超高性能混凝土在中国的研究和应用王让京--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

超高性能混凝土在中国的研究和应用王让京

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：王让京

[导读] 摘要：超高性能混凝土作为一种新型的水泥基材料，具有优异的抗压性及耐久性，因此其发展前景广阔。

        琼海鑫海混凝土有限公司海南琼海 571437
        摘要：超高性能混凝土作为一种新型的水泥基材料，具有优异的抗压性及耐久性，因此其发展前景广阔。本文介绍了超高性能混凝土的研究背景，分析了超高性能混凝土的优点和力学性能，探讨了超高性能混凝土在中国的应用及注意事项。
        关键词：超高性能混凝土；力学性能；应用
        前言：
        超高性能混凝土又称为活性粉末混凝土，它是一种具有优良力学性能及耐久性的新型水泥基复合材料，在许多工程领域有着广泛的应用前景。但在我国，对超高性能混凝土的研究起步较晚，应用也不如西方国家广泛。然而，近年来，超高性能混凝土的研究越来越受到国家的重视，从而为超高性能混凝土在中国的广泛应用奠定了坚实的基础。
        1 超高性能混凝土的研究背景
        混凝土自诞生以来，以其低能耗、原材料供应方便、生产成本低、操作简单等优点，在许多领域得到了广泛的应用。混凝土是国际建筑工程中应用最广泛的材料，具有比砖石等更好的耐火性、耐久性和适应性。但混凝土仍存在如自重大、抗拉强度低、能耗大、不利于环保等缺陷，从而严重阻碍其应用范围的扩展。随着科技的发展，环保理念在建筑业得到了广泛的传播。混凝土的质量和性能也得到了提高，高强度混凝土的研究已成为国际上的一个热点。经多年努力，国际专家们在20世纪末提出了超高性能混凝土的概念。由于理论上的改进，超高性能混凝土在韧性、耐久性、耐腐蚀性等方面的性能远超过普通混凝土，因其具有自愈功能和抗断裂性能等特点，得到了广泛应用，从而有效降低了生产和施工成本。但在实际生产中，UHPC存在生产工艺复杂、易受浇筑材料尺寸稳定性影响等缺陷，从而限制了UHPC的应用范围。我国超高性能混凝土的研究水平略低于发达国家，应用还不成熟。然而，对超高性能混凝土力学性能的研究在我国越来越受到重视，今后，研究成果将更加深入和成熟，应用领域也将进一步拓展。
        2 超高性能混凝土优点
        超高性能混凝土（UHPC）是一种由纤维增强的水泥基复合材料，其抗压强度超过150MPa，其韧性高，耐久性长。（1）从性能上看，良好的级配达到最大密实度和剔除粗集料，所以UHPC的渗透性和碳化性能几乎为零，断裂性能优异，这种结构物在腐蚀性强的沿海地区也能发挥其作用。更重要的是，超高性能混凝土的水胶比小于0.2，致使混凝土中有大量的非水性水泥颗粒，即使混凝土开裂也可自行修复。（2）经济上，类似于大跨径桥梁的建筑结构，可降低其结构物厚度，有助于满足建筑结构物的性能要求；可节省大量建筑材料，从而降低成本。如果以我国混凝土年消耗量每立方米节约水泥25kg，每年能节约水泥、标准煤，减少二氧化碳的排放，并使用了大量的残渣，如粉煤灰。如果UHPC能在全国广泛应用，将节省国家大量经济成本，并为世界范围内的超高性能混凝土研究作出重大贡献。（3）在环保领域，超高性能混凝土不但降低水泥消耗，而且可回收利用粉煤灰和磨细矿渣粉等，满足节能和可持续发展的需要。
        3 超高性能混凝土的力学性能
        3.1 抗压强度
        对于超高性能混凝土，其水泥石及骨料间有很强的协同作用。当水泥石与骨料性能相匹配时，它具有最佳性能。同时，超高性能混凝土的抗压强度与动弹模量间存在良好的线性关系。加入钢纤维能提高其抗压强度，而加入聚丙烯纤维能降低其抗压强度。
        3.2 抗拉强度
        因其抗压强度高，抗拉强度低，且抗拉强度试验难度大，在结构中的作用有限，故并不重视抗拉强度试验。但UHPC的绝对拉伸强度值大于10MPa或更高，影响其结构。因此，对超高性能混凝土抗拉强度的研究越来越受到重视。试验方法基本上遵循普通混凝土的三种试验方法：轴向拉伸试验、开裂试验及抗弯试验。其结果表明，超高性能混凝土的抗拉强度与普通混凝土相同，由高到低依次为轴向拉伸强度、开裂强度和抗弯。然而，到目前为止，各测试结果的质检单比值量化关系尚未得到公认的定论。超高性能混凝土具有良好的裂缝控制能力，最大拉应力为3%。它对缺口不敏感，即使裂缝率为0.5，仍具有良好的无害裂缝分散能力。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        3.3 轴压应力-应变曲线
