1、,超高性能混凝土制備、性能及應(yīng)用,概述,配制技術(shù),耐久性能,力學(xué)性能,目 錄,微觀結(jié)構(gòu),工程應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì),1、定義,一、概述,超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡(jiǎn)稱UHPC），一般需摻入鋼纖維或聚合物纖維，也被稱為超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（UHPFRC）。UHPC以超高的強(qiáng)度、韌性和耐久性為特征，成為實(shí)現(xiàn)水泥基材料性能大跨越的新體系。 UHPC不同于傳統(tǒng)的高強(qiáng)混凝土（HSC）和鋼纖維混凝土（SFRC）,也不是傳統(tǒng)意義的高性能混凝土（HPC）的高強(qiáng)化改性，而是性能指標(biāo)明確、具有新本構(gòu)關(guān)系和結(jié)構(gòu)壽命的水泥基結(jié)構(gòu)工程材料。 “超高性能”表征的是同時(shí)具有超

2、高強(qiáng)度、高韌性、低滲透性和高體積穩(wěn)定性等優(yōu)異性能。較具有代表性的定義和需要具備的特征如下：,1、定義,一、概述,是一種組成材料顆粒的級(jí)配達(dá)到最佳的水泥基復(fù)合材料； 水膠比0.25，含有較高比例的微細(xì)短鋼纖維增強(qiáng)材料； 抗壓強(qiáng)度150MPa，具有受拉狀態(tài)的韌性，開裂后仍保持抗拉強(qiáng)度不低于5MPa（法國(guó)規(guī)定7MPa）； 內(nèi)部具有不連通孔結(jié)構(gòu)，有很高抵抗氣、液體侵入的能力，與傳統(tǒng)混凝土和高性能混凝土相比，耐久性可大幅度提高。 “活性粉末混凝土”（RPC，Reactive Powder Concrete）， 是法國(guó)Bouygues建筑公司的一項(xiàng)專利產(chǎn)品，因廣泛傳播引起關(guān)注，RPC一度成為超高性能混凝土

3、的代名詞。而“UHPC”名稱能更好地表達(dá)這種水泥基材料或混凝土在全面性能上的跨越式進(jìn)步，逐步被廣泛接受和采用。 商品化的UHPC產(chǎn)品均為專利配方產(chǎn)品，有獨(dú)立的名稱或商標(biāo)，如：丹麥的Densit ，法國(guó)的RPC 、Ductal、BSI 、CEMTEC 、BCV 等等。,2、發(fā)展歷程,一、概述,20世紀(jì)70年代高效減水劑的開發(fā)和90年代優(yōu)質(zhì)活性礦物細(xì)粉、超細(xì)粉（硅灰、沸石粉等）的應(yīng)用，使水膠比降低，混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)，強(qiáng)度大大提高。 水泥材料高強(qiáng)化發(fā)展的兩個(gè)模型： 宏觀無(wú)缺陷水泥基材料（MDF），1979年英國(guó)化學(xué)公司和牛津大學(xué)研制成功MDF，抗壓強(qiáng)度高達(dá)300MPa，抗彎強(qiáng)度150MPa，彈模50G

4、Pa，配比及工藝如下： 90%99%硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥；4%7%聚合物樹脂；水膠比0.2；攪拌時(shí)強(qiáng)力拌和；成型時(shí)采用熱蒸壓工藝，使基體內(nèi)無(wú)大孔隙。 缺點(diǎn)：需要輥壓或擠壓成型；材料對(duì)水敏感，水分侵入后，體積膨脹，強(qiáng)度下降。,2、發(fā)展歷程,一、概述,高致密水泥基材料（DSP），采用高效減水劑和硅灰，摻加超硬度骨料，用充分分散的超細(xì)顆粒硅灰（0.5nm0.5m）填充在水泥顆粒堆積體系（ 0.5100m）的空隙中，實(shí)現(xiàn)顆粒堆積致密化，同時(shí)采用壓制密實(shí)成型工藝（強(qiáng)制式拌合，高頻振搗和振動(dòng)加壓成型），可通過(guò)添加纖維增加韌性。 缺點(diǎn)：工作性差、易開裂、造價(jià)高、內(nèi)部干燥產(chǎn)生的自收縮很大，以至于凈漿漿體會(huì)自

5、行開裂。,一、概述,DSP理論奠定了UHPC的理論基礎(chǔ),第一個(gè)DSP體系UHPC的組成和強(qiáng)度發(fā)展,水泥凈漿、超塑化水泥凈漿和DSP體系的密實(shí)度圖解,2、發(fā)展歷程,超細(xì)顆粒硅灰填充在水泥顆粒之間的空隙中，提高了固體顆粒堆積密實(shí)度，并在高效減水劑的作用下，使DSP漿體的水膠比降低到0.150.19水平。,2、發(fā)展歷程,一、概述,活性粉末混凝土（RPC） 1993年，法國(guó)皮埃爾理查德研究小組通過(guò)模仿“DSP材料”，按照最緊密堆積理論，剔除粗集料，使用最大粒徑約為0.6mm的石英砂作為集料，摻入適量鋼短纖維和活性摻合料，配以成型施壓、熱處理養(yǎng)護(hù)等制備方法，成功地研制出了高韌性、高強(qiáng)度、耐久性優(yōu)良和體積

6、穩(wěn)定性好的活性粉末混凝土RPC。 典型的鋼纖維長(zhǎng)13mm，直徑0.15mm，最大摻量2.5%。 3d強(qiáng)度： 90 熱水養(yǎng)護(hù)200MPa；400 養(yǎng)護(hù)800MPa。,2、發(fā)展歷程,一、概述,密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料（CRC） 丹麥研究人員Bache在DSP材料的基礎(chǔ)上，采用長(zhǎng)6mm，直徑0.15mm，摻量5-10%的鋼纖維，同時(shí)配以鋼筋制備而成。 缺點(diǎn)：鋼纖維摻量高，成本大大增加，適用于有特殊要求的結(jié)構(gòu)，如：抗沖擊性能或很高的力學(xué)性能等。 灌漿纖維混凝土（SIFCON） 在模板內(nèi)先放置鋼纖維，然后在纖維空隙灌注水泥砂漿，纖維摻量達(dá)到12-13%，幾乎10倍于普通鋼纖維混凝土?？箟簭?qiáng)度、抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1

7、20MPa和40MPa，可用于道路面板及其維修。 優(yōu)點(diǎn)：破壞時(shí)具有很高的應(yīng)變； 缺點(diǎn)：纖維分布不均勻，難以使鋼纖維形成三維堆積。,一、概述,1999年清華大學(xué)覃維祖教授最早將RPC引入中國(guó)。 近年來(lái)，北京交通大學(xué)、湖南大學(xué)、東南大學(xué)等高等院校相繼開展研究，取得了系列成果。 經(jīng)過(guò)35年發(fā)展，UHPC到了一個(gè)可以實(shí)際應(yīng)用的水平，其抗壓強(qiáng)度150200MPa，幾乎等同于鋼材，抗拉強(qiáng)度可超過(guò)15MPa，彎曲抗拉強(qiáng)度達(dá)到50MPa，并且在普通養(yǎng)護(hù)條件也可制備出滿足性能要求的UHPC，并在高鐵電纜槽蓋板、橋梁、高層建筑、海洋工程等結(jié)構(gòu)中開始得到應(yīng)用。,2、發(fā)展歷程,一、概述,3、配制與性能,RPC典型組成

