综述超高性能混凝土应用

龙源期刊网综述超高性能混凝土应用作者：张政刚来源：《装饰装修天地》2017年第12期摘要：超高性能混凝土作为一种新型水泥基材料，具有强度高，耐久性优异的优点。本文综述了超高性能混凝土在我国应用。使用常规辅助性胶凝材料取代水泥和硅灰，在普通工艺下，也可制备出满足性能要求的超高性能混凝土。硅灰和纳米二氧化硅可加速超高性能混凝土胶凝材料的水化速度，但矿粉延缓了超高性能混凝土胶凝材料的水化速度。超高性能混凝土具有均匀致密的微观结构。超高性能混凝土的抗拉、抗弯、抗剪、粘结强度、峰值应变等均远大于普通混凝土，掺入钢纤维可显著增大超高性能混凝土的韧性。超高性能混凝土的抗冻性和抗锈蚀性能均优于普通混凝土。自从中国2005年第一次将超高性能混凝土应用于工程中，超高性能混凝土已经广泛应用于电缆槽盖板、高速铁路、地铁、桥梁、挂檐板和人行道盖板中。关键词：超高性能混凝土；广泛；应用1前言超高性能混凝土有很多优点：超高性能混凝土的抗压强度高于150MPa，约是传统混凝土的3倍以上。超高性能混凝土具有优异的韧性和断裂能，和高性能混凝土相比，超高性能混凝土的韧性提高了300倍以上，和一些金属相当，使得混凝土结构在超载环境下或地震中具有更优异的结构可靠性。超高性能混凝土具有优异的耐久性能，可大幅度提高混凝土结构的使用寿命，减小混凝土结构的维修费用。超高性能混凝土几乎是不渗透性的，几乎无碳化，氯离子渗透和硫酸盐渗透也几乎为零。超高性能混凝土优异的耐磨性能延长了桥梁的使用寿命，而超高性能混凝土的抗腐蚀性能为混凝土结构在恶劣环境下提供了保护。在开裂情形下，由于超高性能混凝土存在大量未水化水泥颗粒，使得混凝土具有自修复功能。超高性能混凝土结构自重约是传统混凝土结构的1/3或1/2，显著降低了静荷载。自重的减少有利于制造更细长的建筑结构，降低了混凝土结构的厚度，节省了材料和成本，降低工程总造价。超高性能混凝土可减少预应力钢筋，为建筑结构提供了更大的自由。自超高性能混凝土问世以来，关于超高性能混凝土的原材料、生产工艺、养护方式、力学性能、耐久性能、水化微观结构等进行了许多的研究，在实际工程中也得到了应用。本文综述超高性能混凝土应用。在以往的生产工艺中，为了提高辅助性胶凝材料的反应活性，往往采用蒸汽养护或蒸压养护超高性能混凝土，如文献所述。热养护可促进超高性能混凝土辅助性胶凝材料的水化，C-S-H分布更均匀更密实，且C-S-H的Ca/Si比从.41减小到了1.2。热养护降低了超高性能混凝土的孔隙率，孔隙分布也得到了明显的改善。然而，当制备超高性能混凝土采用热养护，虽然可提高混凝土的密实度，增大混凝土的抗压强度，但这种生产工艺只能制作超高性能混凝土的预制构件，限制了超高性能混凝土在实际工程的应用。为了推广超高性能混凝土在实际工程中的龙源期刊网应用，需要对超高性能混凝土的生产工艺进行简化。如文献所述，在标准养护下，采用普通工艺也可以制备出性能满足要求的超高性能混凝土。马洪坤等用抛填骨料工艺制备了超高性能混凝土，当抛填骨料的取代率为20%时，可大幅度提高超高性能混凝土的强度、弹性模量和抗氯离子渗透能力。而且，通过抛填骨料工艺可提高超高性能混凝土的密实度。随着钢纤维掺量的增大，超高性能混凝土和钢筋的极限粘结强度不断增大。当钢纤维掺量从0.5%增大到2.0%时，超高性能混凝土的极限粘结强度增大了42.53%，超高性能混凝土的极限粘结强度和钢纤维掺量呈线性关系。和普通混凝土及环氧砂相比，超高性能混凝土对碳纤维增强复合材料（CFRP）筋的锚固性能最好。