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1、超高性能混凝土 UHPC超高性能混凝土UHPC-研究综述 主讲人： 金凌志 超高性能混凝土 UHPC课程性质和地位课程性质和地位性质：超高性能混凝土性质：超高性能混凝土Uitra high Perforance Uitra high Perforance ConcrteConcrte结构研究与应用是一门研究型选修课。结构研究与应用是一门研究型选修课。地位：是一门提高本科生专业素养，扩展国际视野，培地位：是一门提高本科生专业素养，扩展国际视野，培养科研能力的拓展课程，也是给准备考研的同学提供超养科研能力的拓展课程，也是给准备考研的同学提供超前学习时机的课程。前学习时机的课程。前期前期根底根底课程
2、：混凝土结构设计原理及混凝土结构、房课程：混凝土结构设计原理及混凝土结构、房屋建筑学、土木工程材料、材料力学、理论力学、结构屋建筑学、土木工程材料、材料力学、理论力学、结构力学等。力学等。超高性能混凝土 UHPC课程学习目的课程学习目的1 了解国家高性能混凝土材料研究前沿，顺应时代新能源新材料的需求。2 指导学生本科阶段研究学习，培养学生对科协研究的兴趣，培养科学思维，为未来的深造和就业做准备。3 以为UHPC为载体，了解科学研究工作需要做哪些准备？研究什么内容？其过程如何？4 学会查找参考文献，熟悉论文写作。超高性能混凝土 UHPC课程学习要求课程学习要求1 实践为主，积极参与研究生的梁抗剪
3、结构试验，学习试验方法，了解试验过程，有时间尽量多可能积极参与试验。 对UHPC的相关内容要多看资料，及时做笔记，掌握材料配比，熟悉试验参数，观察试验现象，分析试验结果。 通过学习和参与试验，完成一篇3000字的试验报告，或者写作一篇科研论文。超高性能混凝土 UHPC课程主要内容课程主要内容0 0 超高性能混凝土的提超高性能混凝土的提出和世界各国的研究出和世界各国的研究动态动态1 UPHC1 UPHC的的基本配合比基本配合比与与技术指标技术指标2 2 制备技术制备技术3 3 超高性能机理超高性能机理4 4 材料性能研究材料性能研究5 5 工程应用研究工程应用研究6 6 未来研究方向未来研究方向
4、超高性能混凝土 UHPC混凝土：混凝土： 由胶凝材料水泥、细由胶凝材料水泥、细骨料砂、粗骨料石骨料砂、粗骨料石子、溶剂水以及必要子、溶剂水以及必要时掺入的化学外加剂组成，时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性形成具有一定强度和耐久性的人造石材。的人造石材。优点：优点： 相对于其他材料，混凝土相对于其他材料，混凝土生产能耗低、原料来源广、工生产能耗低、原料来源广、工艺简便、本钱低廉且具有耐久、艺简便、本钱低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等防火、适应性强、应用方便等特点。特点。混凝土介绍混凝土介绍缺点缺点 自重大、脆性大和自重大、脆
5、性大和强度尤其是抗拉强度强度尤其是抗拉强度低，使用范围狭窄；对于低，使用范围狭窄；对于低强度的混凝土，在满足低强度的混凝土，在满足相同功能时用量较大，不相同功能时用量较大，不符合国家节约、降耗要求。符合国家节约、降耗要求。引言引言超高性能混凝土 UHPC超高性能混凝土 UHPC超高性能混凝土 UHPC1 1、美国国家科学基金会于年投资建立了一个、美国国家科学基金会于年投资建立了一个“ “高高级水泥基材料科技中心，美国联邦公路局以级水泥基材料科技中心，美国联邦公路局以 为为研究对象，对研究对象，对 开展了系统的研究，进行了开展了系统的研究，进行了10001000多个试件的测试，研究内容包括配制技