8、、配合比和性能,一、概述,傳統(tǒng)混凝土與UHPC的抗壓強(qiáng)度范圍,3、配制與性能,UHPC單軸壓縮應(yīng)力、應(yīng)變曲線,抗壓性能,OC/HSC-普通/高強(qiáng)混凝土,一、概述,FRC/HSFRC-普通/高強(qiáng)纖維混凝土，ECC-高延性水泥基復(fù)合材料,3、配制與性能,UHPC單軸拉伸應(yīng)力、應(yīng)變曲線,抗拉性能,鋼筋增強(qiáng)UHPCCRC的抗彎承載能力接近鋼梁承載力水平，抗彎行為相似。,一、概述,3、配制與性能,HPC、UHPC、鋼筋增強(qiáng)UHPC和高韌性鋼材的性能對(duì)比,一、概述,3、配制與性能,UHPC滲透性、耐久性平均指標(biāo)，以及與HPC、OC對(duì)比,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,（1）法國(guó) 2002年，發(fā)布了第一部UHPC設(shè)

9、計(jì)指南Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete - Interim Recommendations 超高性能纖維增強(qiáng)型混凝土臨時(shí)建議，并于2013年發(fā)布修訂版建議。由于缺少相應(yīng)設(shè)計(jì)方法，這部“準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”也被法國(guó)以外地區(qū)廣泛采用。 （2）瑞士 2015年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）發(fā)布了Swiss Standard SIA 2052 UHPFRC SIA 2052 UHPFRC瑞士標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范。,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,法國(guó)三種UHPC材料性能參考值,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,（3）德國(guó) 德國(guó)從2004年到2016年，UHPC國(guó)際研討會(huì)每

10、4年開一次，UHPC的綜合研究與歐洲規(guī)范 （DFG SSP 1182）都正在編制。 德國(guó)鋼筋混凝土協(xié)會(huì)（DAfStb）2003/2008年出版UHPC最新進(jìn)展報(bào)告Sachstandsbericht-U ltrahochfester Beton，詳細(xì)總結(jié)了UHPC材料性能、設(shè)計(jì)與施工方法，作為過(guò)渡性UHPC設(shè)計(jì)施工指南。 fib（國(guó)際結(jié)構(gòu)混凝土協(xié)會(huì)）的規(guī)范Model Code 2010，已經(jīng)將纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)擴(kuò)展到C200?，F(xiàn)在，fib的TG8.6工作組（Task Group）正在編制UHPFRC設(shè)計(jì)指南。,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,（4）日本 2004年成功發(fā)布UHPFRC設(shè)計(jì)與施工建議（暫定

11、），建議成功地應(yīng)用到了羽田機(jī)場(chǎng)跑道的擴(kuò)建工程中，這是迄今為止最大規(guī)模的UHPC應(yīng)用。 2004年日本土木工程學(xué)會(huì)（JSCE）頒布了超高強(qiáng)纖維增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工指南（草案），2006年出了英文版本。,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,（5）韓國(guó) 韓國(guó)在2008年制定了K-UHPC Design Guidelines (1st Draft) K-UHPC設(shè)計(jì)指南（暫定），并在韓國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（KCI）的協(xié)助下，于2012年發(fā)布K-UHPC Design Guidelines K-UHPC設(shè)計(jì)指南。 （6）美國(guó) 2015年，美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）成立了專注于UHPC的ACI239C委員會(huì)，負(fù)責(zé)編制UHPC

12、設(shè)計(jì)指南。同時(shí)相關(guān)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)工作正在進(jìn)行。除此之外，美國(guó)聯(lián)邦公路管理署（FHWA）出版系列UHPC技術(shù)文獻(xiàn)，作為UHPC橋梁設(shè)計(jì)與發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)文件。 （7）加拿大 2015年，加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（CSA）成立了UHPC工作組，負(fù)責(zé)編制設(shè)計(jì)規(guī)程。,一、概述,（8）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)- GB/T 31387-2015 活性粉末混凝土 對(duì)RPC的定義、等級(jí)分類、性能、材料要求、拌和、養(yǎng)護(hù)、檢驗(yàn)等進(jìn)行了規(guī)定。將RPC混凝土按照力學(xué)性能分為RPC100，RPC120，RPC140，RPC160，RPC180五個(gè)等級(jí),同時(shí)對(duì)抗凍性、抗氯離子滲透性和抗硫酸鹽侵蝕作出了規(guī)定。,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,一、概述,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,

13、摻加有機(jī)合成纖維時(shí)，其摻量不宜大于1.5kg/m3，硅灰用量不宜小于膠凝材料用量的10%，水泥用量不宜小于膠凝材料用量的50%。,一、概述,（9）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)-鐵道部標(biāo)準(zhǔn)客運(yùn)專線RPC材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,構(gòu)件設(shè)計(jì)：人行道擋板、蓋板： 抗壓極限強(qiáng)度：fc=130MPa 抗拉極限強(qiáng)度：Ec=48GPa 保護(hù)層厚度：t10mm 連接鋼筋錨固長(zhǎng)度：L4d,一、概述,（10）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)-超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn) 清華大學(xué)與建材協(xié)會(huì)牽頭的超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)正在制定中。,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,抗拉性能等級(jí),抗壓強(qiáng)度等級(jí),抗折強(qiáng)度等級(jí),滲透性等級(jí),一、概述,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

14、,硬化超高性能混凝土的基本技術(shù)指標(biāo),一、概述,（11）地方標(biāo)準(zhǔn) 湖南大學(xué)在超高性能混凝土輕型組合橋面結(jié)構(gòu)方面編寫了兩部地方標(biāo)準(zhǔn)，如下：,4、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,5、存在問(wèn)題,一、概述,需要建立可靠的UHPC本構(gòu)關(guān)系，包括UHPC在各種結(jié)構(gòu)上的性能、結(jié)構(gòu)是否配筋或配筋方法、預(yù)應(yīng)力技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法。 材料成本較高，纖維是增大成本的主要因素，需要努力提高纖維的抗拉增強(qiáng)增韌效率，降低纖維用量和UHPC結(jié)構(gòu)造價(jià)，鋼纖維在這方面還有較大提高空間。 長(zhǎng)期性能還有很多需要深入的研究。,配制技術(shù),耐久性能,力學(xué)性能,目 錄,微觀結(jié)構(gòu),工程應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì),概述,設(shè)計(jì)理論,二、配制技術(shù),最緊密堆積理論：細(xì)顆粒填充在粗

15、顆粒之間的空隙，更細(xì)顆粒填充在細(xì)顆粒之間的空隙，逐級(jí)向下，達(dá)到最大密度。,顆粒粒徑分布,優(yōu)化混合粒徑分布達(dá)到理論最大堆積密度,設(shè)計(jì)理論,二、配制技術(shù),基于Andreasen方程編制的EMMA軟件，可根據(jù)原材料顆粒粒徑分布，計(jì)算出最優(yōu)的材料組成比例，使其達(dá)到理論上的最大堆積密度。 在不考慮鋼纖維的加入時(shí)，根據(jù)成型后容重將其換算為單方材料用量。水膠比為0.18，膠材用量為874kg/m3，集料用量1436kg/m3，膠砂比1:1.64，硅灰占膠材用量的30%。,材料粒徑測(cè)試,計(jì)算機(jī)分析得出組成比例,設(shè)計(jì)理論,二、配制技術(shù),由于UHPC還需要添加一定量的鋼纖維，因此模擬配比需根據(jù)其工作性做進(jìn)一步的調(diào)

