超高强混凝土的研究进展
超高性能混凝土应用进展
超高性能混凝土应用进展超高性能混凝土是一种高强度、高耐久、高韧性的新型建筑材料，具有极高的力学性能和优异的物理化学性质。
近年来，随着科技的不断发展和人们对建筑材料性能要求的提高，超高性能混凝土在工业和民用建筑中得到越来越广泛的应用。
以下是超高性能混凝土应用的进展。
1. 桥梁超高性能混凝土在桥梁的应用是其最为成熟的领域之一。
超高性能混凝土的高强度、高耐久性、高韧性等性能可以有效地提高桥梁的承载能力和抗震性能，降低桥梁的维修费用和使用成本。
国内外已出现多种使用超高性能混凝土建造的桥梁，如美国的出云梁、法国的帕克桥、荷兰的新赫克桥等。
2. 建筑超高性能混凝土在建筑领域的应用主要是针对高层、特殊结构建筑和文化遗产保护等方面。
超高性能混凝土的高强度、高稳定性能和高抗震性能可以有效地提高建筑的安全性和稳定性，增强建筑的承载能力和抗风性能，达到建筑物轻质化、绿色化、智能化的目标。
目前已有多个国家在建造高层建筑和特殊结构建筑时采用超高性能混凝土进行结构加固和加强，如日本的NTT西日本大楼、法国的奥德梅塔拉法兰西斯卡大楼等。
3. 公路超高性能混凝土在公路修建中也有日益广泛的应用。
超高性能混凝土的高强度、高耐久性、高韧性和自养性能可以有效地提高公路路面的耐久性和抗裂性，降低道路维护费用，并能有效地提高公路的使用寿命和行车安全性。
目前，多个国家在公路修建中采用超高性能混凝土取得了一定的成功，如日本的中央高速公路和美国的休斯敦公路。
4. 城市基础设施超高性能混凝土在城市基础设施建设中也有不少应用，如隧道、地铁站和排水管道等，超高性能混凝土可以提高设计和施工的效率，保证城市基础设施的安全性和稳定性。
目前已有多个国家在城市基础设施建设中加大了超高性能混凝土的应用力度，比如法国巴黎地铁和美国得克萨斯排水管道等。
总之，超高性能混凝土的应用领域日益扩大，其能够提高建筑、桥梁、公路和城市基础设施等领域的安全性、耐久性和抗震性能，达到节能、减排、环保的目的，对建筑工业的发展起到了重要的推动作用。
超高性能混凝土的研究
超高性能混凝土的研究超高性能混凝土（UHPC）是一种新型的混凝土材料，具有卓越的力学性能和耐久性，被广泛应用于桥梁、隧道、建筑和水利工程等领域。
本文将就UHPC的特点、研究现状和未来发展进行详细的介绍。
一、UHPC的特点超高性能混凝土是一种以超细粉料、高性能水泥和高强度骨料为主要原料，通过特殊配比和特殊工艺制成的混凝土。
与传统混凝土相比，UHPC的主要特点如下：1. 高强度：UHPC的抗压强度通常在150MPa以上，是普通混凝土的5倍以上。
抗拉强度为10-20MPa，是普通混凝土的10倍以上。
2. 优异的耐久性：UHPC具有极佳的耐久性，能够在恶劣环境下长期保持较高的力学性能。
具有极佳的抗渗、抗冻融、耐久性和耐化学侵蚀性。
3. 易成型和高粘结性：UHPC的粘结性能非常好，能够与钢筋、预应力钢束等有效结合，加工成各种形状、尺寸的构件。
4. 优异的变形能力：UHPC在受力情况下呈现出极强的变形能力，具有优异的抗裂性和抗震性。
5. 体积稠密：UHPC经过特殊配比和特殊工艺制作，具有极高的致密性和微观结构的精细性，体积密度大于2.4g/cm3。
二、UHPC的研究现状目前，国内外对UHPC的研究已经取得了显著的进展，主要集中在材料成分、配合比设计、制备工艺、力学性能和结构应用等方面。
1. 材料成分：UHPC的基本原料包括水泥、硅粉、矿物掺合料、超细矿物颗粒、粘结剂、外加剂和水，其中水泥和超细矿物颗粒是UHPC的主要材料。
2. 配合比设计：UHPC的配合比设计是关键的技术之一，需要考虑到各种原材料的物理化学性质，以及混凝土的性能要求，通过科学合理的方法确定各种原料的配合比例。
3. 制备工艺：UHPC的制备工艺包括原料的预处理、混合、浇筑、养护等步骤，其中混合工艺是制备UHPC的关键环节。
4. 力学性能：UHPC的力学性能是评价其优劣的重要指标，包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗冻融性等方面的性能。
