超高性能混凝土的应用

哆啦瞄瞄 2021-09-19 09:47 476 次浏览 赞 129

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  • 2007sunart

    超高性能混凝土(以下简称UHPC)是近三十年内发展起来的一种新型水泥基复合材料,具有超高的力学性能和耐久性,并兼具良好的韧性、黏结性能和抗冲击、抗疲劳性能。近年来,随着UHPC技术的不断成熟,其性能的优越性逐步被大众认知,UHPC成为混凝土领域的研究热点,广泛用于结构、装饰、加固、快修、铺装、接缝填注等。但由于其成本较高,现阶段国内外UHPC的应用技术研究与试点工程主要停留在桥梁工程、建筑外墙装饰工程以及少量既有混凝土建筑的维修加固工程。许多学者积极探索UHPC在建筑结构工程中应用的可行性,其中,装配式建筑领域的应用备受关注。

    从UHPC的分类出发,分析UHPC在装配式建筑领域的应用前景,在此基础上提出装配式建筑用UHPC的质量控制指标体系,以期推动UHPC在装配式建筑领域的应用。

    1.UHPC分类

    根据对UHPC应用现状的调研,UHPC的主要应用工程类别及部位如下:

    (1)桥梁工程,包括现浇桥面铺装、桥梁湿接缝、预制桥面板、桥面铺装、预制箱梁;(2)建筑工程,包括建筑外墙装饰板、小型预制构件(楼梯、阳台)、装配式预制构件节点连接;(3)市政工程,包括预制盖板、预制综合管廊、基础设施结构加固等。

    综合UHPC用途与原材料组成体系的不同,将UHPC分为结构类UHPC和装饰类UHPC,见表1。

    2.UHPC在装配式建筑中的应用

    2.1 建筑外墙装饰

    UHPC用于建筑外墙装饰是UHPC最重要也是最为广泛的应用领域之一,包括镂空幕墙、遮阳板、三明治保温墙板、干挂或湿贴装饰面板等。UHPC以其超高强度、超高韧性和超高耐久性,使其能够在满足结构承载力的要求下,减少结构横截面的尺寸,做到轻质薄壁,让建筑设计师可以突破材料的,设计出轻盈优美的结构外形。以法国马塞Marseille圣让港的欧洲和地中海文化博物馆(以下简称MuCEM)为例,其镂空围护幕墙由UHPC建造而成,精美。精致华丽的花纹体现了地中海文化和手工艺的悠久传统,同时也突出展现了超高性能材料在建筑装饰领域优越的综合性能和巨大的应用潜力。

    浏览 429赞 99时间 2024-03-17
  • yissluckyg

    伴随着建筑施工技术的发展,我国乃至世界各地具有地标性质的超高层建筑如雨后春笋般涌现,其施工更要求高效率、高性能、低能耗。随着建筑技术的发展,高层、超高层建筑中大量使用到高强、超高强混凝土,混凝土的配置及其超高泵送技术是其中的重要一环。

      超高性能混凝土具有强度高、负荷能力大、和能源消耗少、耐久性好等优点,能满足土木与建筑工程轻量化、高层化、大跨化、重载化以及耐久化等诸多方面的要求,是混凝土科学与技术发展的主要方向。我国的科研人员对超高性能混凝土进行了持续的、卓有成效的研究,在技术与配比参数、微观结构与宏观结构、强度性能与变形性能、收缩湿胀与耐久性能方面进行了研究,并用于实践。

      上海环球金融中心高性能混凝土浇筑技术

      上海环球金融中心是高性能混凝土应用的一个很好的范例。据上海建工集团副总工程师龚剑介绍,超高层建筑对混凝土的强度及性能要求很高。以往,高性能混凝土作为特种混凝土在工程中应用较少,技术尚不成熟。上海建工在该项目的施工过程中,创新出了采用特殊外加剂的高性能混凝土浇筑技术。运用这一创新的大体积混凝土施工的综合技术,直径达100 米、厚4.5米、总方量达2.89万立方米的主楼底板混凝土在42个小时内一次连续浇捣完成,创造了超高层建筑工程中大体积混凝土一次浇捣的当时世界新纪录。在竖向结构中,应用免振浇捣的自密实混凝土技术,解决了关键性施工难题,使混凝土施工技术上了一个新台阶。广州西塔高性能混凝土技术新突破

      在广州西塔的建设过程中,建设者们攻克了诸多世界级施工难题,实现了高性能混凝土技术新突破。建筑总高度达437.5米的广州西塔是中国第三高楼,由中国建筑工程总公司和广州市建筑集团有限公司联合体承建。整个建筑设计为筒中筒结构体系,钢管混凝土巨型斜交网格柱外筒,钢筋混凝土剪力墙内筒,钢筋混凝土组合楼盖连接内外筒。且结构在平面和竖向不断变化,尤其是69层以上酒店层的变化幅度最为突出。这种独特创新的筒中筒结构体系决定西塔的建设尤为复杂和施工难度极高。建设者积极组织开展各种试验和科技攻关,将C100高性能混凝土一次成功泵送到333米高度。

    浏览 192赞 123时间 2023-11-09
  • 相信自己我能

    超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料,自1993年研发成功后,便引起了桥梁界的极大兴趣和高度重视。在桥梁工程中,UHPC已被应用于主梁结构、拱桥主拱、华夫板桥面结构、桥梁接缝及旧桥加固等多方面。据不完全统计,到2016年底为止,世界各国已有超过400座桥梁采用UHPC作为主要或部分建筑材料,超过150座桥梁采用UHPC作为主体结构材料。

