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JM超高性能混凝土简介
来源: 作者:思达建茂1 发布时间:2022年08月18日 浏览:
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  UHPC超高性能混凝土是由水泥、掺合料、骨料、增强纤维、外加剂和水等原材料制成的具有超高力学性能、超高抗侵蚀性介质渗透性能兼具改善脆性特征的水泥基复合材料。其抗压强度不低于150MPa,具有受拉状态的韧性,开裂后仍能保持抗拉强度不低于5MPa;内部具有不连通孔结构,有很高抵抗气、液体侵入的能力,与传统混凝土和高性能混凝土相比,耐久性大幅度提高。

  1UHPC的性能特点

  可以用“超高强、高韧性和高耐久性”来概括。

  “超高强”指UHPC可实现水泥基材料强度 (抗压、抗拉、抗弯、抗剪、抗冲击等强度)跨越式的提高,更重要的是UHPC能够有效利用 钢纤维的强度及其与胶凝材料浆体的紧密粘接来实现拉伸的“应变硬化”行为(如图1所示,类似钢材的“屈服”),有较大的变形能力;钢纤维体积掺量1%~2%的UHPC就能跨入韧性材料的行列(见表1,断裂能超过1000N/m的材料被划分为韧性材料)。UHPC可大幅度提高钢在混凝 土中的强度利用效率,形成混凝土、钢纤维、钢筋更加协调的钢-混凝土复合的新模式,实现混凝土结构的轻质高强和高韧性。此外,还可制备具有优良耐磨、抗冲击、抗爆和耐高温等性能的UHPC。

  在无裂缝的状态下,UHPC的气体、液体渗透性非常低;而在高应变和微裂缝状态下,UHPC的渗透性也能够保持在很低的水平,而微裂缝还具备良好的自愈合能力,因此UHPC结构拥有高耐久性的潜力,已得到迄今15年恶劣环境暴露试验的证实。UHPC的耐久、耐候性能远远超越其他结构工程材料(钢材、铝材、塑料等)。

  

  图1 单轴拉伸和压缩UHPC的典型应力-应变特征与其他材料对比(OC/HSC-普通/高强混凝土,

FRC/HSFRC-普通/高强纤维混凝土,ECC-高延性水泥基复合材料

  

图 2 相同荷载下不同材料的截面对比

  

  2UHPC超高性能混凝土的应用

  1)桥梁:人行天桥(1997年最早的UHPC结构 应用)、公路和铁路桥的多种桥梁结构,用于提 高桥梁跨径或减小桥梁高/跨比、实现桥梁快速施工和提高桥梁耐久性与寿命。

  2)桥面板:解决桥面板受冻融和除冰盐作用劣化快的难题,提高耐久性、快速施工。

  3)结构连接:预制混凝土桥面板、风电钢塔筒等灌缝连接,实现高强度结构连接。

  4)维修加固:桥梁和建筑的梁板柱、灯塔、道路路面、水工冲磨结构等,用于结构保护、功能恢复,或结构加固、提高结构承载能力,延长结构使用寿命。

  5)房屋建筑:薄壁阳台与楼梯、镂空幕墙等, 用于轻巧美观结构,或承载、功能和装饰一体的结构。

  6)污水设施:污水管道、污水处理厂设施,降低维护维修费用,提高使用寿命或替代不锈钢降 低建造成本。

  7)街具、家具:城市雕塑、街具、家具等,造型优美、耐久耐用。

  8)盖板:高铁电缆沟盖板(中国的主 要应 用),减小重量、高耐久性。

  9)某些替代铸铁铸钢产品:钻孔桩钻头、检查井盖、雨水篦子等,降低成本、提高使用寿命。

  10)抗爆、抗侵入结构:军事工程、银行金库等,提高安全性等等。

  

  桥面铺装                        园林景观             市政工程

  3性能指标

项目

指标

抗压强度(MPa)

40×40×160(mm)

≥150

100×100×100(mm)

≥120

抗拉强度(MPa)

≥9

弹性段抗拉强度(MPa)

≥7

极限抗拉强度(MPa)

≥8

极限拉伸应变(%)

≥0.2

极限抗拉强度/弹性段抗拉强度

≥1.1

抗弯拉强度(MPa)

≥22

初始坍落扩展度(mm)

≥700

1h坍落扩展度(mm)

≥650

备注:每立方米原材料重量(不含拌合水)为2250kg

       4施工工艺

  搅拌制备超高性能混凝土宜采用可调速或其它强制式搅拌机,预拌混凝土生产型搅拌机通常具备足够的搅拌效率。

  搅拌程序大体分为4个阶段:(1)首先,边搅拌边加入拌合用水的2/3,搅拌至拌合物呈粘聚状(浆体状);(2)然后再加入剩余的水,再继续搅拌至充分均匀(搅拌机效率决定这段时间长短);(3)边搅拌(慢速)边匀速加入纤维;(4)全部纤维加入后,继续(慢速)搅拌一段时间,完成。( 例如,对于可调速搅拌机,建议搅拌程序为: 慢速搅拌1min~2min 之后,快速搅拌30s~1min,同时均匀加入纤维,全部加入纤维后慢速搅拌,至拌合物粘聚状态,通常总搅拌时间在5min~15min)。

  根据搅拌机效率、一次搅拌量不宜超过搅拌机公称体积容量(针对普通混凝土)的70%之间。应避免搅拌时间过长,否则可能导致拌合物温度升高、增加气泡含量,以及增加较长纤维结团的风险。最后阶段进行慢速搅拌有助于排出较大气泡,可显著降低拌合物含气量,获得更高基体强度。加料顺序相同,每段搅拌时间宜根据一次搅拌量、加料采用定速(慢速)强制式搅拌机拌制UHPC 耗费时间、拌合物的粘聚状态等进行调整。

  养护原则:成型试件、预制生产构件和现浇施工过程及之后的7d应尽可能避免超高性能混凝土损失水分;抹面完成,应立刻用塑料薄膜或养护剂覆盖超高性能混凝土暴露表面,防止水分蒸发损失。大面积施工,特别是暴露于风吹日晒时,应抹面完成一段,马上开始养护一段,避 免抹面后表面暴露时间过长。

  5包装贮存

  超高性能混凝土基体预混料通常采用小袋(净重50kg)或大袋(净重每个独立包装宜整袋投入搅拌机使用(含骨料超高性能混凝土基体预混料受运输颠簸等影响可能出现粗细颗粒离析)。为避免拆袋分批使用,可根据工程使用特点、一次最小使用量、一次搅拌量等因素,确定适宜的包装规格(可定制)。

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