5. 结构应用：UHPC在桥梁、隧道、建筑和水利工程中得到了广泛应用，主要包括梁、柱、板、墙、连接节点等构件的应用。
超高性能混凝土在中国的研究和应用
超高性能混凝土在中国的研究和应用一、本文概述随着建筑行业的快速发展和工程要求的日益提高，混凝土作为一种重要的建筑材料，其性能优化和创新研究显得尤为关键。
在此背景下，超高性能混凝土（UHPC）作为一种具有优异力学性能和耐久性的新型混凝土，在中国的研究和应用逐渐受到了广泛关注。
本文旨在全面概述超高性能混凝土在中国的研究现状、应用领域以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将介绍超高性能混凝土的基本概念、特点及其与传统混凝土的区别。
随后，将重点综述中国学者和工程师在超高性能混凝土制备技术、性能优化以及工程应用方面的研究成果和实践经验。
还将讨论超高性能混凝土在桥梁、建筑、道路等领域的具体应用案例，并分析其在实际工程中的优势和挑战。
本文将展望超高性能混凝土在中国未来的发展趋势，探讨其在绿色建筑、智能化施工等方面的潜在应用前景。
通过本文的阐述，希望能够促进超高性能混凝土在中国的研究和应用进一步深入，为推动建筑行业的可持续发展和创新发展贡献力量。
二、UHPC的基本性能超高性能混凝土（UHPC）是一种具有极高力学性能和耐久性的新型水泥基复合材料，其基本性能远超传统混凝土。
UHPC的抗压强度通常超过150 MPa，而其抗折强度更是高达30 MPa以上，这使得UHPC在结构应用中展现出极高的承载能力。
UHPC的弹性模量高，收缩和徐变小，这使得结构具有更好的变形性能和更高的耐久性。
UHPC的微观结构紧密，孔隙率低，这使得其抗渗性和抗化学侵蚀性能显著提高。
因此，UHPC在恶劣环境下，如高湿度、高盐度、高腐蚀性环境中，仍能保持较好的性能稳定性。
除了优良的力学性能和耐久性，UHPC还具有良好的工作性能。
其流动性好，易于泵送和浇筑，可以在复杂结构中实现精确的成型。
UHPC 的硬化速度快，早期强度高，这使得施工周期大大缩短，提高了工程效率。
UHPC以其卓越的力学性能、耐久性和工作性能，在中国的基础设施建设、桥梁工程、建筑修复等领域得到了广泛的应用和研究。
超高强度混凝土的研究与应用
超高强度混凝土的研究与应用超高强度混凝土是一种新型的建筑材料，其强度可以达到普通混凝土的10倍以上，因此在工程建设中具有很大的潜力。
本文将介绍超高强度混凝土的研究现状、制备工艺和应用领域，并探讨其未来发展方向。
一、超高强度混凝土的研究现状超高强度混凝土是指强度在150MPa以上的混凝土，其主要由水泥、石英粉、硅灰、钢纤维等材料组成。
随着科技的不断发展，超高强度混凝土的研究也得到了很多重视。
目前，国内外学者在超高强度混凝土的研究方面已取得了很多进展。
1. 国外研究现状在国外，超高强度混凝土的研究始于上世纪80年代。
当时，法国学者Bernard德·拉福雷（Bernard de Larrard）首次提出了超高强度混凝土的概念，并在1992年成功制备了强度为200MPa的混凝土。
此后，美国、日本、德国等国家也相继开展了超高强度混凝土的研究工作。
其中，美国的普渡大学、日本的大阪大学、德国的斯图加特大学等高校在超高强度混凝土的研究方面取得了重大突破。
2. 国内研究现状我国在超高强度混凝土的研究方面起步较晚，但随着科技的不断发展，国内学者也取得了很多进展。
近年来，国内高校和科研机构相继开展了超高强度混凝土的研究工作，其中包括清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学等。
他们主要从材料配比、制备工艺、性能研究等方面入手，不断探索超高强度混凝土的制备和应用。
二、超高强度混凝土的制备工艺超高强度混凝土的制备是一个复杂的过程，需要精确的材料配比和制备工艺。
目前，超高强度混凝土的制备工艺主要包括以下几个方面：1. 材料选择超高强度混凝土的材料主要包括水泥、石英粉、硅灰、钢纤维等。