16、整。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者的研究，加入鋼纖維后的UHPC，膠砂比一般在1:11:1.1之間，硅灰摻量占膠材用量的20%-30%。調(diào)整后配比見(jiàn)下圖，膠砂比1:1，硅灰摻量占膠材用量的22%。,原材料,（1）水泥 品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中C3A含量不應(yīng)大于8%，其性能應(yīng)符合GB 175-1999規(guī)定，不得使用其他品種水泥客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件； 對(duì)于結(jié)構(gòu)用混凝土，可使用42.5以上礦渣硅酸鹽水泥，對(duì)于快速修補(bǔ)或加固用混凝土，可使用滿足硫鋁酸鹽水泥（GB 20472-2006）標(biāo)準(zhǔn)要求的快硬硫鋁酸鹽水泥

17、超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)； 應(yīng)使用與外加劑適應(yīng)性強(qiáng)的水泥。,二、配制技術(shù),原材料,（2）硅灰 硅灰（Silica Fume，簡(jiǎn)稱SF）也被稱為微硅粉或凝聚硅灰，是從硅鐵合金或金屬硅冶煉的煙塵中回收的粉末，外觀顏色為灰白色或者白色，主要成分為非晶態(tài)SiO2，含量一般在80%95%，粒徑一般小于 0.1m，有很高的火山灰活性。 硅灰極細(xì)的顆粒形態(tài)使其可填充孔隙（填充效應(yīng)），使得漿體結(jié)構(gòu)更密實(shí)；含量很高的非晶態(tài)SiO2與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，增加水化硅酸鈣CSH凝膠量（火山灰效應(yīng)），加強(qiáng)漿體與骨料間的界面粘結(jié)，此外在80-90熱養(yǎng)護(hù)中有助于UHPC生成額外具有強(qiáng)度的水化相；

18、球形形態(tài)良好，與水泥顆粒存在靜電斥力作用，可以產(chǎn)“滾珠”作用，對(duì)混凝土拌合物有良好的增塑作用。,二、配制技術(shù),基體中硅灰顆粒,硅灰顆粒,原材料,（2）硅灰 硅灰應(yīng)符合GB/T 27690的規(guī)定GB/T 31387-2015活性粉末混凝土； 宜使用滿足礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB/T 51003-2014）要求的硅灰超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,二、配制技術(shù),（3）石灰石粉 石灰石粉的低強(qiáng)度不適合UHPC，并會(huì)造成UHPC更加粘稠； 不得采用磨細(xì)石灰石粉超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,原材料,（4）?；郀t礦渣 礦渣微粉作為混凝土和水泥制品的摻合料，具有改善各種性能的優(yōu)點(diǎn)： 可大幅

19、度提高水泥混凝土強(qiáng)度，能配制出超高強(qiáng)水泥混凝土； 可有效抑制水泥混凝土堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土抗堿骨料反應(yīng)性能； 可有效提高水泥混凝土抗海水浸蝕性能，特別適用于抗海水工程； 可顯著減少水泥混凝土泌水量，改善混凝土和易性； 可顯著提高水泥混凝土致密性，改善水泥混凝土抗?jié)B性；,二、配制技術(shù),原材料,（4）粒化高爐礦渣 ?；郀t礦渣粉磨得越細(xì)，其活性越高，早期產(chǎn)生的水化熱越大，并且早期的自收縮隨礦渣摻量的增加而增大，因此摻入U(xiǎn)HPC中的磨細(xì)礦渣的比表面積不宜過(guò)細(xì)，一般以不超過(guò)4000cm2/g為宜； ?；郀t礦渣粉應(yīng)符合GB/T 18046的規(guī)定，宜采用S95及以上等級(jí)的?；郀t礦渣粉GB/T

20、 31387-2015活性粉末混凝土和超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)；,二、配制技術(shù),原材料,（5）粉煤灰 粉煤灰特有的空心球形態(tài)可節(jié)約大量水泥和細(xì)骨料，并具有以下有點(diǎn)： 減少用水量； 改善和易性； 增強(qiáng)可泵性； 減少徐變； 減少水化熱和熱能膨脹性； 提高抗?jié)B能力； 增加修飾性。,二、配制技術(shù),原材料,（5）粉煤灰 含碳量高的粉煤灰需水量大，對(duì)混凝土的流變性、強(qiáng)度和變形都有不利的影響，因此用于UHPC中的粉煤灰的燒失量以小于3%為宜； 粉煤灰應(yīng)符合GB/T 1596的規(guī)定，宜采用級(jí)粉煤灰GB/T 31387-2015活性粉末混凝土； 宜采用滿足礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB/T 51003-

21、2014）要求的II級(jí)及以上F類粉煤灰超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,二、配制技術(shù),原材料,（6）石英砂（粉） 各種石英砂（SiO2含量大于90%）用于實(shí)現(xiàn)顆粒組合的最佳堆積，這使水泥的填充效果被部分取代，并彌補(bǔ)細(xì)砂的顆粒間隙。 GB/T 31387-2015 活性粉末混凝土要求如下： RPC120以上等級(jí)所用骨料宜為單粒級(jí)石英砂和石英粉，應(yīng)分為粗粒徑砂（1.25-0.63mm）、中粒徑砂（0.63-0.315mm）和細(xì)粒徑砂（0.315-0.16mm）三個(gè)粒級(jí)； 石英粉中公稱粒徑小于0.16 mm的顆粒比例應(yīng)大于95%； RPC120及以下等級(jí)可選用級(jí)配區(qū)的中砂，砂中公稱粒徑大于5 m

22、m的顆粒含量應(yīng)小于1%，天然砂的含泥量0.5%、無(wú)泥塊，人工砂的亞甲藍(lán)試驗(yàn)結(jié)果（MB值）應(yīng)小于1.4，石粉含量2.0% 。,二、配制技術(shù),原材料,（6）石英砂（粉）,二、配制技術(shù),技術(shù)指標(biāo),不同粒級(jí)石英砂的超粒徑顆粒含量,原材料,二、配制技術(shù),（7）粗骨料 研究表明，在獲得同樣強(qiáng)度的前提下，使用粒徑2mm5mm的玄武巖骨料，可以降低UHPC水泥用量和漿體含量20%左右，攪拌時(shí)間可以縮短，自收縮降低40%，彈性模量增加，極限應(yīng)變減小。粗骨料最大粒徑應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)厚度，通常在8mm內(nèi)。 粗骨料指粒徑大于2.36mm（8目），最大粒徑4.75或8mm的顆粒材料，強(qiáng)度應(yīng)高于所制備UHPC的強(qiáng)度超高性能

23、混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,原材料,（8）高效減水劑 應(yīng)符合GB 8076和GB 50019規(guī)定，宜選用高性能減水劑，減水率宜大于30%GB/T 31387-2015活性粉末混凝土； 應(yīng)符合GB 8076規(guī)定，嚴(yán)禁摻入氯鹽類外加劑，且減水率不得低于29%，硫酸鈉含量不得大于2%客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件； 減水率不小于35%的醚類聚羧酸型減水劑超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,二、配制技術(shù),原材料,（9）鋼纖維 鋼纖維可以緊密嵌入密實(shí)、固相均勻的UHPC基體中； 纖維增加延展性是基于基體破裂時(shí)，基體和纖維間的靜態(tài)摩擦力被克服，纖維沒(méi)有斷裂； 直徑0.

