超高性能混凝土(UHPC)研究综述ppt课件

钢纤维
抗剪强度超过采用钢纤 维的UHPC 梁，且施 工方便，成本大大降低。
低模量的聚丙烯纤 维、中模量的耐碱定程度的改善而 提高。
超高性能混凝土 UHPC
２.１ 材料组分与配合比
２ 制备技术
2.1.2 寻找水泥的替代品：
1）用粉煤灰取代60％的水泥； 2）RPC中采用粉煤灰和矿渣替代水泥和硅灰；
对抗压强度要求最低为100ＭＰａ，比法国 和日本的抗压强度150ＭＰａ要低。
超高性能混凝土 UHPC
２.１ 材料组分与配合比
２ 制备技术
目的：降低成本、提高性能。
突破点：材料组分和配合比 2.1.1 寻找钢纤维的替代品：
部分碳纤 维和全部 碳纤维 最终破坏形态表现 出很大的脆性破坏。
采用80 级焊接钢 筋网
Ｃ 实际工程应用也极少，以桥梁为例，仅在铁路上有１座梁桥的应用，目前
１ 座公路梁桥正在建设之中。
UHPC运用不理想的原因
一方面，有关ＵＨＰＣ 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ＵＨＰＣ 价格 较高，影响了其在工程中的应用。
1）同普通混凝土一样， UHPC的抗拉强度从高到 低依次为轴拉强度、劈拉强度以及弯拉强度，但是 对于各种 测试结果之间的比值量化关系，目前为 止还没有公认的定论； 2）随砂胶比的增大，RPC的抗折强度、抗压强度 均减小；随水胶比的增大，RPC的抗折强度增大， 但是抗压强度在水胶比为0.18时达到最大值；随钢 纤维掺量的增大，ＲＰＣ的轴拉强度、劈拉强度和 抗折强度均增大， 但是抗压强度在钢纤维掺量２ ％时达到最大值。
缺点
自重大、脆性大和 强度（尤其是抗拉强度） 低，使用范围狭窄；对于 低强度的混凝土，在满足 相同功能时用量较大，不 符合国家节约、降耗要求。
超高性能混凝土 UHPC 1）20年代、50年 代和70年代,混凝 土的平均抗压强度 可分别20、30、 40Mpa。
高强混凝土的发展
０引言
5）Brumaue报道
1 RPC制备基本原理与技术指标
RPC 获取超高性能的主要途径
（１）剔除粗骨料，限制细骨料的最大粒径不大于300um， 提高了骨料的均匀性。 （２）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。 （３）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 小孔径，优化了内部孔结构。 （４）在硬化过程中，通过加压和热养护，减少化学收缩， 并将C-S-H转化成托贝莫来石，继而成为硬硅钙石，改善材 料的微观结构。 （５）通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。
超高性能混凝土 UHPC
０引言
高性能混凝土运用情况
UHPC运用情况
尽管ＵＨＰＣ 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1997
年第一座UHPC桥加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC桥建成以来，十几年 间全世界也仅建成３０余座，且以中小跨径与人行桥为主。在中国，ＵＨＰ
超高性能混凝土 UHPC
４.２ 体积稳定性、 收 缩、徐变等性能
４ 材料性能研究
体积稳定性 收缩、徐变等体积稳定性是UHPC长期性 能研究的主要内容。 研究结果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽养护的RPC 收缩和徐变均减小，收缩速度较普通混凝土快，在24ｈ内 可完成总收缩量的1／2，有利于预应力RPC构件工厂化生 产时生 产效率的提高；随着水灰比和高效减水剂掺量的增 加，RPC收缩增大。对于温度20℃、相对湿度50％下养护
超高性能混凝土 UHPC
０引言
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。 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。
10) 以ＲＰＣ 制备原 理为基础的ＵＨＰＣ 材料的研究与应用， 是当今水泥基材料发 展的主要方向之一。
超高性能混凝土 UHPC
０引言
高强混凝土各国研究进展
1、美国国家科学基金会于１９８９年投资建立了一个“高 级水泥基材料科技中心”，美国联邦公路局以ＲＰＣ 为 研究对象，对ＵＨＰＣ 开展了系统的研究，进行了1000 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。 2、法国土木工程学会在大量研究的基础上，于2002 年制订了超高性能纤维混凝土的指南（初稿）。
5）养护时的压力对 ＵＨＰＣ的性能也有影响。
超高性能混凝土 UHPC
３.１ 微观结构
３ 超高性能机理
1） 从测量的纳米尺度力学性能出发， 采用四层次多尺度微 观结构模型，精确计算的刚度，且证实了纤维~基体界面无 缺陷。 2）RPC 的密 实 度 与 强 度 之 间 存 在 着 高 度 的 相 关性， 但是最大密实度并不代表最高强度，强度取决UHPC于其微 观结构和水化阶段的性能。 3） 高温可促进水泥、硅灰和石英粉的化学反应，当 温度达 到250℃时，RPC中出现硬硅钙石。随着养护温度的增加， Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶平均链长增加，碱激发水泥RPC（碱矿渣水泥 基活性粉末混凝土ARPC）在抗压强度相同情况下，具有更 高的抗弯性能、断裂能以及与钢筋的粘结性能；由于 ARPC 的CaO／SiO2较低，其纳米的孔结构有利于水分的逸出， 内部孔压力较低，因此具有更好的抗火性能。
了 抗压强度达到 240MPa的低孔隙率 的水泥基材料。
3）纤维增强混凝 土（FRC）：加入 钢纤维（常用）
2）20世纪70年代 末，由于减水剂和 高活性掺合料的开 发和应用，强度超 过60 Mpa。
4)对混凝土的耐腐蚀