其中，水泥的种类和配比对混凝土的强度和性能有着至关重要的影响。
石英粉和硅灰则是控制混凝土密实度和流动性的关键材料。
而钢纤维可以增强混凝土的韧性，提高其抗裂性能。
2. 配比设计超高强度混凝土的配比设计是制备过程中最为关键和复杂的一步。
配比设计需要考虑混凝土的强度、流动性、密实度等因素，并结合具体的施工环境和要求进行调整。
超高性能混凝土在建筑工程中的研究和应用
超高性能混凝土在建筑工程中的研究和应用一、超高性能混凝土的发展历程超高性能混凝土是20世纪90年代在法国首次提出的一种新型混凝土，其主要特点是材料内部结构的致密性和微观结构的多孔结构优化。
在制备过程中，通过选用高性能水泥、高性能砂与集料、超细粉煤灰、微细矿物掺合材料和优质粉状矿物添加剂，并采用特殊的预应力养护工艺，使得UHPC表现出极高的抗压、抗拉和抗弯强度，以及出色的耐久性和抗裂性能。
目前，国际上已有多个标准对UHPC进行了明确规定，如美国、法国、加拿大等先后发布了相关标准，并逐渐应用于桥梁建设、钢结构加固、建筑结构加固等工程中。
桥梁工程是UHPC应用的主要领域之一，UHPC的高强、高韧性和耐久性使得其在桥梁结构的修复、增强和新建中具有独特的优势。
在桥梁结构的修复中，使用UHPC可以有效加固和修复受损的构件，提高其承载能力和抗震性能，延长结构的使用寿命。
UHPC还可以用于制作更轻、更薄的桥梁构件，减少结构自重，降低建设成本，提高工程效率。
UHPC还可以用于连接件的制作，提高桥梁结构的整体性能和安全性。
在建筑领域，UHPC也被广泛应用于建筑结构的改造、加固和新建中。
UHPC可以用于制作更轻、更细的建筑构件，如梁、柱等，大大提高建筑结构的结构性能和抗震性能。
UHPC还可以作为表面修补材料和涂层材料使用，提高建筑物的防水、保温和耐久性能。
UHPC还可以用于制作建筑装饰材料、雕塑等，为建筑增添独特的艺术魅力。
目前，国内外对UHPC的研究已经取得了显著的进展，涉及到材料的成分优化、制备工艺的改进、性能测试和工程应用等多个方面。
但与此UHPC仍然面临着一些挑战，例如材料成本较高、基础研究不足、标准和规范还不完善等。
需要加强对UHPC的基础研究，推动标准和规范的完善，降低材料成本，加大UHPC在建筑工程中的推广应用力度。
超高性能混凝土的研究与应用前景
超高性能混凝土的研究与应用前景超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete, UHPC）是一种新型的高强、高耐久、高可靠性的建筑材料，它主要由水泥、超细矿物粉、硅烷、高性能细骨料、钢纤维等材料制成。
UHPC在建筑和工程领域中有着广泛的应用前景，下面将从研究和应用两个方面详细探讨其发展趋势。
一、研究1.材料制备：UHPC的制备是一个复杂的过程，需要精确控制原材料比例和加工工艺，以确保材料的性能和稳定性。
目前，研究者们主要从以下几个方面进行探索：（1）原材料的使用：研究者们通过改变水泥、矿物掺合料、细骨料等原材料的种类和使用比例，调节混合物的物理性能和化学性能，以提高UHPC的性能。
（2）添加剂的使用：添加剂可以改善UHPC的流动性、黏结性、凝固时间和硬化过程中的温度变化等性能，使其更加适合不同的应用场景。
（3）混合工艺的优化：研究者们通过探索不同的混合工艺，如干混法、湿混法、高速搅拌法等，以提高UHPC的均匀性和稳定性。
2.性能研究：UHPC的性能包括力学性能、耐久性能、防护性能等多个方面，目前研究者主要从以下几个方面进行探索：（1）强度和韧性：强度和韧性是评价UHPC力学性能的关键指标，目前研究者通过探索不同的材料组成和混合工艺，以及添加不同类型的纤维等方法，实现了UHPC的高强度和高韧性。
（2）耐久性：UHPC的耐久性主要包括抗冻融性、抗碳化性、抗氯离子渗透性等多个方面，目前研究者通过探索不同的材料组成和混合工艺，以及添加不同类型的添加剂等方法，提高了UHPC的耐久性能。