24、20mm，長(zhǎng)度9-17mm，抗拉強(qiáng)度2000N/mm2的微細(xì)鋼纖維被證明是最好的選擇，和易性也較好，體積摻量不小于2.5%；,二、配制技術(shù),原材料,（9）鋼纖維 為提高鋼纖維的有效性，使用異型鋼纖維（端鉤、大端頭、壓痕、波紋、扭轉(zhuǎn)等）提高纖維握裹力或機(jī)械性粘結(jié)強(qiáng)度，使用長(zhǎng)徑比較大的微細(xì)纖維可增大纖維的粘結(jié)力和握裹力； 有機(jī)纖維中，PVA纖維對(duì)UHPC的增強(qiáng)增韌效果最好，PP纖維則用于提高UHPC的耐高溫或耐火性能。,二、配制技術(shù),原材料,（9）鋼纖維,二、配制技術(shù),不同鋼纖維拔出滑移量與纖維應(yīng)力,平直纖維為1100MPa； 高強(qiáng)端鉤和扭轉(zhuǎn)纖維達(dá)到21502900MPa，接近或達(dá)到纖維的抗拉強(qiáng)度

25、（T1、H2纖維拉斷）,原材料,（9）鋼纖維,二、配制技術(shù),不同鋼纖維拔出滑移量與表面剪切應(yīng)力,平直纖維為10MPa左右，異形纖維則達(dá)到了4247MPa，比平直纖維提高4倍多； 纖維脫粘后的拔出過(guò)程，平直纖維和異形纖維的剪切應(yīng)力還繼續(xù)增長(zhǎng)或維持在較高水平，均呈現(xiàn)較高的機(jī)械性粘結(jié)強(qiáng)度； 扭轉(zhuǎn)纖維是目前UHPC應(yīng)用效率最高的鋼纖維。,原材料,（9）鋼纖維,二、配制技術(shù),不同鋼纖維從UHPC拔出過(guò)程的最大拉應(yīng)力與粘結(jié)強(qiáng)度,原材料,（9）鋼纖維,二、配制技術(shù),表面鍍黃銅的鋼纖維從UHPC中拔出的表面破壞形態(tài),平直纖維在UHPC中呈現(xiàn)的這種“機(jī)械性粘結(jié)”，沒(méi)有出現(xiàn)在普通高強(qiáng)混凝土中。平直纖維較高的機(jī)械性

26、粘結(jié)力，可能來(lái)源于纖維端部剪切產(chǎn)生的變形、纖維表面粘附物與表面刮傷等增加了拔出阻力。,原材料,（9）鋼纖維 GB/T 31387-2015 活性粉末混凝土要求,二、配制技術(shù),直徑0.180.23mm，長(zhǎng)度1214mm，抗拉強(qiáng)度不得低于2850MPa，其他性能應(yīng)滿足JG3064-1999技術(shù)要求客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件；,原材料,（9）鋼纖維 超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)要求如下： 鋼纖維長(zhǎng)度/等效直徑比值大于65、抗拉強(qiáng)度大于2000MPa的高強(qiáng)碳鋼或不銹鋼纖維材料； 有機(jī)纖維指聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等有機(jī)纖維，PVA纖

27、維的彈性模型不得小于30GPa，抗拉強(qiáng)度不得小于1000MPa，可單獨(dú)或與鋼纖維一起用于超高性能混凝土； 對(duì)考慮應(yīng)變硬化的應(yīng)用場(chǎng)合，鋼纖維體積摻量不得小于2.5%，鋼纖維與有機(jī)纖維復(fù)摻時(shí)，鋼纖維體積摻量不得小于2.0%，有機(jī)纖維的體積摻量一般不大于2%； 對(duì)有鋼筋配筋且配筋較密的場(chǎng)合，鋼纖維的體積摻量可不超過(guò)2.0%，甚至不摻鋼纖維。,二、配制技術(shù),水膠比,水膠比不應(yīng)大于0.2客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件； 水膠比宜小于0.20，特殊情況下，最大水膠比不得大于0.24超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn)。,二、配制技術(shù),GB/T 31387-2015 活性粉末

28、混凝土要求,攪拌,攪拌機(jī)：可調(diào)速的強(qiáng)制式攪拌機(jī)，如雙臥軸式、盤式、及帶刮鏟的行星式攪拌機(jī)，不得選用單軸攪拌機(jī)。,二、配制技術(shù),GB/T 31387-2015 活性粉末混凝土、 客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件,先加纖維預(yù)攪拌，后加水再攪拌,攪拌要求,二、配制技術(shù),超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn),先加水?dāng)嚢?，后邊攪邊加纖維,攪拌,二、配制技術(shù),德國(guó)Eirich R型攪拌機(jī),可調(diào)速攪拌筒與攪拌器反向旋轉(zhuǎn)，形成逆向物料流，能夠高效率混合細(xì)粉料。 配備抽真空系統(tǒng)，在攪拌的最后階段對(duì)攪拌機(jī)內(nèi)抽真空除去氣泡，提高密實(shí)度?？梢詫HPC拌合物的氣泡體積降低到1%以下。,澆

29、筑,二、配制技術(shù),應(yīng)采用分層澆筑，每層澆筑厚度不宜大于300mm，層間不應(yīng)出現(xiàn)冷縫，澆筑采用平板振搗器或模外振搗器振搗成型GB/T 31387-2015活性粉末混凝土； 應(yīng)在30min內(nèi)灌注完畢，構(gòu)件宜連續(xù)灌注，最大間隔時(shí)間應(yīng)不超過(guò)6min客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件。,養(yǎng)護(hù)要求,GB/T 31387-2015 活性粉末混凝土 方式1：靜停、初養(yǎng)、終養(yǎng)及自然養(yǎng)護(hù)； 方式2：靜停 、升溫養(yǎng)護(hù)及自然養(yǎng)護(hù)，蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度控制宜采用自動(dòng)控制系統(tǒng)； 靜停保持相對(duì)濕度在60%以上、溫度10以上，靜停6h以上，然后升溫至40保溫24h（升溫速度不應(yīng)大于12/h）或直至同條件

30、養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa，再以不超過(guò)15/h的降溫速度降至構(gòu)件表面溫度與環(huán)境溫度之差不大于20，拆模后升溫70終養(yǎng)48h以上。采用自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，環(huán)境溫度要高于10，表面應(yīng)保持濕潤(rùn)7d以上。 亦可靜停后直接升溫至70，保溫72h或養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再緩慢降溫后拆模，升溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程濕度控制在95%以上。,二、配制技術(shù),養(yǎng)護(hù)要求,客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件 成型構(gòu)件需要靜停6h，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)過(guò)程分為升溫、恒溫、降溫三個(gè)階段，升溫速度不應(yīng)大于12/h，降溫速度不應(yīng)大于15/h，恒溫應(yīng)控制在805，恒溫時(shí)間不應(yīng)小于48h，撤除保溫設(shè)施時(shí)，構(gòu)件表面溫度

