联系(电话和微信同号)UHPC材料成分不含粗骨料,粒径一般小于1mm,由于密度高,具有超高强度和**的耐久性。研究表明,UHPC的抗压强度可达200MPa以上,材料的耐久性可达200年以上。此外,由于分散在UHPC中的细钢纤维可以大大减缓材料内部微裂纹的扩展,使材料表现出超高的韧性和延展性。图1显示了具有相同抗弯强度的不同材料的尺寸比较。
图1 不同材料相同抗弯强度的尺寸对比
“超高性能混凝土”包括‘超高’——超高力学性能和超高耐久性两个方面。表1显示了UHPC与普通混凝土在主要力学和耐久性指标方面的比较。
表1 UHPC与普通混凝土主要力学指标和耐久性指标对比
具体的
种类
超高性能计算机
普通的
具体的
超高性能计算机
/普通的
抗压强度 (MPa)
150~230
30~60
约3次
抗弯强度(MPa)
30~60
2~5
约10次
弹性模量 (GPa)
40~60
30~40
约 1.2 倍
蠕变系数
0.2~0.3
1.4~2.5
大约15%
氯离子扩散系数(㎡/s)
<0.01
×10-11
>1×10-11
1/100
电阻率 (kW·cm)
1133
96 (C80)
约12次
UHPC 是当今世界上的水泥基土木工程材料。由于其**的力学性能和耐久性,UHPC在桥梁工程对轻质、高强、架设快、经久耐用的要求背景下,将在桥梁领域具有广阔的应用前景。 .
**技术法规和指南
为促进UHPC的结构设计和推广应用,近10年来,法国、日本、美国、瑞士、中国等先后制定并颁布了UHPC材料和结构设计的技术法规和指南,如图 2 所示。
图2 各国UHPC材料和结构设计的技术法规或指南
(一)我国《活性粉末混凝土》**标准
我国于2015年颁布了《活性粉末混凝土》**标准(GB/T31387-2015),其中规定了活性粉末混凝土的术语和定义、分类、性能等级和标志、原材料、配合比设计、配制和运输,以及保养、试验方法、检验规则。
(2) 法国标准
2002年法国土木工程协会(AFGC)和土木结构设计局(SETRA)**颁布了UHPC临时设计指南《超高性能纤维混凝土-临时建议书》,成为早的比较完整的UHPC结构设计依据; 10年后对新研究和工程应用经验的应用进行了修订和完善,2013年发布了该指南的修订版。该指南主要包括三个部分: 部分涉及UHPC力学性能、浇筑程序、施工和竣工验收方法,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、蠕变收缩特性和抗冲击特性,还给出了配合比设计、混合程序、浇注方法和材料性能测试方法;第二部分描述了UHPC结构设计与分析方法,基于欧洲规范、法国预应力和普通混凝土设计规范,对构件正常使用极限状态、弯曲、剪切和扭转设计下的承载能力极限状态进行了规定;第三部分是针对UHPC结构的耐久性设计,涉及孔隙率、透氧性、氯离子扩散、氢氧化钙含量、外加剂的稳定性、水化延迟、钢纤维的腐蚀和聚合物纤维的耐久性。
2016年4月,法国正式颁布了UHPC设计规范《欧洲规范2的**补充——混凝土结构设计:超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)的具体规则》(NF P 18-710)作为欧洲混凝土结构设计规格的补充规格。本规范的框架结构与现行欧洲规范**一致,包括通则、设计依据、材料、耐久性和钢筋保护层、结构分析、承载力极限状态、使用极限状态、钢和预应力筋施工要求、构件包括结构要求和特殊规定在内的九章给出了更加详细和完整的UHPC结构设计方法。 2016年7月,法国还颁布了UHPC材料技术标准《混凝土——超高性能纤维增强混凝土——规格、性能、生产和符合性》(NF P 18-470)。在配比要求、试验方法、生产控制、检验验收等多方面都做了系统详细的规定。
(3)日本UHPC技术规范
2004年日本土木学会(JSCE)颁布了《超高强度钢筋混凝土设计与施工指南(提案)》(Ultra-highstrength Fiber-Reinforced Concrete (UFC) Structural Design and Construction Guidelines(草案))。该规范给出了UHPC结构设计和施工的基本原则;材料设计参数包括抗压强度、初始裂纹强度、抗拉强度、应力应变关系、弹性模量、泊松比、热参数、蠕变、收缩和疲劳等相关参数。该规范还包括强度设计、正常使用设计、抗疲劳设计、结构细节、预应力混凝土、耐久性、施工方法等。虽然本规范参考了法国UHPC构件抗剪强度规范等内容,但有不同程度多方面的创新。
(4) UHPC 华夫格式桥面设计指南
美国联邦公路管理局 (FHWA) 于 2013 年发布了预制 UHPC Waffle Deck Panel Design Guide-“DesignGuide for Precast UHPC Waffle Deck Panel System,包括 Connections”,其中介绍了 UHPC 材料以及 Waffle Deck Panel 的组成和特性, 设计方法、板间连接结构、施工工艺等。
(5) 瑞士UHPFRC规范
2016年,瑞士工程与建筑师学会(SIA)制定并颁布了SIA 2052超高性能纤维混凝土(UHPFRC)技术规范——《**:超高性能纤维增强水泥基复合材料(UHPFRC)建筑材料》 ,尺寸标注未应用”(超高性能纤维混凝土导引材料、设计和应用)。本规范主要针对在拉力下发生应变硬化的UHPC材料,主要包括UHPFRC在以下几个方面的具体规定:基本设计原则、材料成分与性能、结构设计与分析、详细结构、施工方法、标准试验材料特性的方法。该规范不仅可以为UHPFRC的新型结构设计提供依据,而且可以为UHPFRC用于结构加固的设计计算方法提供参考。
此外,多国相关机构发布的大型UHPC研究计划和技术报告也为UHPC结构的设计计算提供了参考。德国钢筋混凝土协会 (DAFSTB) UHPC 进度报告“Sachstandsbericht-Ultrahochfester Be”,2003/2008 年报告详细总结了 UHPC 材料特性、设计和施工方法,作为过渡性 UHPC 设计和施工指南。目前,FIB(国际结构混凝土协会)TG8.6工作组(Task Group)、美国混凝土协会(ACI)ACI239C委员会和加拿大标准协会(CSA)UHPC工作组正在制定UHPC设计指南。
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