（3）防护性能：UHPC的防护性能主要包括抗震、防火、隔热、隔音等多个方面，目前研究者通过探索不同的材料组成和混合工艺，以及添加不同类型的添加剂等方法，提高了UHPC的防护性能。
二、应用UHPC具有高强度、高韧性、耐久性好、抗冻融性强、抗碳化性好、抗氯离子渗透性好、抗震、防火、隔热、隔音等优点，可以应用于多个领域。
超高性能混凝土力学性能研究
超高性能混凝土力学性能研究超高性能混凝土力学性能研究概述：混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料，其稳定性和耐久性对于建筑结构的安全和使用寿命至关重要。
近年来，为了满足日益增长的建筑需求，人们对混凝土的性能提出了更高的要求，超高性能混凝土应运而生。
超高性能混凝土不仅具有良好的力学性能，而且在抗压、抗裂和耐久性方面都有显著的优势。
本文旨在探讨超高性能混凝土的力学性能研究进展。
1. 超高性能混凝土的物理性质超高性能混凝土的物理性质是研究其力学性能的基础。
普通混凝土中的熟料会因为孔隙的存在而降低其密实性，而超高性能混凝土通过添加特殊材料和控制水胶比，能够取得更好的物理性能。
超高性能混凝土的高致密性使其具有更好的抗渗透性和耐久性，这些性能与其力学性能密切相关。
2. 超高性能混凝土的力学性能超高性能混凝土具有出色的力学性能，对于抗压、抗拉和抗弯等方面有着显著的优势。
其抗压强度远高于普通混凝土，可以达到100MPa以上，有的甚至达到200MPa。
同时，超高性能混凝土具有较好的抗裂性能，能够有效防止混凝土在受力后产生微观裂缝，提高结构的整体强度和稳定性。
3. 超高性能混凝土的加筋技术超高性能混凝土通常在受力较大的结构中使用，为了提高其受力性能，人们发展了许多加筋技术。
其中最常见的是钢筋混凝土加筋和纤维加筋。
钢筋混凝土加筋通过在混凝土中嵌入钢筋，强化了混凝土的抗拉能力。
纤维加筋则通过在混凝土中加入纤维材料，提高了混凝土的韧性和抗裂性。
4. 超高性能混凝土的优化配合比超高性能混凝土的配合比是影响其力学性能的重要因素。
在配合比的选择上，需要综合考虑材料的品种、用量和施工条件等多个因素。
合适的配合比能够提高混凝土的致密性和力学性能，同时减少可能出现的开裂和收缩等问题。
5. 超高性能混凝土的应用前景超高性能混凝土在高层建筑、桥梁和核电站等重要工程中的应用越来越广泛。
其出色的力学性能和耐久性能，使其成为解决工程难题和提高结构安全的重要手段。
超高性能混凝土研究及工程应用现状
引言随着社会经济和科技水平的快速发展，混凝土材料作为一种复合建材产品广泛应用于楼房建筑、公路铁路的桥梁和隧道等工程建设中，特别是高层建筑、大跨度建筑的不断涌现，迫使混凝土材料朝着更高强度、更高耐久性和更高可靠性的方向发展。
20世纪90年代，法国Bouyues公司开发了一种活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC），这是超高性能混凝土的雏形[1]，相比普通的混凝土材料，其具收稿日期：2023-9-4第一作者：耿春雷，1980年生，博士，高级工程师，主要研究方向为煤系固废的综合利用、煤矿注浆相关技术、钢筋混凝土的缺陷预防及治理技术和超高性能混凝土技术研究，E-mail：**********************.cn、**************项目信息：国家能源投资集团有限责任公司科技创新项目（编号：GJNY-23-31-1）超高性能混凝土研究及工程应用现状耿春雷 董 阳 左然芳 巩思宇 张 栋北京低碳清洁能源研究院 北京 102211摘 要：随着高层大跨度及有特殊功能要求建筑物的设计建造，混凝土朝着更高强度、更高耐久性和更高可靠性的方向发展，在这种背景下，超高性能混凝土（UHPC ）应运而生，因其能改善环境、提高经济效益、解决工程中的疑难问题，且具备优异的力学性能和耐久性能，成为学者研究的热门课题。
