点击:226

信息摘要: 预制UHPC模板超高性能混凝土(UHPC)已迅速成为预制混凝土结构的主要材料。20世纪90年代初,当它进入这个行业时,它也被称为活性粉末混凝土ReactivePowdercrete。RPC是一种新型建筑材料,继高强度、高性能混凝土之后,具有优异的机械性能和...

超高性能混凝土(UHPC)已迅速成为预制混凝土结构的主要材料。20世纪90年代初,当它进入这个行业时,它也被称为活性粉末混凝土ReactivePowdercrete。RPC是一种新型建筑材料,继高强度、高性能混凝土之后,具有优异的机械性能和耐久性。近十年来,它在美国桥梁行业得到了广泛的应用。

UHPC已用于在美国、法国、日本和马来西亚建造公路和桥梁;人行桥已用于加拿大、委内瑞拉和其他。UHPC已用于在弗吉尼亚和爱荷华州建造桥梁;在纽约和特拉华州铺设桥梁;在其他20多个州浇筑预制桥梁构件。联邦和各州的交通机构、工业组织、私营企业开发商和制造商都在积极开展UHPC的性能研究,因此开展了大量基于实验室的实验和实际项目。

什么是UHPC?

与普通混凝土相比,超高性能混凝土对原材料、配合比和施工性能有很大的不同。例如,UHPC制备中使用的水泥强度等级高,水泥量大,水胶比低。一般采用硅灰等超细配件,石英砂等高强度细骨料不使用粗骨料,纤维(钢纤维或复合有机纤维)混合降低混凝土脆性。此外,还根据不同的需要添加各种外加剂,如凝胶材料(SCM)。

UHPC混合物的胶结材料总含量一般可超过1500lbs/cud/cudd,是大多数传统混凝土混合物的两倍以上。然而,由于使用了特殊的高范围减水剂,水和粘合剂的比例(w/b)通常为0.20或更低。致密颗粒堆积与超低w/b相结合,在混凝土中产生高度精细的微结构,提供了优异的强度和耐久性。因此,即使在海洋和冻融等恶劣的外部环境中,UHPC元件的预期寿命也可以达到200年或更长。

UHPC的定义虽然不统一,但典型的UHPC抗压强度超过1.7万psi,很多甚至可以达到3万psi以上。与传统的高性能混凝土相比,UHPC的抗压强度可以提高3-5倍。但最重要的性能不是抗压强度,而是拉伸性能(尤其是预制构件)。这些特性是由于其精细的微结构和高强度钢纤维的结合,钢纤维的混合比约为1%~3%(按体积计算)(约78~233kg/m3)。

UHPC混合物通过设计调整,可设计成能承受1000psi以上拉伸强度和2500psi以上挠度强度的结构。此外,设计良好的UHPC混合物可以显示开裂后的延展性和应变硬化,提高残余结构的挠度强度。

其次,UHPC的高延展性使材料具有巨大的韧性。即使没有钢筋的帮助,它也提高了吸收能量的能力,即材料的能耗。

第三,高抗拉强度提高了材料的抗剪强度,并可能完全放弃梁设计中的抗剪部件。通过消除箍筋,可以简化设计和生产工艺,降低构件腹板(杆)的宽度,大大降低材料的体积和重量,提供与传统钢筋混凝土构件相同的承载力。

UHPC在预制预应力混凝土中潜力巨大。

要使UHPC广泛应用于预制预应力混凝土行业,需要满足两个条件:

首先,质量高,成本低。生产优质UHPC,原材料总成本不足1000美元/立方米(2020年标准),预装袋材料每立方米2000-3000美元。

第二,从实验到规范。设计从强度到耐久性(或所需的性能)。制定新的标准和规范,使结构系统的设计能够利用UHPC的独特性能特征。从微观到宏观研究,从定性到定量发展,仍有许多复杂而详细的工作要做。

美国预制预应力混凝土研究所(PCI)开发了一种从低成本UHPC混合物中受益的方法,开发设计标准和创新,优化建筑和桥梁的结构构件。

到目前为止,项目组已经制定了在预制预应力混凝土生产设施中设计和实施UHPC混合物的标准和建议,并通过了美国的五个设施,并验证了这些程序。

图1UHPC的注入位置显示了自合并的特点。

UHPC具有提高预制预应力混凝土性能的巨大潜力。保持相关结构系统的可接受强度和适用性,延长跨度,减轻构件重量,减少钢筋工作。此外,由于该材料耐久性高,可用于恶劣的海洋或寒冷的气候。可以预见,虽然UHPC材料的初始成本非常高,但优化的设计和减少的部件截面将使UHPC产品与传统的混凝土和钢替代品竞争。

优化UHPC成员。

UHPC可设计60英尺×60英尺无柱隔间的办公楼地板,大大提高了空间使用的灵活性。在可接受的运输和安装限制范围内,无需现场支撑或拼接即可开发250英尺的桥梁和墩柱。

图2桥梁应用箱式平板。

左图:常规混凝土箱板显示钢筋。

(模板安装前)

右图:优化UHPC箱式平板。

(已放置模板并形成泡沫间隙的堵塞)

图2显示了桥梁快速施工(ABC)应用中40至60英尺跨度的传统混凝土平板梁。该图还显示了UHPC空心箱板的优化,具有相同的深度、宽度和承载能力。与类似的传统混凝土梁相比,UHPC产品含有约52%的混凝土和不到4%的钢筋。佛罗里达DOT结构实验室的综合试验表明,该梁的设计具有比桥梁更高的弯曲、剪切、剪切和横向承载能力。单元设计的进一步优化可以反映使用的股票线数量的减少,与演示中的传统混凝土产品相同。

UHPC具有创新预制预应力混凝土行业的潜力,特别是在大型应用中,有利于大跨度或提高耐久性。UHPC可以在低成本的基础上与传统的混凝土和钢替代品竞争,并在长期生命周期的基础上提供附加值。利用UHPC、大跨度预制件、预应力桥梁和建筑构件的特点,提高空间利用率,提高长期性能,彻底改变行业。


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