超高性能混凝土(UHPC)研究综述.ppt
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1、超高性能混凝土(UHPC)-研究综述 主讲人:金凌志 2016.4课程性质和地位课程性质和地位性质:性质:超高性能混凝土(Uitra high Perforance Concrte)结构研究与应用是一门研究型选修课。地位: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前学习机会的课程。前期基础课程:前期基础课程: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、结构力学等。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,
2、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。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。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
3、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
4、低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、艺简便、成本低廉且具有耐久、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2 2)2020世纪世纪7070年代末,年代末,由于减水剂和高活由于减水剂和高活性掺合料的开发和性掺合料的开发和应用,强度超过应用,强度超过60 60 MpaMpa。3
5、 3)纤维增强混凝)纤维增强混凝土(土(FRCFRC):加入):加入钢纤维(常用)钢纤维(常用)4)4)对对混凝混凝土的耐腐蚀土的耐腐蚀性、耐久性和抵抗各性、耐久性和抵抗各种恶劣环境的能力提种恶劣环境的能力提出出高性能混凝土高性能混凝土(HPC(HPC)6 6)BachelBachel采用细料致密采用细料致密法,发挥硅灰和高效减水法,发挥硅灰和高效减水剂的作用,达到减小孔隙剂的作用,达到减小孔隙率,制备的率,制备的150200Mpa150200Mpa混凝土得到运用。混凝土得到运用。5 5)BrumaueBrumaue报道了抗压强度达到240MPa的低孔隙率的水泥基材料。1 1)2020年代、年
6、代、5050年年代和代和7070年代年代,混凝混凝土的平均抗压强度土的平均抗压强度可分别可分别2020、3030、40Mpa40Mpa。引言引言高强混凝土的发展高强混凝土的发展8)20世纪90年,法国Bouygues在DSP、MDF及钢纤维混凝土研究基础上,研发出RPC。9 9)19941994年年LarrardLarrard等等首次提出超高性能混首次提出超高性能混凝土(凝土(UHPCUHPC)的概念。)的概念。10)10)以以 制备原制备原理为基础的理为基础的 材料的研究与应用,材料的研究与应用,是当今水泥基材料发是当今水泥基材料发展的主要方向之一。展的主要方向之一。7)Birchal7)B
7、irchal等开发等开发出无宏观缺陷出无宏观缺陷(MDF)(MDF)水泥基材料水泥基材料,抗压强度达到抗压强度达到200Mpa200Mpa。高性能混凝土的发展高性能混凝土的发展引言引言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级水泥基材料科技中心”,美国联邦公路局以美国联邦公路局以 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
8、工程学会在大量研究的基础上,于、法国土木工程学会在大量研究的基础上,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、日本土木工程协会也于、日本土木工程协会也于20042004 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。高强混凝土各国研究进展高强混凝土各国研究进展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,国家标准活
9、性粉末混凝土已于系列研究成果,国家标准活性粉末混凝土已于20152015年年2 2月出版。月出版。4 4、韩国提出了一个超级桥梁的计划,希望通过、韩国提出了一个超级桥梁的计划,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。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
10、料,是新一代水泥基建筑材料。引言引言 2、2009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发展。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、海自出现以来,不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海洋等工程之中,然而应用发展远低于预期。以应用最多的桥梁为例,自洋等工程之中,然而应用发展远低于预期。以应用最多的桥梁为例,自19971997 年第一座年第一座UHPCUHPC桥加拿大魁北克省桥加拿大魁北克
11、省SherbrookeSherbrooke的的RPCRPC桥建成以来,十几年间全世桥建成以来,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,界也仅建成余座,且以中小跨径与人行桥为主。在中国,实际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 座公座公路梁桥正在建设之中。路梁桥正在建设之中。一方面,有关一方面,有关 的研究主要集中在发达国家,的研究主要集中在发达国家,而这些国家已完成大规模的基础设施建设,推动其研究与而这些国家已完成大规模的基础设施建设,推动其研究与应用的市场动力不足;另一方面,发展中国家虽
12、然有较大应用的市场动力不足;另一方面,发展中国家虽然有较大的基础设施建设的需求,但是基础研究不足和的基础设施建设的需求,但是基础研究不足和 价价格较高,影响了其在工程中的应用。格较高,影响了其在工程中的应用。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)在今后相当长一段时间内,中国仍处于大建设时期,随着对节能减排、可持续发展要求的不断提高,对混凝土性能的要求也将越来越高。2)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,延长建筑物寿命,提升防灾减灾能力,有利于推动水泥工业结构调整。3)为中国UHPC 技
13、术、混凝土材料与工程结构走在世界前列做出积极的贡献。1 UHPC1 UHPC制备基本原理与技术指标制备基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UHPCUHPC制备的制备的基本原理和基本原理和主要方法主要方法 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。1 RPC1 RPC制备基本原理与技术指标制备基本原理与技术指标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
14、大于300um300um,提高了骨料的均匀性。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,并通过化学反应降低孔隙率,减有很好的微粉填充效应,并通过化学反应降低孔隙率,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
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