本文从基本设计原理、优异的物理性能、环保性能、相关标准的建立情况以及工程应用情况出发，对UHPC的研究和应用进展进行了详细的说明，同时提出UHPC发展的趋势和研究重点：一是通过优化UHPC的配合比设计和原材料选择，降低其浆体的粘度，采用价格低廉的固体废弃物替代部分现有的UHPC原材料，降低UHPC的成本；二是研究合理的养护方式，降低现有养护方式的高能耗和高成本，同时促进未水化水泥的水化进程；三是发展钢丝（钢筋）网骨架增强UHPC和少纤维甚至无纤维UHPC，不仅能够降低UHPC的成本，而且能提升UHPC的抗折、抗压强度；四是针对UHPC的特性制定耐久性标准，为日后UHPC的进一步推广应用提供指导和建议。
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超高强混凝土的研究进展3李 悦(北京工业大学建工学院,北京100022)摘 要: 随着建筑技术的发展,强度等级超过100M Pa 的超高强混凝土已经研制成功并在工程中应用。
介绍了活性粉末混凝土、无纤维增强混凝土及纤维增强混凝土等三类超高强混凝土的性能特点及其研究现状,并且讨论了今后超高强混凝土的发展方向。
关键词: 超高强混凝土; 研究进展; 纤维TheResearch Progresses of Super H igh Strength ConcreteL I Y ue(T he co llege of arch itectu re and civil engineering ,Beijing U n iversity of T echno logy ,Beijing 100022,Ch ina )Abstract : W ith the developm en t of bu ilding techno logy ,the super h igh strength concrete w ith the strength degreeover 100M Pa already w as developed successfu lly and app lied in field .T h is paper in troduces the p roperties and research p rogresses of th ree k inds of super h igh strength concrete ,w h ich are reactive pow der concrete ,fiber reinfo rce concrete and non -fiber reinfo rced concrete .Fu rthermo re ,the develop ing trend of super h igh strength concrete w as also discu ssed .Key words : super h igh strength concrete ; research p rogresses ; fiber 混凝土材料是一种应用广泛的工程材料,其强度等级是反映混凝土研究水平的一个重要标志。
一般认为强度等级达到或超过C 60的为高强混凝土,但对超高强混凝土并没有明确的定义,文中认为强度等级超过C 100的为超高强混凝土。
在我国,C 100以上的超高强混凝土已经在重要工程中开始使用,国外已经在实验室中配制出了抗压强度超过800M Pa 的超高强混凝土,并正在研制1000M Pa 的极高强混凝土。
但是,随着混凝土强度等级的不断提高,随之而来也暴露出一些问题,其中最突出的问题是高强混凝土的脆性大,并且混凝土强度越高,材料的脆性就越大,超高强混凝土甚至会出现爆裂破坏现象。
为了克服此缺点,一个有效的途径是掺加纤维的方式来改善其延性。
综述了超高强混凝土国内外研究现状,为该类材料的研究和应用提供指导。
1 活性粉末混凝土活性粉末混凝土(R eactive Pow der Concrete ,缩写为R PC )是一种超高强、低脆性,且具有高耐久性的新型水泥基复合材料。
