高性能纤维混凝土在工程结构中的应用
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超高性能混凝土在中国的研究和应用一、本文概述随着建筑行业的快速发展和工程要求的日益提高,混凝土作为一种重要的建筑材料,其性能优化和创新研究显得尤为关键。
在此背景下,超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有优异力学性能和耐久性的新型混凝土,在中国的研究和应用逐渐受到了广泛关注。
本文旨在全面概述超高性能混凝土在中国的研究现状、应用领域以及未来发展趋势,以期为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将介绍超高性能混凝土的基本概念、特点及其与传统混凝土的区别。
随后,将重点综述中国学者和工程师在超高性能混凝土制备技术、性能优化以及工程应用方面的研究成果和实践经验。
还将讨论超高性能混凝土在桥梁、建筑、道路等领域的具体应用案例,并分析其在实际工程中的优势和挑战。
本文将展望超高性能混凝土在中国未来的发展趋势,探讨其在绿色建筑、智能化施工等方面的潜在应用前景。
通过本文的阐述,希望能够促进超高性能混凝土在中国的研究和应用进一步深入,为推动建筑行业的可持续发展和创新发展贡献力量。
二、UHPC的基本性能超高性能混凝土(UHPC)是一种具有极高力学性能和耐久性的新型水泥基复合材料,其基本性能远超传统混凝土。
UHPC的抗压强度通常超过150 MPa,而其抗折强度更是高达30 MPa以上,这使得UHPC在结构应用中展现出极高的承载能力。
UHPC的弹性模量高,收缩和徐变小,这使得结构具有更好的变形性能和更高的耐久性。
UHPC的微观结构紧密,孔隙率低,这使得其抗渗性和抗化学侵蚀性能显著提高。
因此,UHPC在恶劣环境下,如高湿度、高盐度、高腐蚀性环境中,仍能保持较好的性能稳定性。
除了优良的力学性能和耐久性,UHPC还具有良好的工作性能。
其流动性好,易于泵送和浇筑,可以在复杂结构中实现精确的成型。
UHPC 的硬化速度快,早期强度高,这使得施工周期大大缩短,提高了工程效率。
UHPC以其卓越的力学性能、耐久性和工作性能,在中国的基础设施建设、桥梁工程、建筑修复等领域得到了广泛的应用和研究。
超高性能混凝土的制备及应用一、前言超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)是一种由高强度水泥基材料、细砂、高性能钢纤维、高性能矿物掺合料和高性能化学掺合剂等构成的新型混凝土材料。
UHPC具有优异的力学性能、耐久性和抗震性能,广泛应用于桥梁、隧道、高层建筑、水利水电、核工程等领域。
本文将详细介绍UHPC的制备及应用。
二、UHPC的制备1. 材料选用UHPC的主要成分为水泥、细砂、高性能钢纤维、高性能矿物掺合料和高性能化学掺合剂。
水泥选用高强度的硅酸盐水泥或复合水泥;细砂需达到特定的粒径分布和粘结性能要求;钢纤维选用长度为13mm-25mm,直径为0.2mm-0.3mm的高强度钢纤维;矿物掺合料选用细度和化学活性较高的硅灰石粉和矿渣粉;化学掺合剂选用缓凝、减水率高的高性能减水剂。
2. 配合比设计UHPC的配合比设计要根据实际工程要求和材料特性综合确定。
常用的配合比为:水泥:细砂:水:钢纤维:矿物掺合料:化学掺合剂=1:1.5:0.2:2.5%:25%:3%。
3. 制备工艺(1)原材料预处理:将水泥、细砂、矿物掺合料和化学掺合剂按一定比例混合,加入适量的水搅拌均匀。
将钢纤维加入搅拌机中,与混合料进行干混,使钢纤维均匀分散。
(2)混凝土制备:将预处理好的混合料加入搅拌机,搅拌至均匀,然后进行振捣。
振捣时间一般为5-10min,振捣强度为100-200Hz。
(3)浇筑成型:将制备好的UHPC浇入模具中,用振动器振动排气,然后平整表面,进行养护。
三、UHPC的应用1. 桥梁工程UHPC在桥梁工程中的应用广泛,常用于桥墩、桥台、桥梁连接件等构件的制作。
UHPC不仅能够提高桥梁结构的承载能力和耐久性,还能够减小结构的自重,降低建造成本。
2. 隧道工程UHPC在隧道工程中的应用主要集中在隧道衬砌、隧道口等部位。
UHPC具有高强度、高耐久性、高抗震性和优异的耐腐蚀性能,能够有效提高隧道结构的稳定性和安全性。
高性能混凝土的发展和应用X怡XX省交通科学研究院XX公司一、高性能混凝土的发展高性能混凝土(High performance concrete,简称HPC)是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。