6）Bachel采用细料致密
法，发挥硅灰和高效减水 性、耐久性和抵抗各 剂的作用，达到减小孔隙 种恶劣环境的能力提 率，制备的150~200Mpa 混凝土得到运用。 出高性能混凝土(HPC）
超高性能混凝土 UHPC
超高性能混凝土 (UHPC)研究综 述
超高性能混凝土 UHPC
课程性质和地位
性质：超高性能混凝土（Uitra high Perforance Conc rte）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
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：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。
超高性能混凝土 UHPC
1 UHPC制备基本原理与技术指 标
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。
减小 孔隙率
UHPC制备的 基本原理和 主要方法
优化孔结构
提高密实度
掺入纤维
超高性能混凝土 UHPC
3、日本土木工程协会也于2004 年制订了相应的设计 施工指南（初稿），并于2006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
4、韩国提出了一个超级桥梁的计划，希望通过 应用UPHC建造桥梁，减少20%的工程造价，在 10年内节省20亿美元的投资，减少44%二氧化碳 的排放量和减少20%的养护费用。 5、我国从20世纪90年代开始了UHPC的研究，取得了 系列研究成果，国家标准《活性粉末混凝土》已于 2015年2月出版。
超高性能混凝土 UHPC
课程学习目的
1 2
了解国家高性能混凝土材料研究前沿，顺应 指导学生本科阶段研究学习，培养学生对科
时代新能源新材料的需求。 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。
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
0 超高性能混凝土的提
2 制备技术
出和世界各国的研究
动态 1 UPHC的基本配合比 与技术指标
3 超高性能机理
4 材料性能研究 5 工程应用研究 6 未来研究方向
超高性能混凝土 UHPC
混凝土介绍
０引言
混凝土： 由胶凝材料（水泥、细 骨料（砂）、粗骨料（石 子）、溶剂（水）以及必要 时掺入的化学外加剂组成， 经过胶凝材料凝结硬化后， 形成具有一定强度和耐久性 的人造石材。 优点： 相对于其他材料，混凝土 生产能耗低、原料来源广、工 艺简便、成本低廉且具有耐久、 防火、适应性强、应用方便等 特点。
在不影响 钢纤维分布均匀性的前提下，一般可以提高3.5
％～4％，与钢纤维掺量成正比。 4)对抗压强度，钢纤维也有一定的增强作用，但是 一般认为存在一个界限掺量2%，当超过这个掺量时， 抗压强度不升反降。
超高性能混凝土 UHPC
４.１ 拉、压强度等基本力学性能
４ 材料性能研究
在强度等力学性能等方面主要研究抗压度、抗拉强度、韧性、弹性模量和应 力~应变曲线、 极限应变、泊松比、平均断裂能、延性、热膨胀系数等，其 中抗压强度、抗拉强度是UHPC最基本的力学性能。
超高性能混凝土 UHPC
０引言
高性能混凝土运用情况
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 技术、混凝土材料与工程结构走 在世界前列做出积极的贡献。
超高性能混凝土 UHPC
课程学习要求
1 实践为主，积极参与研究生的ＲＰＣ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。 ２ 对UHPC的（ＲＰＣ）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。
３ 通过学习和参与试验，完成一篇3000字的试验
超高性能混凝土 UHPC
高性能混凝土的发展
０引言
7)Birchal等开发
出无宏观缺陷
(MDF)水泥基材 料,抗压强度达到
9）1994年Larrard 等首次提出超高性能
混凝土（UHPC）的
概念。
200Mpa。
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。
超高性能混凝土 UHPC
3.2 纤维增强增韧机理
３ 超高性能机理
2）ＲＰＣ的伪应变强
1)未掺入钢纤维，UHP
C表现更大脆性。UH
PC 一般掺有纤维，故 它也可视为基体与纤维
化效 应与钢纤维的分
布特征有较大的关系， 但是纤维分布方向对抗
的复合材料。
压强度的影响较小。
3）钢纤维对UHPC的抗拉强度和韧性有明显提高作用，
超高性能混凝土 UHPC
1 RPC制备基本原理与技术指标
[RPC定义]: 以水泥、矿物 掺合料、
细骨料、高强度微细钢纤维或有机
合成纤维 等原料生产的超高性能纤
维增强细骨料混凝土
超高性能混凝土 UHPC
1 RPC制备基本原理与技术指标
我国国家标准《活性粉末混凝土》对RPC 按力学性能的等级划分见表1。
3）棕榈油灰取代50％的胶凝材料；
4）用稻壳灰取代硅灰； 5）选择多种减水剂进行耦合。
超高性能混凝土 UHPC
２.２ 拌制与养护技术
２ 制备技术
拌制注意事项：
1）与普通混凝土不同，RPC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 RPC成型的均质性和材料性质。 2）采用的搅拌设备、混合料的拌制时间与顺序等也要考虑。 3）注意RPC浇注时钢纤维方向分布对RPC的拉抗强度等性 能的影响。 4）高温、加压养护是UHPC获得高性能的重要手段，温度 越高、时间越长，参加反应的硅灰越多，内部结构也就越密实。
的 RPC，标准试件早期收缩占总收缩的77％。
对于徐变，虽然徐变系数较小，但是由于材料的强度提 高，早龄期加载产生的徐变变形还是相当可观的，因此，