R PC 实现高强化的基本原理是:通过提高材料组分的细度与活性,减少材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝),获得超高强度与高耐久性。
根据这个原理,R PC 所采用的原材料平均颗粒尺寸在0.1～1.0mm 之间,目的是尽量减小混凝土中的孔间距,从而提高拌合物的密实度。
最早的R PC 由法国最大的营造公司Bouygues 公司在1993年率先研制成功。
它由级配良好的细砂、水泥、石英粉、硅灰及高效减水剂等组成,同时,为了进一步提高材料的延性,掺入了直径约0.15～0.20mm 、长度为3～12mm 的微钢纤维。
它有2个强度等级:一是经高温高压处理后强度达800M Pa 的R PC 800;二是经蒸气养护处理后强度达200M Pa的R PC200。
随后,美国、加拿大等国家也开始进行研究并在工程中应用。
1996年,D ugat J等人进行了R PC200和R PC800的力学性能试验,对R PC的应力2应变曲线、弹性模量、泊松比、极限应变、弯折强度、平均断裂能等进行了试验研究,同时考察了钢纤维掺量对R PC延性的影响,指出钢纤维的最佳掺量是2%～3%,过高掺量反而会降低R PC的平均断裂能。
1997年,加拿大建起了一座60m的R PC人行桥,完成了R PC从理论到实践的飞跃。
2001年,为了研究R PC 是否适用用于桥梁上,美国制作了一根长达24m的预应力R PC梁,进行了结构试验,R PC梁中掺入了2的50.16mm×13mm的钢纤维,成型后在88℃的热水中养护48h,梁中除了预应力钢筋外没有配其他钢筋。
试验中,此梁表现出来优良的力学与变形性能。
当梁的挠度达到300mm时,试验人员借助放大镜也没有找出裂缝,其极限强度达到了207M Pa,极限挠度为480mm。
湖南大学何峰等试验研究了原材料品种、性质及配合比对R PC强度的影响,在未掺钢纤维的情况下,配制出了流动性好,高温养护(200℃)下抗压强度为229.0M Pa的R PC,在掺钢纤维的情况下,R PC的抗压强度高达298.6M Pa。
由于R PC具有极其优越的性能,预期在以下几方面具有较好的发展和应用前景。
1)预应力结构和构件。
利用R PC的超高强度与高韧性,能生产薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件,可大幅度缩短工期和降低工程造价。
2)钢2混凝土组合结构。
R PC制成的钢管混凝土,具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性,用它制作高层或超高层建筑的结构构件,可大幅度减小截面尺寸和结构自重,增加建筑物的使用面积与美观。
3)特殊用途的构件。
R PC的孔隙率极低,具有超高抗渗性及良好的耐磨性,可以用于补强和修补工程,可替代钢材和昂贵的有机聚合物。
今后对于R PC还需要在以下几个方面进行深入的研究:(1)活性粉末混凝土材料的配合比及施工工艺;(2)活性粉末混凝土的收缩、徐变;(3)活性粉末混凝土的应力2应变本构关系;(4)活性粉末混凝土结构的设计理论;(5)活性粉末混凝土材料的抗拉疲劳强度及动力性能。
2 超高强无纤维混凝土超高强无纤维混凝土在我国已经有广泛的研究和工程应用,其常用的技术路线为:“高标号水泥+高效减水剂+活性掺合料+优质骨料”,水胶比控制很低,一般低于0.3,活性掺合料普遍采用硅灰,已有的研究成果如下。
清华大学冯乃谦用中热525号硅酸盐水泥加硅灰及高效减水剂FDN,并加入CFA(控制坍落度损失),制得28d强度92.4M Pa,坍落度20c m,2h无坍落度损失的超高强流态混凝土。
清华大学曹峰等剔除普通混凝土中的粗骨料以提高匀质性,同时在水泥基体中复合使用粉煤灰、硅粉和高效减水并掺加微细钢纤维以增强韧性和延性,配制出流动性良好的混凝土,抗压强度达到230M Pa,抗折强度50 M Pa。
重庆建筑大学蒲心诚按常规工艺制成28d抗压强度为117M Pa的超高强混凝土,后又采用“普通525号水泥+超高效萘系减水剂+硅灰+低水灰比”的技术路线制得坍落度240mm以上,28d抗压强度100M Pa以上的超高强混凝土。