它以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途要求,对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。
为此,高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比,选用优质原材料,且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
1、高性能混凝土的定义1950年5月美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土协会(ACI)首次提出高性能混凝土的概念。
但是到目前为止,各国对高性能混凝土提出的要求和涵义完全不同。
美国的工程技术人员认为:高性能混凝土是一种易于浇注、捣实、不离析,能长期保持高强、韧性与体积稳定性,在严酷环境下使用寿命长的混凝土。
美国混凝土协会认为:此种混凝土并不一定需要很高的混凝土抗压强度,但仍需达到55MPa以上,需要具有很高的抗化学腐蚀性或其他一些性能。
日本工程技术人员则认为,高性能混凝土是一种具有高填充能力的的混凝土,在新拌阶段不需要振捣就能完善浇注;在水化、硬化的早期阶段很少产生有水化热或干缩等因素而形成的裂缝;在硬化后具有足够的强度和耐久性。
加拿大的工程技术人员认为,高性能混凝土是一种具有高弹性模量、高密度、低渗透性和高抗腐蚀能力的混凝土。
综合各国对高性能混凝土的要求,可以认为,高性能混凝土具有高抗渗性(高耐久性的关键性能);高体积稳定性(低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量);适当的高抗压强度;良好的施工性(高流动性、高粘聚性、自密实性)。
中国在《高性能混凝土应用技术规程》(CECS207-2006)对高性能混凝土定义为:采用常规材料和工艺生产,具有混凝土结构所要求各项力学性能,具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。
超高性能混凝土在隧道工程中的应用一、引言隧道工程是一项涉及面广、工程量大、工期长的工程,对工程材料的要求也非常高。
超高性能混凝土便是一种适合在隧道工程中使用的优质材料。
本文将从超高性能混凝土的定义、特点、制备方法以及在隧道工程中的具体应用等方面进行详细阐述。
二、超高性能混凝土的定义超高性能混凝土(UHPC)是一种通过混合水泥、细砂、粉煤灰、硅粉、钢纤维、高性能外加剂等材料制备而成的一种高性能混凝土。
UHPC的强度、耐久性、耐火性、抗震性等性能均远高于普通混凝土。
三、超高性能混凝土的特点1. 高强度:UHPC的抗压强度可达到150MPa以上,抗拉强度可达到10-15MPa。
2. 耐久性好:UHPC的密实性、抗渗性、耐久性等性能均高于普通混凝土,可在恶劣的环境下长期使用。
3. 抗震性好:UHPC的延性、韧性等性能使其具有较好的抗震性能。
4. 施工性好:UHPC具有较好的流动性和自密实性,易于施工和成型。
四、超高性能混凝土的制备方法UHPC的制备需要选用优质的水泥、细砂、粉煤灰、硅粉、钢纤维、高性能外加剂等材料,并通过特殊的配比和制备工艺进行制备。
一般的制备工艺包括掺料、搅拌、成型、养护等过程。
五、超高性能混凝土在隧道工程中的应用1. 隧道衬砌:UHPC可用于隧道衬砌的制备,由于其高强度和耐久性,可提高隧道的安全性和使用寿命。
2. 隧道墙体:UHPC可用于隧道墙体的制备,其高强度和抗震性能使其在地震等灾害发生时能够保持稳定。
3. 桥隧连续体:UHPC可用于桥隧连续体的制备,其高强度和耐久性能使其能够承受大量的压力和荷载。
4. 车站站台:UHPC可用于车站站台的制备,其高耐久性和抗压性能使其能够承受大量的人流和车流。
六、超高性能混凝土在隧道工程中的优势1. 安全性高:UHPC的高强度和耐久性能能够提高隧道工程的安全性。
2. 经济性好:UHPC的高性能和长寿命能够降低隧道工程的维护成本。
3. 节能环保:UHPC的制备过程中不需要高温烧制,且由于其高耐久性,能够减少建筑垃圾的产生,具有良好的节能环保效果。
ECC高性能纤维增强水泥基材料及其应用ECC 高性能纤维增强水泥基材料及其应用陈文永陈小兵丁一(中国京冶工程技术有限公司 ,北京 100088)摘要 : ECC 是 Engineered Cementitio us Co mpo site s 的简称 ,是一种具有超强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料。
