摘要:现如今,我国的经济在迅猛发展,社会在不断进步,超高强混凝土在土木工程行业未来必将得到广泛应用。本文主要介绍了超高强混凝土的材料组成及配合比设计方法,分析了超高强混凝土良好的力学性能、耐久性以及抗震性,介绍了其在工程实际中的应用,展望了未来超高强混凝土的应用前景以及超高强混凝土在今后生态家居等方面的应用。
关键词:超高强混凝土;材料组成及设计;远景展望
引言
混凝土是由多种材料所构成的复合型材料,其自身具有不连续性、非均质性的特征。在特殊的荷载条件之下,混凝土材料自身的力学性质和破坏机理会发生一定的变化,存在较强的离散性,同时还会面临尺寸效应的影响,而这些问题的存在均会直接影响到高强度大体积混凝土材料的使用效果和质量,同时也是学术界的所面临的主要研究难题。高强度大体积混凝土一般常用于建筑物大体积基础部位施工,具体使用时需要明确分析使用条件,做到科学使用、合理使用,从而确保工程自身的质量、安全性和经济性。为了实现这一目标,就必须强化对于高强度大体积混凝土材料的特性研究,如力学研究、变形研究、抗裂性能研究等,并深入到建筑物大体积基础的基本特征当中,分析其开裂原因和混凝土损伤机制,为建筑物大体积基础的设计、施工提供强有力的理论依据,间接达到优化设计、完善施工体系的目的。
1超高泵送混凝土材料性能配合比设计原则
(1)200~400m调高度整配合比,主要调整粗集料中5~10mm与10~20mm的比例,掺合料比例进行适当的调整,同时调整外加剂配方,使之适应于超高层的夏季施工。(2)400~600m调整配合比,进一步提高5~20mm集料中5~10mm比例,调整混凝土的胶凝材料总量和掺合料比例,同时再调整外加剂配方,使之适应于超高层的冬季施工。(3)600m及以上高度调整配合比,主要调整5~20mm集料为5~16mm,调整混凝土的胶凝材料总量和掺合料品种与比例,同时调整外加剂配方,使之适应于超高层的春夏季施工。
2超高强混凝土材料与结构研究应用进展
2.1不同水灰比RPC的膨胀收缩性能变化规律
按普通混凝土长期性能和耐久性试验方法的要求测定RPC试样各龄期的收缩率,使用BC156-300型比长仪进行测定RPC试样在不同养护周期后、静置干燥至饱和面干、冷却至室温后测量试样的长度变化,测量完成后进行下一个24h蒸压养护周期。RPC体积变形存在水化收缩、温度收缩、自收缩和干燥收缩,但是,对RPC长期处于高温水热状态的体积变形性能研究显得不足。本文对不同水灰比RPC试样长期水热合成(多周期)的体积变形进行测试。无钢纤维的试样,水灰比为0.19,0.21、0.24试样存在早期收缩现象,但是收缩期较短、收缩值较小,并且蒸压养护第S周期就开始出现微膨胀,当达到第9-12养护周期之后收缩达到了初始值,随着养护次数的增加试样呈现出膨胀现象。随着水灰比的增加,水灰比为0.27,0.3的RPC试样早期收缩十分显著,收缩值较大,这个现象与国内外研究相一致可能与试样的化学收缩、干燥收缩、自收缩有关,因此水灰比较大时这类试样的膨胀出现较晚,膨胀值较小。
2.2骨料
制备UHPC宜遴选那些碎的卵石,其粒径通常超过5毫米。第一,基于材料界面结构,由于要生产高等级的混凝土,为此要选用较小粒径的骨料;第二,由于所使用超高强度的混凝土,与对应的钢筋位置有着紧密关联性。在混凝土结构中,粗骨料占整个混凝土体积的60%以上,粗骨料的质量和技术指标不仅会影响超高强混凝土的强度,还会对超高强混凝土耐久性产生一定作用。
粗骨料石粉对混凝土强度带来较大影响,同时也会影响到和易性。另外,混凝土界面粘结强度开始有了一定的弱化,骨料中的其他相关物力属性,对混凝土也会产生一定的作用。当水泥石－骨料界面处应力较大时,倘若粗骨料的硬度整体较高,在混凝土遭受温度动态变化时,就更为容易使得体积产生改变,进而导致升裂破坏。因为强度越高的混凝土,其水泥石的强度就会变得较高,相应骨料与水泥石也会产生较强的粘结力。在对断面进行破坏之际,粗骨料所承受的破坏有着较大比率,为此,该粗骨料的强度往往就会成为关键的制约要素。
2.3力学与变形的仿真研究
建筑物大体积基础的结构设计拥有独立、特殊的安全系数设计方式,即建筑物大体积基础自身的应力需要低于某一特定的标准值,而这一特定的应力标准值大小则取决于混凝土构件在特殊环境下的极限强度和经验安全系数的比例。仅从安全系数的角度来看,其一般会与混凝土构件的大小、尺寸之间有着密切的关联性,即不同持续、不同形状的混凝土构件的安全系数也不尽相同。随着现代科技的进步和施工工艺的不断优化,建筑物大体积基础的设计常使用经验安全系数对强度进行判断,故针对混凝土构件的强度特性研究反而不会进行使用,其主要原因就在于混凝土构件的安全系数会受到构件自身的大小和性状影响。实践证明,这种经验安全系数研究方式无法从根本上对安全性作出准确地评估和分析,甚至还会对建筑物大体积基础的设计标准、设计水平造成一定的负面。现阶段,在评估建筑物大体积基础的安全度时,工作人员的个人经验依然占据着主导的地位,且更加侧重于建筑物大体积基础在极限状态下的平稳条件。一般情况下,建筑物大体积基础的强度破坏问题已出现裂缝或者变形为主,其主要原因在于混凝土材料的塑性开裂或者内部存在累积性损伤的问题。而在模拟破坏过程时,材料结构和混凝土材料在失效时的极限强度确定就成了关键所在,其对于评估建筑物大体积基础安全性时起到了重要的作用。此外,建筑物大体积基础在运营过程中也难免会存在开裂的情况,当出现这种情况时就必须高度关注对于开裂位置的控制,若仅仅是建筑物大体积基础局部拉应力超标,脱离了安全标准范围之内时,并不意味着建筑物大体积基础功能的失效,因而只要做好对于裂缝处的控制,确保裂缝面积不会扩大或者深入,建筑物大体积基础依然可以正常使用。在具体分析建筑物大体积基础裂缝问题时,三维非线性有限单元法起到了决定性的作用价值,这一分析方法能够对建筑物大体积基础开裂情况作出准确判断,但这种方式由于仅仅是通过材料模型分析,故在判断混凝土材料受载状态的效果时反而无法起到较好地效果。因此,在研究混凝土材料强度和变形特性时,必须要总结各种破坏形态的基本特点,进行综合性的分析和判断。
结语
UHPC的研制,打破了普通混凝土技术性局限性,同时还能更好地维护环境,提升工程质量等,尤其是绿色高性能混凝土更是今后广大学者研究的重点,亦为今后较长时间混凝土技术重要的发展趋向。为此,UHPC的研制,将会是混凝土发展历程极为关键性的里程碑,同时也是混凝土制备技术重要的标志,在工程层面,其应用区域将会日益广泛,进而获得更为突出的经济技术效果。
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