对于直径为10mm的表面压纹CFRP筋（抗拉强度保证值为2550MPa），在超高性能混凝土中的锚固长度为25d时，可充分发挥CFRP筋的强度。因此，超高性能混凝土可为CFRP筋提供有效锚固。当不掺钢纤维时，随着超高性能混凝土强度的增大，其拉压比和折压比小于普通混凝土和高强混凝土。受压时，超高性能混凝土的应力应变关系呈直线，到达峰值时突然破坏，说明超高性能混凝土的脆性比普通混凝土和高强混凝土大。掺入钢纤维可提高混凝土的拉压比和折压比。和不掺钢纤维相比，当钢纤维掺量为0.75%时，超高性能混凝土的拉压比提高了38%，折压比提高了43%。掺入钢纤维显著增大了超高性能混凝土的韧性，和不掺钢纤维的超高性能混凝土相比，掺入1.0%的钢纤维显著提高了超高性能混凝土的初始裂缝强度、韧性指数和抗折强度。杨久俊等的研究也表明，和不掺钢纤维的超高性能混凝土相比，掺入钢纤维的韧性增大了1倍，断裂能增大了34倍。纤维形状对超高性能混凝土的韧性也有显著影响。和不掺钢纤维的超高性能混凝土相比，掺入2.0%钢筋端钩纤维的超高性能混凝土梁韧性增大了5.1倍，掺2.0%钢筋哑铃纤维的超高性能混凝土梁韧性增大了3.9倍，而混掺钢筋端钩纤维和钢筋哑铃纤维的超高性能混凝土梁韧性均优于单掺纤维的超高性能混凝土梁。混掺钢纤维和聚烯烃纤维或聚乙烯醇纤维可改善超高性能混凝土的韧性，其荷载-位移曲线有二次硬化特征。和单掺钢纤维相比，混掺1%的钢纤维和9kg/m3聚烯烃纤维的超高性能混凝土韧性增大了70%左右。钢管约束也可显著提高超高性能混凝土的韧性，含钢率越高，对超高性能混凝土韧性的改善越明显。在超高性能混凝土中装入结构钢可显著提高超高性能混凝土的韧性，和预应力超高性能混凝土梁相比，装入结构钢的预应力超高性能混凝土梁具有更高的残余剪切应力、后开裂硬度和剪切韧性。2结论自超高性能混凝土出现后，国内外对超高性能混凝土进行了大量的研究，国内关于超高性能混凝土主要集中在如下：龙源期刊网采用辅助性胶凝材料取代水泥和硅灰，用天然河砂或铁矿石残渣取代石英砂和石英粉，掺入最大粒径为20mm的粗骨料，也可制备出抗压强度大于200MPa的超高性能混凝土。在标准养护下，采用普通工艺也可以制备出性能满足要求的超高性能混凝土。超高性能混凝土具有良好的裂缝控制能力。和普通混凝土梁相比，超高性能混凝土梁的初裂弯曲强度和极限弯曲强度都有大幅度提高。掺入钢骨、增大腹板厚度、减小箍筋间距和增大剪跨比可提高超高性能混凝土梁的剪切延性。随着钢纤维掺量的增大，超高性能混凝土和钢筋的极限粘结强度不断增大。随着超高性能混凝土抗压强度的提高，应力-应变曲线上升段从抛物线转为直线，在峰值后缓慢下降，说表现出较大的韧性。钢纤维的掺入显著增大了超高性能混凝土的韧性，纤维形状对超高性能混凝土的韧性也有显著影响。超高性能混凝土的抗冲击性能随着纤维掺量的增大而增大，也随着应变率的增大而增大。参考文献：[1]刘娟红，宋少民.颗粒分布对活性粉末混凝土性能及微观结构影响[J].武汉理工大学学报，2007（1）：26～29.[2]刘娟红，王栋民，宋少民.大掺量矿粉活性粉末混凝土性能与微结构研究[J].武汉理工大学学报，2008（1）：54～58.[3]龙广成，谢友均，蒋正武.集料对活性粉末混凝土力学性能的影响[J].建筑材料学报，2004（3）：269～273.[4]钟世云，王亚妹，高汉青.纤维对自密实活性粉末混凝土强度的影响[J].建筑材料学报，2008（5）：522～527.