6、术、强度、耐久多个试件的测试，研究内容包括配制技术、强度、耐久性和长期性能等力学性能。性和长期性能等力学性能。2 2、法国土木工程学会在大量研究的根底上，于、法国土木工程学会在大量研究的根底上，于20022002年制订了超高性能纤维混凝土的指南初稿。年制订了超高性能纤维混凝土的指南初稿。高强混凝土各国研究进展高强混凝土各国研究进展引言引言3 3、日外乡木工程协会也于、日外乡木工程协会也于2004 2004 年制订了相应的设计年制订了相应的设计施工指南初稿，并于施工指南初稿，并于20062006年出版了英文版本。年出版了英文版本。超高性能混凝土 UHPC 高强混凝土各国研究进展高强混凝土各国研究
7、进展5 5、我国从、我国从2020世纪世纪9090年代开始了年代开始了UHPCUHPC的研究，取得了的研究，取得了系列研究成果，国家标准系列研究成果，国家标准? ?活性粉末混凝土活性粉末混凝土? ?已于已于20212021年年2 2月出版。月出版。4 4、韩国提出了一个超级桥梁的方案，希望通过、韩国提出了一个超级桥梁的方案，希望通过应用应用UPHCUPHC建造桥梁，减少建造桥梁，减少20%20%的工程造价，在的工程造价，在1010年内节省年内节省2020亿美元的投资，减少亿美元的投资，减少44%44%二氧化碳二氧化碳的排放量和减少的排放量和减少20%20%的养护费用。的养护费用。超高性能混凝土
8、 UHPC高性能混凝土会议高性能混凝土会议 1、2004年9月在德国的卡塞尔举行的UHPC 国际会议上，与会专家认为UHPC虽然被命名为混凝土材料，但是却可以认为是一种新型材料，是新一代水泥基建筑材料。引言引言 2、2021年在法国马赛举行的超高性能纤维增强混凝土国际会议上，与会专家认UHPFRC低碳环保且性能优异，可以用来建造低碳混凝土结构，在未来必将得到大力开展。超高性能混凝土 UHPC高性能混凝土运用情况高性能混凝土运用情况UHPC运用情况UHPC运用不理想的原因引言引言 尽管尽管 自出现以来，不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海洋等工自出现以来，不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海
9、洋等工程之中，然而应用开展远低于预期。以应用最多的桥梁为例，自程之中，然而应用开展远低于预期。以应用最多的桥梁为例，自1997 1997 年第一座年第一座UHPCUHPC桥加拿大魁北克省桥加拿大魁北克省SherbrookeSherbrooke的的RPCRPC桥建成以来，十几年间全世界也仅建成余座，桥建成以来，十几年间全世界也仅建成余座，且以中小跨径与人行桥为主。在中国，且以中小跨径与人行桥为主。在中国， 实际工程应用也极少，以桥梁为例，实际工程应用也极少，以桥梁为例，仅在铁路上有座梁桥的应用，目前仅在铁路上有座梁桥的应用，目前 座公路梁桥正在建设之中。座公路梁桥正在建设之中。 一方面，有关一方
10、面，有关 的研究主要集中在兴旺国家，而的研究主要集中在兴旺国家，而这些国家已完成大规模的根底设施建设，推动其研究与应这些国家已完成大规模的根底设施建设，推动其研究与应用的市场动力缺乏；另一方面，开展中国家虽然有较大的用的市场动力缺乏；另一方面，开展中国家虽然有较大的根底设施建设的需求，但是根底研究缺乏和根底设施建设的需求，但是根底研究缺乏和 价格价格较高，影响了其在工程中的应用。较高，影响了其在工程中的应用。超高性能混凝土 UHPC高性能混凝土运用情况高性能混凝土运用情况引言引言我国研究高性能混凝土的意义：我国研究高性能混凝土的意义：1 1在今后相当长一段时间内，中国仍处于大建设在今后相当长一
11、段时间内，中国仍处于大建设时期，随着对节能减排、可持续开展要求的不断提时期，随着对节能减排、可持续开展要求的不断提高，对混凝土性能的要求也将越来越高。高，对混凝土性能的要求也将越来越高。2 2高性能混凝土推广应用是强化节能减排、防治高性能混凝土推广应用是强化节能减排、防治大气污染的有效途径，能提高建筑质量，延长建筑大气污染的有效途径，能提高建筑质量，延长建筑物寿命，提升防灾减灾能力，有利于推动水泥工业物寿命，提升防灾减灾能力，有利于推动水泥工业结构调整。结构调整。3 3为中国为中国UHPC UHPC 技术、混凝土材料与工程结构走技术、混凝土材料与工程结构走在世界前列做出积极的奉献。在世界前列做