    一、UHPC材料在全球桥梁工程中的应用

    图1给出了世界各国采用UHPC作为主要或部分建筑材料的桥梁分布图(不完全统计),从图1可以看出,目前将UHPC材料作为主要或部分建筑材料的桥梁主要分布在亚洲(东亚、东南亚)、欧洲、北美洲和大洋洲,主要包括马来西亚、中国、、、越南、缅甸、法国、德国、瑞士、荷兰、奥地利、捷克共和国、意大利、斯洛文尼亚、西班牙、加拿大、美国、澳大利亚、新西兰等。其中马来西亚、美国、加拿大、中国、等应用UHPC材料的桥梁均在20座以上。

    图1 UHPC在国内外桥梁应用情况不完全统计图
    在UHPC桥梁结构的应用和推广方面,马来西亚目前已经处于世界领先水平,仅马来西亚一国就已经建成93座(2016年底)UHPC桥梁,均为主梁结构采用UHPC材料。北美洲(加拿大和美国)主要将UHPC材料应用于桥梁接缝,约有188座采用UHPC材料的桥梁,其中约有10座为主体结构(主梁)采用UHPC材料,其余178座主要将UHPC应用于桥面板接缝等局部构造。而中国目前约有32座桥梁采用了UHPC材料,其中约有5座桥梁主体结构(主梁、拱圈)采用UHPC材料,其余27座主要用于钢-UHPC轻型组合桥面结构、现浇接缝、维修加固等方面。

    二、各国代表性UHPC桥梁

    下表列出了部分具有代表性的UHPC桥梁。下面就世界各国具有代表性的UHPC桥梁做简要介绍。

    1、加拿大

    1997年在加拿大魁北克省舍布鲁克市建成了世界上第一座UHPC人行桥Sherbrooke人行桥,该桥为预应力UHPC空间桁架结构,跨径60m,采用了法国的UHPC材料,如图2所示。桥面板采用3cm厚UHPC板,桁架腹杆采用直径15cm的钢管UHPC,下弦采用10m预制UHPC梁节段,节段内未配置普通钢筋,仅采用后张预应力拼装而成。由于UHPC的使用结构自重大大减轻,并有效抵抗了当地严冬零下30℃条件反复冻融侵蚀,该桥在1999年获得Nova奖提名。

    图2 加拿大Sherbrooke人行桥
    2、法国

    法国是第一个将UHPC成功商业化的,并于 2001 年建成了世界上最早的UHPC 公路桥–Bourg-lès-Valence OA4和OA6 跨线桥。OA4 桥主梁为跨径22.5m的π形UHPC梁,高0.9m,宽2.4m,UHPC桥面板厚仅11cm,梁重37吨。2005 年,法国建造了跨径为47.4m的UHPC 箱形梁公路桥–PS34 跨线桥,UHPC箱形主梁顶板宽4.4m,高度1.63m。UHPC桥面板上不铺设防水层和沥青混凝土铺装层,厚度14cm的箱梁顶板既是桥面板也是行车道路面板。

    3、

    2002年,第一座UHPC人行桥Sakata-Mirai 桥建造完成,如图3所示,该桥主跨跨径49.2m,主梁截面形式为箱梁,采用预制拼装法施工,预制梁段间采用预应力张拉拼接完成。此后,相继建造了多座UHPC人行桥,如Yamagata桥和Tahara桥等均采用了箱梁截面作为主梁的截面形式。第一座公路UHPC桥梁为修建于2005年的Horikoshi Highway C-ramp Fukuoka 桥,跨径为16m。非常有意思的是,2006年将UHPC材料应用于顶推导梁的下弦杆,完成了一座全长554m长,11m宽的预应力混凝土波形钢腹板箱梁桥(Torisalogawa 桥)的顶推施工,如图4所示。

    浏览 212赞 125时间 2023-03-06
  • 慵懒安静的阳光

    超高性能混凝土( UHPC) 由Rhodia、Lafarge 和Bouygues、VSL 专利公司开发,并被注册专利为Ductal,与传统混凝土相比,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150 MPa,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,离子渗透和硫盐渗透也几乎为零。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,显着降低了静荷载。自重的减少有利于更细长的建筑结构,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,为建筑结构了更大的自由。

    尽管超高性能混凝土拥有很多显着的优点,但也存在一些缺陷,比如: 超高性能混凝土的水泥用量高达800 ~ 1000 kg /m3,增大了水化热,产生收缩。超高性能混凝土的原材料通常为水泥、硅灰、石英砂、石英粉、钢纤维和超塑化剂等,生产成本是普通混凝土的数倍。为了提高超高性能混凝土中辅助性胶凝材料的活性,生产超高性能混凝土时往往采用蒸汽或蒸压养护,复杂的生产工艺了超高性能混凝土在实际工程中的应用。由于比很低、超细颗粒用量高、超塑化剂掺量大,超高性能混凝土表现出粘性大和坍落度损失大的缺点,不利于超高性能混凝土的浇筑。由于超高性能混凝土中含有大量未水化的水泥颗粒,这些未水化的水泥颗粒在混凝土结构使用过程中可能会继续水化,可能会影响混凝土结构的尺寸稳定性。在大多数工程中,传统混凝土可满足性能要求,而超高性能混凝土价格昂贵,难以取代传统混凝土。

    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。

    浏览 159赞 91时间 2022-02-01

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