31、與環(huán)境溫度之差不應(yīng)超過(guò)20。構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后需自然養(yǎng)護(hù)，環(huán)境溫度不應(yīng)低于20，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不應(yīng)少于7d。,二、配制技術(shù),養(yǎng)護(hù)要求,超高性能混凝土技術(shù)規(guī)范：材料與檢驗(yàn) 對(duì)于預(yù)制產(chǎn)品或構(gòu)件，宜采用90以下的蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝； 標(biāo)準(zhǔn)蒸汽養(yǎng)護(hù)制度：帶模靜停24h左右，脫模后以不超過(guò)15/h速率升溫到90，恒溫48h，然后以不大于15/h的速率降至室溫； 蒸汽養(yǎng)護(hù)后，在出廠前，預(yù)制構(gòu)件宜繼續(xù)在環(huán)境溫度下保濕養(yǎng)護(hù)57d； 對(duì)于非蒸養(yǎng)產(chǎn)品或構(gòu)件，在澆筑抹面后，應(yīng)立即采用塑料薄膜覆蓋或采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)，并用水霧或終凝后表面灑水等保濕措施養(yǎng)護(hù)，宜至少養(yǎng)護(hù)14d，構(gòu)件內(nèi)外溫差不得大于20，否則宜采取保溫

32、養(yǎng)護(hù)措施。,二、配制技術(shù),耐久性能,目 錄,微觀結(jié)構(gòu),工程應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì),概述,配制技術(shù),力學(xué)性能,抗壓強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,超高強(qiáng)度是UHPC的基本特性之一，定義上UHPC抗壓強(qiáng)度不低于150MPa，并存在尺寸效應(yīng)。,抗壓強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,UHPC與普通強(qiáng)度混凝土和高強(qiáng)度混凝土相比，其特點(diǎn)是在單軸抗壓測(cè)試中，相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里表現(xiàn)出一種本質(zhì)上的線彈性，直到達(dá)到抗壓強(qiáng)度前不久和破壞時(shí)形成微裂紋之前，彈性模量一般在45-55GPa之間。 達(dá)到強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變?nèi)Q于骨料級(jí)配，在最大粒徑2mm的細(xì)顆?；炷翍?yīng)變?yōu)?.0-4.4，而在粗顆粒混凝土的數(shù)值為3.5。,無(wú)纖維UHPC單軸抗壓測(cè)試的應(yīng)力-應(yīng)變圖,泊松

33、比,細(xì)顆粒UHPC彈性區(qū)域的泊松比在0.18-0.19之間，粗顆粒UHPC（玄武巖碎屑最大粒徑5-8mm）的約為0.21，非常接近普通強(qiáng)度混凝土通常假定的0.2。由于微裂紋的形成，線彈性響應(yīng)發(fā)生偏離的時(shí)間較晚，這反映在泊松比后面的增加。破壞后，可假定為0.3。,泊松比隨著壓應(yīng)力增加的發(fā)展,三、力學(xué)性能,抗壓強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,通過(guò)摻加纖維可顯著提高和控制峰后性能，但對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升階段幾乎沒(méi)有影響。,抗壓強(qiáng)度,UHPC壓應(yīng)力-應(yīng)變圖的下降部分性能變化取決于纖維含量，纖維種類和纖維方向。,三、力學(xué)性能,峰后范圍（曲線下降部分）比上升部分更加分散,抗拉強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,UHPC的“超高力學(xué)

34、性能”更主要體現(xiàn)在超高抗拉強(qiáng)度（單軸抗拉和彎曲抗拉強(qiáng)度）和高韌性。目前還沒(méi)有針對(duì)UHPC單軸抗拉試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法，無(wú)切口試件適用于確定抗拉強(qiáng)度，而有切口試件則適用于確定纖維增強(qiáng)UHPC的應(yīng)力-開裂寬度的關(guān)系，后者作為脆性材料響應(yīng)或材料軟化峰后性能的特征。UHPC典型的抗拉強(qiáng)度值為711MPa。,試驗(yàn)尺寸和試驗(yàn)裝置,抗拉強(qiáng)度,UHPC可以在相對(duì)低的纖維含量水平下實(shí)現(xiàn)拉伸“應(yīng)變硬化”行為，而普通和高強(qiáng)纖維混凝土（FRC、HSFRC）無(wú)法實(shí)現(xiàn)拉伸“應(yīng)變硬化”行為，但UHPC的變形能力低于ECC（高延性水泥基復(fù)合材料）。 纖維的加入一方面使抗拉強(qiáng)度更高，另一方面可通過(guò)更寬的裂縫傳遞應(yīng)力，基體中第一條裂縫

35、的產(chǎn)生會(huì)增加強(qiáng)度，即觀察到應(yīng)變硬化行為。,三、力學(xué)性能,抗拉強(qiáng)度,基體破裂后，力值最初會(huì)下降（混凝土破裂應(yīng)力，裂縫50m），然后隨著鋼纖維的激活，強(qiáng)度上升。纖維承載能力完全激活后，裂縫寬度超過(guò)w0時(shí)會(huì)全部拔出（約為0.15mm），同時(shí)纖維承載力下降。,三、力學(xué)性能,抗彎強(qiáng)度,尺寸為1604040mm的棱柱體，抗彎強(qiáng)度能達(dá)到13-17MPa，然而同配比的700150150mm尺寸梁的值只能達(dá)到7-10MPa，存在巨大的尺寸效應(yīng)。,三、力學(xué)性能,抗拉強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,澆筑布料方式不同對(duì)纖維分布的方向性影響較大，縱向分層澆筑使鋼纖維趨向于水平平面分布，有利于纖維提高小梁縱向抗拉強(qiáng)度。,抗拉強(qiáng)度,三

36、、力學(xué)性能,抗拉強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,當(dāng)=90達(dá)到最大彎曲抗拉強(qiáng)度（幾乎所有纖維與受拉方向相同）； 在=0最不利的情況下（纖維垂直于受拉方向），纖維甚至起到了隔離混凝土基體的反作用，UHPC的抗彎強(qiáng)度甚至低于普通混凝土。,抗拉強(qiáng)度,三、力學(xué)性能,當(dāng)變形（裂縫開展寬度）增加時(shí)，摻加短纖維的混凝土抗拉能力衰減速率更快,彈性模量,三、力學(xué)性能,斷裂能,三、力學(xué)性能,UHPC兼具高抗拉強(qiáng)度和高變形能力，因此UHPC的抗拉與抗彎斷裂韌性大幅度超越FRC和HSFRC的斷裂韌性，可以跨入韌性材料（即斷裂能超過(guò)1000J/m2）的行列。,UHPC斷裂能與纖維含量的關(guān)系,耐久性能,目 錄,微觀結(jié)構(gòu),工程應(yīng)用,發(fā)展

37、趨勢(shì),概述,配制技術(shù),力學(xué)性能,體積變形,四、耐久性能,UHPC的水膠比非常低，水化進(jìn)行到一定程度導(dǎo)致內(nèi)部干燥（自收縮），其密實(shí)的結(jié)構(gòu)則有效阻止內(nèi)部水分的損失，所以UHPC的干燥收縮較小。,混凝土的收縮和水膠比的關(guān)系,體積變形,UHPC的自收縮與內(nèi)部相對(duì)濕度變化歷程,四、耐久性能,體積變形,UHPC的收縮在經(jīng)歷熱養(yǎng)護(hù)過(guò)程迅速完成，即經(jīng)過(guò)熱養(yǎng)護(hù)后體積穩(wěn)定，幾乎不再收縮。,四、耐久性能,體積變形,四、耐久性能,膨脹劑（HCSA、EA）、減縮劑（SRA）和陶粒（PCWA）內(nèi)養(yǎng)護(hù)，減小UHPC的收縮，取得較好效果。,體積變形,四、耐久性能,非接觸法測(cè)自收縮,接觸法測(cè)干燥收縮,徐變,與收縮相似，徐變經(jīng)過(guò)

