超高性能混凝土(UHPC)研究综述课件

超高性能混凝土,UHPC,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,超高性能混凝土（,UHPC）,-,研究综述,主讲人：,金凌志,2016.4,超高性能混凝土（UHPC）主讲人：金凌志,课程性质和地位,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：,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。,课程性质和地位性质：超高性能混凝土（Uitra high P,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，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,。,课程学习目的1 了解国家高性能混凝土材料研究前沿，顺应时代,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。,课程学习要求1 实践为主，积极参与研究生的梁抗剪结构,课程主要内容,0 超高性能混凝土的提出和世界各国的研究,动态,1 UPHC的,基本配合比,与技术指标,2 制备技术,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,课程主要内容2 制备技术,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。,混凝土介绍,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。,引言,混凝土：混凝土介绍缺点引言,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,。,3,3,）纤维增强混凝土（,FRC,）：加入钢纤维（常用）,4,4),对,混凝,土的耐腐蚀性、耐久性和抵抗各种恶劣环境的能力提出,高性能混凝土,(HPC,）,6,）,Bachel,采用细料致密法，发挥硅灰和高效减水剂的作用，达到减小孔隙率，制备的,150200Mpa,混凝土得到运用。,6,5,5,）,Brumaue,报道了,抗压强度达到,240MPa,的低孔隙率的水泥基材料。,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,。,1,2,引言,高强混凝土的发展,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,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,）,1994,年,Larrard,等首次提出超高性能混凝土（,UHPC,）的概念。,10,10),以 制备原理为基础的 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。,7)Birchal,等开发出无宏观缺陷,(MDF),水泥基材料,抗压强度达到,200Mpa,。,7,8,高性能混凝土的发展,引言,8）20世纪90年，法国Bouygues在DSP、MDF及钢,1,、美国国家科学基金会于年投资建立了一个“高,级水泥基材料科技中心”，,美国联邦公路局以 为,研究对象，对 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）。,高强混凝土各国研究进展,引言,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。,1、美国国家科学基金会于年投资建立了一个“高2、法国,高强混凝土各国研究进展,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。,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。,高强混凝土各,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。,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。,高性能混凝土会议 1、2004年9月在德国的卡塞尔,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,尽管 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余座，且以中小跨径与人行桥为主。在中国，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 座公路梁桥正在建设之中。,一方面，有关 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 价格较高，影响了其在工程中的应用。,高性能混凝土运用情况UHPC运用情况UHPC运用不理想的原因,高性能混凝土运用情况,引言,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。,高性能混凝土运用情况引言我国研究高性能混凝土的意义：,1 UHPC,制备基本原理与技术指标,减小,孔,隙率,优化孔结构,提高密实度,掺入纤维,UHPC,制备的基本原理和主要方法,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 UHPC制备基本原理与技术指标减小优化孔结构提高密实度掺,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,（）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。,（）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。,（）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。,（）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。,（）通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。,1 RPC制备基本原理与技术指标RPC 获取超高性能的主要途,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,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,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,。,对抗压强度要求最低为,100,，比法国和日本的抗压强度,150,要低。,1 R,PC,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,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,.,材料组分与配合比,部分碳纤维和全部碳纤维,钢纤维,采用,80,级焊接钢筋网,低模量的聚丙烯纤维、中模量的耐碱玻璃纤维和高模量的钢纤维混杂,2.1.1,寻找钢纤维的替代品：,最终破坏形态表现出很大的脆性破坏。,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,。,一些力学性能得到一定程度的改善而 提高。,制备技术目的：降低成本、提高性能。.材料组分与配合,.,材料组分与配合比,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；,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。,.材料组分与配合比 制备技术2.1.2 寻找水泥的替,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。,5）养护时的压力对 的性能也有影响。,制备技术,.,拌制与养护技术,拌制注意事项：制备技术.拌制与养护技术,超高性能机理,.,微观结构,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，,-,-,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,SiO,2,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。,超高性能机理.微观结构 1）从测量的纳米尺度力学,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的复合材料。,2,）的伪应变强化效 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，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。,3.2,纤维增强增韧机理,超高性能机理,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。,1)未掺入钢纤维，UHP2）的伪应变强化效 应与钢纤维,材料性能研究,.,拉、压强度等基本力学性能,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