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uhpc聚合物混凝土

作者: 发布时间:2022-05-20 09:56:02点击:1694

信息摘要: uhpc聚合物混凝土超高性能混凝土(UHPC)是一种结构致密的新型混凝土结构,强度高达250n/mm2,与钢相似。它的强度是普通混凝土的十倍。与普通混凝土相比,其特点是固有重量明显较低,具有开放式结构。与普通混凝土结构相比,该结构更容易受到动态激励和疲劳荷载的...

超高性能混凝土(UHPC)是一种结构致密的新型混凝土结构,强度高达250n/mm2,与钢相似。它的强度是普通混凝土的十倍。与普通混凝土相比,其特点是固有重量明显较低,具有开放式结构。与普通混凝土结构相比,该结构更容易受到动态激励和疲劳荷载的影响。在UHPC结构中,主要的单轴应力发生在杆构件中,而多轴应力发生在紧凑的构件中。德国研究(DFG)支持的一个研究项目希望通过分析和实验,研究单轴和三轴荷载下UHPC的疲劳行为。UHPC三维机械模型的参数具有多个异性损伤,通常通过主子午线试验(旋转对称应力和变形状态)来确定。混凝土和钢筋混凝土支护结构的数值分析需要一个适当的机械模型,该模型可以描述材料的真实状态和破坏状态。

一、UHPC抗压强度更低。

UHPC除了具有超高的抗压强度外,还具有优异的耐久性和一定的抗拉能力,但抗压强度仍然是其最重要的技术指标。

不同标准规定的UHPC更低抗压强度指标各不相同。早期的标准都定得很高,比如2001年和2013年的法国(AFGC)指南,2004年的日本(JSCE)指南定为150MPa,2012年的韩国指南高达180MPa;然而,极高的抗压强度很难在工程中充分发挥作用。为了推广应用,近年来更低强度要求有下降的趋势。比如法国的NFP-18-470定为130MPa,瑞士SIA2052和美国的ASTMC1856/1856M-17定为120MPa。目前,120MPa和130MPa的认可度较高。同时,一些专家认为,当强度只有120~130MPa时,不能称之为超高性能,只能称之为超高强度。因为只有耐久性好,才能称之为超高性能,而且耐久性好的材料必须具有较高的实力。中国的GB/T31387-2015是现有标准中更低的,只有100MPa,这也引起了国际同行的争议。

由于各标准中使用的强度测试试样的形状和尺寸不一致,且形状和尺寸效应之间存在转换关系,转换后各标准对UHPC更低强度的要求与转换前相比发生了变化,但大小序列没有改变。一些学者认为,100MPa抗压强度的混凝土可以通过高性能混凝土的方法制备。因此,将其定义为UHPC的更低强度较低;同时,由于UHPC要达到优异的耐久性,采用低水胶比不难获得高于100MPa的抗压强度,如果强度设置较低,可能无法获得经济效益。因此,建议中国UHPC的更低抗压强度可在120~130MPa之间。

二、UHPC定义。

虽然UHPC在学术层面的讨论仍在继续,所有标准都反映了这一点,但总的来说,它是一种水泥基复合材料,比高性能混凝土具有更好的力学性能(强度和耐久性)。

在分析总结标准的基础上,有学者将UHPC定义为与高性能混凝土相比,水泥基复合材料具有高强度、高耐久性和抗拉延性,并与纤维或纤维网混合,以提高开裂后的抗拉延性,28d抗压强度至少为120MPa。

首先,对UHPC材料本质的理解有两个要点:一是它仍然是一种混凝土;另一种观点认为它是一种不同于传统混凝土的水泥基材料。在UHPC术语中,前者认为它的C指混凝土,后者认为它的C指水泥基材料。在大多数学者和标准中,C使用前者,一些学者持有后者的观点。事实上,后者在2004年届UHPC国际会议上得到了许多专家的认可。虽然UHPC仍然使用混凝土的名称,但它可以被视为一种新的材料,即新一代水泥基建筑材料。

其次,对于UHPC是否必须使用纤维增强有不同的看法。在许多研究中,UHPC包含两种材料,纤维增强和非纤维增强,以探索纤维功能;此外,在钢管UHPC的受压构件中,管内的UHPC也可以在没有纤维增强的情况下增强,因为钢管约束可以提高管内UHPC的韧性。另一种观点认为,UHPC必须有纤维增强,并且应该称为UHFRC,不能省略FiberReinforced,纤维增强)。法国、瑞士等规范均采用UHPFRC,有时在名词中加入复合来强调它是由基体和纤维组成的材料。

最后,一些学者认为UHPC在开裂后应具有拉伸延性。对此也有不同的看法。UHPC不仅具有一定的抗拉强度,而且由于纤维的桥接作用,拉伸开裂后具有一定的拉伸延性。许多学者认为,UHPC的抗拉强度应该在UHPC的弯曲结构设计中加以考虑。在设计中考虑了抗拉强度后,必须对UHPC的拉伸延性提出要求。但也有人认为UHPC的抗拉强度不高,贡献不大,与浇筑方向等施工工艺直接相关,在实际工程中难以控制。为了简化计算和部分安全,无需考虑抗拉强度的贡献。如果在设计中没有考虑抗拉强度的贡献,则无需要求UHPC的抗拉延性。

三、UHPC应用。

随着标准制定的不断进展,经济越来越成为影响UHPC推广应用的关键。在现有的应用中,马来西亚和越南的桥梁应用具有良好的一次性投资经济性,其余大部分成本较高。许多学者对替代材料进行了研究,研究结果表明,钢纤维和硅灰的替代效果仍然不理想。一些学者认为,UHPC应保持其超高性能,不能降低其质量,特别是工业废料和机械砂等原材料的质量不稳定,给UHPC质量控制带来困难。UHPC应被视为一种功能材料,并通过结构创新获得全面的经济效益。

UHPC比高性能混凝土具有更高的抗压强度、抗拉强度和更好的耐久性。在一些应用中,可以充分发挥桥梁主体结构和钢-UHPC组合桥面等各种性能优势。然而,在一些实际应用中,这三个优势可能不能同时发挥作用,而是强调某些性能的发挥。例如,对于一些人来说,通过充分发挥拉伸优势来消除普通钢筋和箍筋的应用存在争议,认为这可能导致结构脆性破坏。

在工程结构的应用中,UHPC的一些应用是简单的替代,即保持结构形式基本不变,只用UHPC替代普通或高性能混凝土或钢材。其他人强调结构或形状的创新,比如人行桥,把栏杆做成结构的一部分,形成U型梁。这种形式已经应用于许多人行桥。

UHPC在中国的研究还不算太晚,但早期的实际应用却很少。在中国大规模工程建设的背景下,它更为落后。中国仍处于大规模建设时期,被认为是世界上更大的UHPC市场。同时,中国是微钢纤维的主要生产国,成本较低,已成为UHPC在中国推广应用的有利条件。然而,对新材料应用的恐惧和对责任的恐惧使工程创新的应用更加困难。如何取得突破还有待于各方的努力。

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