12、出积极的奉献。超高性能混凝土 UHPC1 UHPC1 UHPC制备根本原理与技术指标制备根本原理与技术指标减小减小孔孔隙率隙率优化孔结构优化孔结构提高密实度提高密实度掺入纤维掺入纤维UHPC制备的根本原理和主要方法 普通混凝土作为一种多孔的不均匀材料，孔结构是影响其强度的主要因素，而固体混合物的颗粒体系所具有的高堆积密实度是混凝土获得高强度的关键。超高性能混凝土 UHPC1 RPC1 RPC制备根本原理与技术指标制备根本原理与技术指标RPC RPC 获取超高性能的主要途径获取超高性能的主要途径剔除粗骨料，限制细骨料的最大粒径不大于剔除粗骨料，限制细骨料的最大粒径不大于300um300um，提高
13、了骨料的均匀性。提高了骨料的均匀性。通过优化细骨料的级配，使其密布整个颗粒空间，通过优化细骨料的级配，使其密布整个颗粒空间，增大了骨料的密实度。增大了骨料的密实度。掺入硅粉、粉煤灰等超细活性矿物掺合料，使其具掺入硅粉、粉煤灰等超细活性矿物掺合料，使其具有很好的微粉填充效应，并通过化学反响降低孔隙率，减有很好的微粉填充效应，并通过化学反响降低孔隙率，减小孔径，优化了内部孔结构。小孔径，优化了内部孔结构。在硬化过程中，通过加压和热养护，减少化学收缩，在硬化过程中，通过加压和热养护，减少化学收缩，并将并将C-S-HC-S-H转化成托贝莫来石，继而成为硬硅钙石，改善材转化成托贝莫来石，继而成为硬硅钙石
14、，改善材料的微观结构。料的微观结构。通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。超高性能混凝土 UHPCRPCRPC定义定义: : 以水泥、矿物以水泥、矿物 掺合料、掺合料、细骨料、高强度微细钢纤维或有机细骨料、高强度微细钢纤维或有机合成纤维合成纤维 等原料生产的超高性能纤等原料生产的超高性能纤维增强细骨料混凝土维增强细骨料混凝土1 RPC1 RPC制备根本原理与技术指标制备根本原理与技术指标超高性能混凝土 UHPC我国国家标准我国国家标准? ?活性粉末混凝土活性粉末混凝土? ?对对RPCRPC按按力学性能的等级划分见表力学性能的等级划分见表1 1。 对抗压强度
15、要求最低为对抗压强度要求最低为100100，比法国，比法国和日本的抗压强度和日本的抗压强度150150要低。要低。1 RPC1 RPC制备根本原理与技术指标制备根本原理与技术指标超高性能混凝土 UHPC 制备技术制备技术目的：降低本钱、提高性能。目的：降低本钱、提高性能。突破点：材料组分和配合比突破点：材料组分和配合比. . 材料组分与配合比材料组分与配合比局部碳纤局部碳纤维和全部维和全部碳纤维碳纤维钢纤维钢纤维采用采用8080级级焊接钢筋焊接钢筋网网低模量的聚丙烯纤低模量的聚丙烯纤维、中模量的耐碱维、中模量的耐碱玻璃纤维和高模量玻璃纤维和高模量的钢纤维混杂的钢纤维混杂2.1.1 2.1.1
16、寻找钢纤维的替代品：寻找钢纤维的替代品：最终破坏形态表现出很大的脆性破坏。抗剪强度超过采用钢纤维的UHPC 梁，且施工方便，本钱大大降低。一些力学性能得到一定程度的改善而 提高。超高性能混凝土 UHPC. . 材料组分与配合比材料组分与配合比 制备技术制备技术2.1.2 2.1.2 寻找水泥的替代品：寻找水泥的替代品：1 1用粉煤灰取代用粉煤灰取代6060的水泥；的水泥；2 2RPCRPC中采用粉煤灰和矿渣替代水泥和硅灰；中采用粉煤灰和矿渣替代水泥和硅灰；3 3棕榈油灰取代棕榈油灰取代5050的胶凝材料；的胶凝材料；4 4用稻壳灰取代硅灰；用稻壳灰取代硅灰；5 5选择多种减水剂进行耦合。选择多种减水剂进行耦合。超高性能混凝土 UHPC拌制本卷须知：拌制本卷须知：1 1与普通混凝土不同，与普通混凝土不同，RPCRPC由于采用基体材料细粒径组由于采用基体材料细粒径组分材料钢纤维进行配制，在拌制过程中容易聚团，会影响分材料钢纤维进行配制，在拌制过程中容易聚团，会影响RPCRPC成型的均质性和材料性质。成型的均质性和材料性质。2 2采用的搅拌设备、混合料的拌制时间与顺序等也要考虑。采用的搅拌设