目前,用类似的技术路线己经能制得抗压强度达150M Pa的混凝土。
超高强混凝土的研究、应用和推广可以减少结构构件尺寸、有效减轻构件和结构自重,对发展高耸结构、高层结构有重要意义,具有长期的综合经济性。
但是其缺点已经如前所述,高强混凝土的脆性及爆裂破坏性能已经严重限制了其进一步的发展应用,通过掺入纤维可以明显改善其缺陷,提高混凝土的抗弯抗冲击韧性,进而提高超高强混凝土结构的抗动力破坏性能。
3 超高强纤维增强混凝土3.1 钢纤维增强混凝土钢纤维是一种高强高弹模金属纤维,能明显提高混凝土的抗压、抗劈裂、抗折强度、提高混凝土的弯曲韧性和抗冲击性能。
钢纤维混凝土最早出现于20世纪初的俄国,此后美、英、法、德、日本等国开始进行钢纤维混凝土的试验研究。
1963年美国学者Rom ualdi J P和B aston G B提出著名“纤维间距理论”,认为钢纤维混凝土的开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的理论,引起了广泛的重视,从而促进了钢纤维混凝土的发展。
我国对钢纤维基本理论的研究开始于20世纪70年代, 80年代后这一领域的试验研究得到了迅速开展。
大连理工大学赵国藩教授首先从断裂力学理论出发,导出了与复合材料理论相一致的乱向分布钢纤维混凝上抗拉强度公式,并分析了钢纤维混凝土的增强机理和破坏形态。
此后,许多学者从不同角度对钢纤维混凝土进行了研究,包括材料强度、本构关系、单轴受压荷载下应力2应变全过程,钢纤维混凝土的抗冲击、抗磨等性能,抗折强度和抗折弹性模量的研究。
这些研究成果极大地推动了钢纤维混凝土的应用与发展,并且形成了相应的技术规程:《钢纤维混凝上结构设计与施工规程》(CECS38:93)、《钢纤维混凝土试验方法》(CECS13:89)和《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38:2004),对我国钢纤维混凝土材料的应用与研究走向规范化起到了指导性作用。
在普通钢纤维混凝土的基础上,高强和超高强钢纤维混凝土的研究也开展迅速。
例如,湖南大学的黄政宇等通过在普通钢纤维增强混凝土的基础上剔除粗骨料,增加了超细活性粉末材料硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰等,掺加高效减水剂,并通过高压成型及热水养护或高温养护等工艺配制出抗压强度在200M Pa以上钢纤维增强超高强纤维。
解放军理工大学的严少华等对对钢纤维含量为0～6%、抗压强度在65～120M Pa范围的4种钢纤维高强混凝土单轴压缩下应力应变关系作了研究。
已有研究的考核指标包括:抗压、抗拉、抗剪、抗冲击弯曲韧性、断裂韧性、疲劳等力学性能以及单轴受压条件下的应力应变关系和本构模型等,提出了钢纤维高强混凝土的有关特性参数。
研究结果表明,钢纤维高强混凝土的增强增韧机理与普通钢纤维混凝土无明显差异,同一种纤维对中等强度混凝土的增强系数与对高强混凝土的增强系数相近或略有提高。
3.2 聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维是一种强度高、密度小、不吸水、耐酸碱的新型高分子建筑材料。
20世纪60年代中期,国外开始研究用合成纤维作为水泥砂浆增强材料的可能,发现尼龙、聚丙烯与聚乙烯等纤维有助于提高水泥砂浆的抗冲击性能,实验结果表明,若在混凝土中掺加体积率为0.1%～0.3%的聚丙烯纤维时,可使混凝土的塑性收缩减少12%～25%,并建议用聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料。
在我国,普通强度等级的聚丙烯纤维混凝土主要研究成果包括:中国建筑材料科学研究院沈荣熹研究了低掺率合成纤维在混凝土中的作用机制,归纳总结了合成纤维作为混凝土增强材料的特点,明确指出低掺率合成纤维在混凝土中具有阻裂和增韧作用。