38、預(yù)先熱處理后顯著減小。不經(jīng)過(guò)熱處理的UHPC的徐變值要比根據(jù)徐變理論預(yù)計(jì)的大得多。 UHPC的徐變值比高強(qiáng)度混凝土低很多，這可能是由于其致密的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙毛細(xì)孔水傳輸?shù)氖聦?shí)，另一方面可能是由于UHPC顯著的自干燥效果。,不同齡期UHPC的徐變數(shù)據(jù)，并與DIN1045-1預(yù)測(cè)值對(duì)比,四、耐久性能,體積變形,四、耐久性能,徐變初步粗略估計(jì)，其數(shù)量級(jí)可以取值如下： -無(wú)熱處理的UHPC最終徐變系數(shù)：=0.61.4 -熱處理后的UHPC最終徐變系數(shù)（約70-90）：=0.20.4,受壓徐變法測(cè)徐變,抗凍,四、耐久性能,UHPC凍融質(zhì)量損失率,UHPC凍融動(dòng)彈性模量變化,抗侵蝕,由于UHPC有著非常致

39、密的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)來(lái)自除冰鹽或海洋環(huán)境下的氯離子抵抗能力明顯高于普通強(qiáng)度混凝土。因此，帶有UHPC保護(hù)層的混凝土為鋼筋提供了更好的防銹保護(hù)。,普通強(qiáng)度混凝土（C2無(wú)疏水性）、粗粒度熱養(yǎng)護(hù)UHPC的氯離子擴(kuò)散深度（右）和傳輸電荷（左）（RCM法）,四、耐久性能,抗侵蝕,四、耐久性能,UHPC氯離子抗?jié)B透性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通C50混凝土,UHPC三種混凝土抗離子滲透性能,抗碳化,四、耐久性能,UHPC的抗碳化性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常規(guī)C50混凝土,RPC（0mm） 摻加粗骨料UHPC（0mm） C50混凝土（5mm）,目 錄,工程應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì),概述,配制技術(shù),力學(xué)性能,耐久性能,微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)

40、構(gòu),UHPC的總孔隙率大幅度降低，同時(shí)孔徑被細(xì)化，即滲透性毛細(xì)孔所占比重也大幅度降低。對(duì)比UHPC C200與RPC C500可見(jiàn)，加壓成型試件經(jīng)250熱養(yǎng)護(hù)，總孔隙率和毛細(xì)孔含量進(jìn)一步降低。,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),早期水化產(chǎn)生的Ca（OH）2量較大，14天達(dá)到高峰，此后硅灰的火山灰反應(yīng)占主導(dǎo)，開始消耗降低Ca（OH）2量。,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),UHPC的3天和90天水化程度分別為12%和24%，可完成的最大水化為28%。,五、微觀結(jié)構(gòu),裂縫愈合性能,重新加載的抗彎性能沒(méi)有受到影響，表現(xiàn)出很好的連續(xù)性，從重新加載的各條曲線斜率可以看出，熱水、氯化鈉溶液浸泡和經(jīng)歷干濕循環(huán)的試件，剛度（彈性

41、模量）均高于在干燥空氣（相對(duì)濕度50%）中存放試件。這種剛度的恢復(fù)，表明接觸水的試件，裂縫有一定程度的“膠結(jié)”性愈合，提高了材料的連續(xù)性。,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),可以直觀地看到水泥水化產(chǎn)物生長(zhǎng)與硅灰顆粒的火山灰反應(yīng)溶解，逐步形成密實(shí)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),膠凝材料與骨料、纖維之間的界面過(guò)渡區(qū)（ITZ）密實(shí)度提高，常溫養(yǎng)護(hù)28天UHPC的基體與鋼纖維ITZ還清晰可見(jiàn)，但寬度只有2m4m，熱養(yǎng)護(hù)提高硅灰的火山灰反應(yīng)程度，界面的密實(shí)度與基體相似，ITZ幾乎無(wú)法辨別。,五、微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu),熱水養(yǎng)護(hù)72 h的試樣（左）的C-S-H水化物呈紡錘狀，彼此獨(dú)立、互不交聯(lián)；而高溫干熱養(yǎng)護(hù)及蒸

42、汽養(yǎng)護(hù)的試樣（右）的水化物C-S-H是相互交錯(cuò)呈網(wǎng)絡(luò)狀和片狀，這兩種結(jié)構(gòu)形式在受力性能上要優(yōu)于前者，在很大程度上改善了微結(jié)構(gòu)。,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),UHPC礦物相主要包含鈣礬石，氫氧化鈣，石英和碳酸鈣,不摻粗骨料UHPC,摻加粗骨料UHPC,C50混凝土,五、微觀結(jié)構(gòu),相比于普通混凝土，UHPC的二次水化反應(yīng)消耗了更多氫氧化鈣,不摻粗骨料UHPC,摻加粗骨料UHPC,C50混凝土,微觀結(jié)構(gòu),五、微觀結(jié)構(gòu),UHPC中摻入礦物摻合料可以顯著的降低單位膠凝材料的水化熱,微觀結(jié)構(gòu),目 錄,工程應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì),概述,配制技術(shù),力學(xué)性能,耐久性能,微觀結(jié)構(gòu),國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,加拿大，Sherbr

43、ooke footbridge（1996），預(yù)制UHPC桁架橋，世界第一座UHPC大型結(jié)構(gòu)。跨徑60m，由6個(gè)長(zhǎng)10m的小節(jié)段組成，上弦桿為帶肋UHPC板，腹桿為UHPC填充不銹鋼管，下弦桿由2根連續(xù)預(yù)應(yīng)力UHPC梁組成（每根梁有2束體內(nèi)預(yù)應(yīng)力）。各預(yù)制節(jié)段由體外預(yù)應(yīng)力鋼束連接在一起（32預(yù)應(yīng)力束），上下弦UHPC抗壓強(qiáng)度200 MPa。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,6跨，總長(zhǎng)134m，最大跨徑為36m；主梁采用變高的三角桁架型式，上弦桿為無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力UHPC構(gòu)件，下弦桿和斜腹桿采用鋼管，并通過(guò)摩擦型高強(qiáng)螺栓與上弦桿完成連接； 橋面板由5m寬的橫向先張預(yù)應(yīng)力UHPC預(yù)制板組成； 待桁架架設(shè)完成后，

44、UHPC橋面板之間、以及與上弦桿均通過(guò)結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)連接，而無(wú)任何機(jī)械連接接頭。,德國(guó)富爾達(dá)河橋,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,2跨（20.5m和22m），由高0.9m的預(yù)制先張預(yù)應(yīng)力雙T型梁拼裝而成，梁由28d抗壓強(qiáng)度210MPa，鋼纖體積含量3%的自密實(shí)UHPC澆筑，常溫飽和濕度養(yǎng)護(hù)，2天脫模； 常規(guī)強(qiáng)度混凝土設(shè)計(jì)方案需使用39t普通鋼筋，17.4t預(yù)應(yīng)力鋼束；UHPC方案僅需4t普通鋼筋和28t鋼纖維，預(yù)應(yīng)力鋼束則為6t； UHPC方案上部結(jié)構(gòu)自重僅為328t（普通鋼筋方案為975t）。,法國(guó) Bourg-les-Valence OA4橋,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,美國(guó)，Wapello County