        随着UHPC抗压强度的增加，其轴向抗压强度和峰值应力增大，轴压/抗压比为0.85，最大峰值应变可达2500×10-6。随着UHPC抗压强度的增加，应力-应变曲线上升段从抛物线转为直线。在28d压力下UHPC圆柱体的峰值为0.015，是普通混凝土的7倍。超高性能混凝土的最大压应力为0.034，是普通混凝土的10倍。UHPC的7d轴向压应力曲线在峰值后缓慢下降，表明其压缩韧性较大。圆形钢管超高性能混凝土的应力-变形曲线的弹性相为极限应力的90～95%，其受压过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、减载阶段及加固阶段。与单轴受压相比，超高性能混凝土在双轴受压下，提高了其极限抗压强度、主压向峰值应变及线性段。
        3.4 耐用性
        UHPC材料具有优异的耐久性，它能抗氯离子腐蚀、冻融损伤、碳化磨损等，保证结构物在复杂的外部环境中能有效抵抗各种腐蚀，从而延长其使用寿命。
        4 超高性能混凝土在中国的应用
        超高性能混凝土广泛应用于桥梁、地铁等工程建设中。2005年，超高性能混凝土在我国工程施工中首次使用。在哈大客专、石武客专等客运专线建设中有一定的应用，并取得了良好的效果。在预制桥梁工程中，其制成的混凝土板厚度是普通混凝土产品的三分之一，便于吊装施工，具有较好的外形及美观性能，其耐久性提高了桥梁的使用寿命。在郑开城际铁路桥梁建设项目中，电缆槽盖板采用超高性能混凝土制作，满足了项目要求。城际铁路桥梁工程正在启动，超高性能混凝土电缆正在涂装，能满足工程需要。在迁曹铁路滦柏干渠大桥工程中，超高性能混凝土T梁的应用具有很强的抗压性能。总体而言，国内公路桥梁很少采用超高性能混凝土，其在中国的应用落后于发达国家。这主要是因发达国家对超高性能混凝土的研究更为深入，研究成果更为先进。作为一个发展中国家，中国超高性能混凝土的应用还没有很大的市场，而且国内的研究相对分散，也没有系统的大规模研究，这对超高性能混凝土的应用产生了一定的影响。国内对超高性能混凝土的研究还不够，并且生产制备需大量的资金。因此，超高性能混凝土没有得到推广。中国目前正处于大规模建设阶段，对可持续发展问题的重视程度越来越高，对混凝土性能的要求也越来越高。采用超高性能混凝土可有效推动节能减排，控制大气污染，提高工程质量，提高建筑物的抗灾能力，它是水泥工业重组的有效动力。
        5 超高性能混凝土应用中的注意事项
        5.1 超高性能混凝土材料的配合比
        因其材料配合比关系到混凝土施工的质量及安全系数，还是保证建筑物质量及使用寿命的重要因素，因此，在混凝土施工前，必须严格选用原材料：1）选用粗细骨料，要选用粗骨料粒径符合施工要求的骨料，而细骨料的最佳选择是天然中粗河砂；2）严格选用水泥和外加剂原材料，水泥易与复合外加剂融合，以提高混凝土的性能。最佳外加剂为碱水性能优异的外加剂，改善及优化混凝土的孔分布与孔结构，以生成超高性能混凝土。
        5.2 搅拌混凝土
        首先，在搅拌混凝土时，必须将水泥浆及粗细骨料压实，以提高水泥浆与粗细骨料的粘结力。另外，在超高性能混凝土的制备过程中，可加入适当的掺合剂，以减少水泥用量和降低工程造价。其次，在超高性能混凝土施工前，工程技术人员应计算出准确的水泥比，以避免混凝土施工中的泌水现象。同时，要使用高安全性搅拌设备搅拌混凝土，而且技术监理人员必须到现场监督技术及质量安全，以此确保施工安全及质量；此外，超高性能混凝土施工完成后，应立即采取保温、保湿等养护措施，以避免混凝土在初凝中出现裂缝。
        参考文献：
        [1]王志军. 超高强高性能混凝土的力学性能研究[J].建筑结构学报，2015（06）．
        [2]郑元勋. 超高性能混凝土的研究综述[J].科技展望，2016（36）.
        [3]史才军. 超高性能混凝土在中国的研究和应用[J].硅酸盐通报，2016（01）．