45、 Mars Hill Bridge，單跨簡(jiǎn)支梁，美國(guó)第一座I型UHPC橋，梁內(nèi)無(wú)抗剪箍筋，利用UHPC自身的高抗拉性能.。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,傳統(tǒng)混凝土梁或鋼梁上鋪設(shè)預(yù)制UHPC井字肋板結(jié)構(gòu)橋面板，橋面板與梁之間、橋面板相互間采用現(xiàn)場(chǎng)灌注UHPC連接，設(shè)置抗剪栓釘、鉤、傳力桿等保證連接的強(qiáng)度和可靠性，能有效解決化冰鹽導(dǎo)致橋面板快速劣化的問(wèn)題。,美國(guó) Little Cedar Creek橋井字肋板結(jié)構(gòu)橋面板,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,雙T型梁中有30束高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，不設(shè)被動(dòng)鋼筋，僅設(shè)置橫向和縱向接口的連接鋼筋； 接口用自密實(shí)UHPC現(xiàn)場(chǎng)灌注，剛性連接形成連續(xù)、無(wú)接縫整體橋面板，上面直接鋪

46、設(shè)瀝青混凝土鋪裝層。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,奧地利，Wild公路橋,長(zhǎng)154m，并列雙桁架拱，由預(yù)制正方形薄壁箱梁和接頭現(xiàn)場(chǎng)組裝而成，拱內(nèi)部安裝體外后張預(yù)應(yīng)力鋼索施加預(yù)應(yīng)力； UHPC強(qiáng)度等級(jí)為C185，構(gòu)件成型2天脫模，3天后進(jìn)行90熱養(yǎng)護(hù)，使構(gòu)件收縮快速完成； 是拱橋輕型化的一次嘗試，也是超大長(zhǎng)細(xì)比預(yù)應(yīng)力UHPC柱性能一項(xiàng)基礎(chǔ)研究。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,法國(guó) 皮內(nèi)爾公路橋 上部結(jié)構(gòu)由C35/C45的混凝土橋面板和17個(gè)預(yù)應(yīng)力UHPC梁組合而成； 縱向主梁UHPC的抗壓強(qiáng)度為165MPa，配合比：2360kg CERACEM BFM-Millau預(yù)混料（水泥和骨料的干混料），45kg高

47、效減水劑，195kg水，195kg鋼纖維。,UHPC 加強(qiáng)腹板,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,UHPC箱型梁頂板寬4.4m（含翼板）、高度1.63m，工廠預(yù)制22個(gè)鑲合成型（match-cast）箱梁節(jié)段，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段拼接，節(jié)段相互粘接，用6束體外預(yù)應(yīng)力鋼索張拉形成整體，然后整體吊裝就位，梁總重量小于200噸。 厚度0.14m的箱梁頂板，既是橋面板也是路面板，不鋪設(shè)防水層和瀝青混凝土鋪裝層。在箱梁預(yù)制成型時(shí)，使用特殊紋理模板，使箱梁頂面直接澆筑形成UHPC粗糙紋理，作為車行路面，保證抗滑性能。 同樣功能跨線橋，需要使用200方的C45混凝土，該橋的UHPC用量約方，施工周期縮短至少1個(gè)月，并且取消了中間

48、橋墩、橋面防水和鋪裝層。,法國(guó)A51公路PS34橋,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,法國(guó) Pont de la Chabotte公路橋,由22個(gè)預(yù)制節(jié)段采用粘結(jié)劑和體外預(yù)應(yīng)力連接而成； UHPC節(jié)段高1.6m，腹板厚度120mm，匹配澆筑預(yù)制工藝； 選用了BCV的兩種產(chǎn)品，一種是28d抗壓強(qiáng)度為130MPa（無(wú)熱養(yǎng)護(hù)），另一種是150MPa（熱養(yǎng)護(hù)）； 與采用C35/C45的混凝土結(jié)構(gòu)比，混凝土用量?jī)H為其40%； 現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間減少了1/3。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,澳大利亞， Shepherds Creek Road Bridge ，跨徑15m，橋?qū)?1m，第一座I型UHPC梁公路橋。 在兩個(gè)I型UH

49、PC主梁之間，搭設(shè)25mm厚度的UHPC板作為永久模板，上面澆筑普通鋼筋混凝土橋面板，UHPC板具有永久模板和保護(hù)上部結(jié)構(gòu)兩個(gè)功能。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,日本，Sakata Mirai footbridge，后張法預(yù)制箱梁，在臨時(shí)支架上進(jìn)行拼裝施工，恒載僅約為普通預(yù)應(yīng)力混凝土橋的1/5。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,東京機(jī)場(chǎng)GSE橋（2010）,自密實(shí)UHPC抗壓強(qiáng)度180MPa，水灰比接近限值0.24，鋼纖維體積摻量2，直徑0.2mm，長(zhǎng)15mm； 橋梁結(jié)構(gòu)由三箱形截面組成，頂板采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土，腹板和底板采用UHPC，預(yù)應(yīng)力筋布置在箱室內(nèi)； UHPC腹板與普通鋼筋混凝土橋面板之間設(shè)有開

50、孔UHPC板剪力連接件，由于橋面板懸臂較長(zhǎng)，這些連接件也受到豎向拉拔力。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,韓國(guó)首爾，Sunyudo（Peace）footbridge（2002），120mUHPC拱橋，由6個(gè)后張法型和橫向加勁肋組成的預(yù)制預(yù)應(yīng)力節(jié)段組裝。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,韓國(guó)建筑技術(shù)研究院（KICT）從2007年開始，開展了為期6年、總預(yù)算達(dá)1100萬(wàn)美元的UHPC研究項(xiàng)目Super Bridge 200。研究的主要目標(biāo)為：使斜拉橋的建造成本和保養(yǎng)維護(hù)成本分別降低20%，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作壽命達(dá)200年。,韓國(guó)Jobal斜拉橋效果圖和UHPC梁板結(jié)構(gòu),采用新型帶肋鋼纖維增

51、強(qiáng)UHPC橋面板結(jié)構(gòu)及邊主梁形式，大橋于2011年設(shè)計(jì)完成。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,預(yù)應(yīng)力肋纖維增強(qiáng)UHPC橋面板，板厚為60mm，肋與肋中心之間的間距為600mm，這種橋面板結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)混凝土橋面板輕50%。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,預(yù)制段干接縫,生產(chǎn)和安裝預(yù)制段,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,UHPFRC板、混凝土板的比較,UHPFRC板的結(jié)構(gòu),國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,結(jié)構(gòu)維修加固,用高壓水刀清除舊結(jié)構(gòu)上損傷、已經(jīng)劣化或被腐蝕性介質(zhì)污染的混凝土層，去除和更換銹蝕的鋼筋，然后在舊結(jié)構(gòu)上現(xiàn)澆鋪設(shè)UHPC保護(hù)層或補(bǔ)強(qiáng)層、增強(qiáng)層，或在結(jié)構(gòu)外圍安裝預(yù)制的UHPC保護(hù)加固層。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,表面層

52、損傷劣化混凝土結(jié)構(gòu)的UHPC維修辦法,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,日本，東京灣羽田機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程，頂面為預(yù)應(yīng)力UHPC板,利用UHPC的超高強(qiáng)度大幅度降低結(jié)構(gòu)重量，重量減小56%，因此降低了樁基礎(chǔ)的建設(shè)成本； 保證混凝土結(jié)構(gòu)在高腐蝕性環(huán)境的耐久性，減小使用期的維護(hù)維修費(fèi)用。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,用UHPC制造的建筑結(jié)構(gòu)、功能或裝飾構(gòu)件，輕巧美觀，堅(jiān)固耐久，徹底改變了混凝土構(gòu)件“粗、厚、笨、重”的面貌。,薄殼結(jié)構(gòu),國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,輕薄構(gòu)件,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,建筑面板,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,建筑維護(hù)和屋面結(jié)構(gòu),國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,承重結(jié)構(gòu)和維護(hù)幕墻,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,打入式

53、樁,打入就位后，UHPC樁樁頭狀態(tài)完好，鋼樁頭部則有變形； 打入后UHPC樁內(nèi)埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)八成多還能工作，顯示內(nèi)部應(yīng)變?cè)诖驑肚昂髱缀鯖](méi)有變化，并且UHPC樁內(nèi)的殘留應(yīng)力很??； 承載力測(cè)試顯示，UHPC樁的軸向承載能力比同外形尺寸鋼樁高86%，這可能因?yàn)閁HPC樁的截面尺寸較大，提高了樁端的承載力； 這意味，對(duì)于同樣的樁基礎(chǔ)，使用UHPC樁，需要樁的數(shù)量可以減少，可能能夠降低樁基礎(chǔ)整體的造價(jià)。,國(guó)外應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,“三明治”保溫墻板 UHPC薄板作為面板、擠塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）作為保溫芯層，三層構(gòu)成的“三明治”保溫墻板； UHPC超高強(qiáng)度和韌性有助于降低面板重量，XPS則是高效隔熱材料

54、。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,長(zhǎng)沙北辰三角洲橫四路跨街天橋，國(guó)內(nèi)首座UHPC橋梁，國(guó)際首座全預(yù)制拼裝工藝UHPC車行箱梁橋； 36.8m主跨一跨過(guò)街，重量較兩跨過(guò)街的普通混凝土結(jié)構(gòu)方案減輕近1/3；,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,上部結(jié)構(gòu)采用R150單箱三室魚腹式節(jié)段預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力UHPC連續(xù)箱梁，箱梁頂寬6.5m，底寬3.0m，中心高1.35m，主跨跨高比約為28，底板厚8cm、頂板厚10cm； 下部結(jié)構(gòu)采用R100UHPC雙向曲線花瓶式整體預(yù)制橋墩，截面最小尺寸60cm； 預(yù)制主梁內(nèi)設(shè)置10束通長(zhǎng)S15.2低松弛鋼絞線預(yù)應(yīng)力束，孔道采用抗壓強(qiáng)度100MPa的DSP灌漿； 箱梁采用短線預(yù)制、長(zhǎng)線拼裝

55、工藝架設(shè)，2個(gè)5.4m高的橋墩均為整墩預(yù)制吊裝。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,怒江二橋，施工控制提出采用斜拉索一次張拉到位的工藝，而為保證鋼混結(jié)合段受力滿足要求，需提高結(jié)合段混凝土強(qiáng)度，因此，提出將內(nèi)腔C55混凝土換成強(qiáng)度可達(dá)100MPa的UHPC。抗壓強(qiáng)度132.7MPa（沸水48h養(yǎng)護(hù)）、115.9MPa（標(biāo)養(yǎng)32d）、100.9MPa（現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)32d）。,泵送澆筑UHPC，總澆筑方量為90m3,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,株洲市楓溪大橋主跨300 m的雙塔單跨自錨式懸索橋,主梁采用超高性能輕型組合加勁梁，超高性能輕型組合加勁梁的構(gòu)造為：在傳統(tǒng)的鋼箱梁上設(shè)置約50 mm厚的

56、薄層超韌性混凝土層，即將鋼梁轉(zhuǎn)化為鋼-超韌性混凝土組合梁，然后在其上鋪設(shè)2030mm厚瀝青混凝土磨耗層；混凝土層與鋼梁之間可通過(guò)栓釘連接。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,超高性能專用的超高韌性混凝土UHPC（Super Toughness Concrete） 輕型組合UHPC層厚度較薄，與鋼橋面組合后自重輕,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,有效提高了橋面剛度，大幅降低鋼橋面應(yīng)力，延長(zhǎng)正交異性鋼橋面抗疲勞壽命3倍以上； 基本消除了鋼橋面鋪裝的難題。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,輕型組合結(jié)構(gòu)橋面施工包括： 橋面預(yù)處理 栓釘焊接 防腐層涂裝 鋼筋網(wǎng)安裝 UHPC澆筑 UHPC濕接縫澆筑 UHPC養(yǎng)護(hù) UHPC表面抗滑

57、移構(gòu)造設(shè)置 面層鋪筑,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,梁面清理：利用氧割設(shè)備、鐵砂布、手磨機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)、高壓水槍等設(shè)備和工具清理UHPC砼范圍鋼梁面上的浮銹、浮渣，對(duì)橋面進(jìn)行沖洗。在施工過(guò)程中仔細(xì)檢查，確保梁面平整、潔凈。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,栓釘定位、焊接：按照設(shè)計(jì)圖紙，用墨線示出栓釘在梁面板位置，注意栓釘布置應(yīng)錯(cuò)開U肋、橫隔板的腹板和鋼箱梁焊縫位置。栓釘焊接采用螺柱焊機(jī)焊接工藝。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,防腐層涂裝：UHPC砼鋼箱梁面四周50cm范圍的防腐采用環(huán)氧富鋅涂層，噴涂作業(yè)采用高壓無(wú)氣噴涂法，局部補(bǔ)涂可采用刷涂法。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,鋼筋網(wǎng)安裝：鋼筋網(wǎng)按設(shè)計(jì)尺寸綁扎、鋪設(shè)，通過(guò)準(zhǔn)

58、確放樣、標(biāo)記控制鋼筋位置、間距；通過(guò)在鋼筋網(wǎng)下設(shè)置短鋼筋頭支墊控制鋼筋網(wǎng)底、頂面保護(hù)層距離。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,橫向鋼筋與路緣石的連接：UHPC砼橫向鋼筋與路緣石側(cè)面U型鋼筋焊接相連，鋼筋間采用平面搭接焊接方式。U型鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)面之間采用雙面滿焊方式。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,縱向鋼筋與兩端混凝土梁端面的連接：縱向鋼筋與混凝土梁端面上的預(yù)埋鋼筋或所植鋼筋間采用平面搭接焊接方式?？v向鋼筋可在設(shè)計(jì)位置作適當(dāng)調(diào)整，應(yīng)能使其和預(yù)埋鋼筋貼合平順，方便搭接焊接。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,施工縫處理：每次UHPC砼施工須進(jìn)行施工縫處S型鋼板焊接、擋模設(shè)置、鋼筋接頭預(yù)留等工作，及對(duì)已澆筑UHPC的相鄰UHPC砼施工縫接頭進(jìn)行拆模和鑿毛施工。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,施工縫處理：鑿毛應(yīng)從接縫斷面開始，鑿毛垂直于豎直接縫面向內(nèi)的寬度符合設(shè)計(jì)圖要求。接縫鑿毛面應(yīng)有大量鋼纖維裸露在外，并無(wú)遺留松散殘?jiān)托寄Ｔ赨HPC澆筑前，應(yīng)對(duì)鑿毛面灑水濕潤(rùn)，但不積水。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,澆筑設(shè)備布置,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,UHPC配制：分為干混料和水兩部分，干混料委托專業(yè)廠家配制、生產(chǎn)，攪拌采用高速攪拌機(jī)。,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,國(guó)內(nèi)應(yīng)用,六、工程應(yīng)用,UHPC輸送：攪拌后的UH