ECC 是一种经细观力学设计的先迕材料,具有应变 2 硬化特性 ,在纤维体积掺量为 2 %左右的情冴下,其极限拉应变通常能达到3 %以上。
ECC 具有的优良特性使其能广泛应用于土木工程的众多领域。
关键词 : ECC ; PV A ;应变 2 硬化 ;应用THE APPL ICATIO N OF ENGINEERED CEM ENTITIO US COMPOSITESChen Wenyo ng Chen Xiao bing Ding Yi( )Chi na J ingye Engi neering Co rpo ratio n L imit ed ,Beiji ng 100088 , China( ) Abstract :In t hi s p ap er , ECC engineered cementitio us co mpo site si s o ne of t he fi ber reinfo rced cementitio us co mpo site s , w hich sho w s p seudo st rai n ha r dening behavio r wit h several p ercent tensile st rain. When t he ECC co ntains a bo ut 2 % of PV A fi ber s , t he ultimate tensile st rain of ECC i s mo re t ha n 3 % , w hich i s 300 ti mes greater t ha n t hat of co ncrete . So , the ECC ha s been wildl y applied to a lot of fields in civil engineering.Key words :ECC ; PV A ; st rain2ha r dening ; applicatio n纨 90 年代早期率先开展了对 ECC 返种具有超高韧 0 前言性的水泥基复合材料的研究。
高性能混凝土应用与改善性研究摘要:建筑工程结构中混凝土可谓是最主要的材料,对混凝土的性能研究可以直接关系到建筑工程的质量和寿命。
本文介绍了新型高性能混凝土的概念及其应用中所遇到的问题及改善措施,并对这种材料的应用前景予以展望。
关键词:建筑土木工程高性能混凝土近些年来,我国改革开放和现代化建设的步程日渐加快,建设规模也日益增大,工程质量与工程结构的耐久性越来越受到人们的广泛关注。
在众多的土木工程建设中,混凝土是最主要的建筑结构工程材料,使用范围之广,应用之多也体现出了其不可替代性。
当前,高性能混凝土得到了较为快速的发展并且逐渐运用到各种工程项目。
一、高性能混凝土产生的背景我国目前正处在高速发展时期,每年的混凝土用量逾30亿立方米,一批重点工程正在兴建和筹划,跨海跨江的大型桥梁、飞速建设的高速铁路、大型飞机场等都要求混凝土有良好的耐久性能,确保重点工程混凝土的安全性和长寿命。
混凝土结构耐久性是国际工程界关心的重大课题,全世界因为混凝土的耐久性造成的经济和社会损失十分巨大。
当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求;处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果;原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。
这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能,多使用天然材料及工业废渣保护环境,走可持续发展的道路,高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。
二、高性能混凝土的概念高性能混凝土是近20余年发展起来的一种新型混凝土。
高性能混凝土应该有高耐久性、工作性、各种力学性能、体积稳定性以及经济合理性。
欧洲混凝土学会和国际预应力混凝土协会将hpc定义为水胶比低于0.40的混凝土;在日本,将高流态的自密实混凝土称为hpc;中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会将hpc 定义为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土。
结构建筑设计中的创新材料及技术应用探讨在当今建筑领域,创新材料和技术的不断涌现为结构建筑设计带来了前所未有的机遇和挑战。
这些创新不仅改变了建筑的外观和性能,还对建筑的可持续性、安全性和功能性产生了深远的影响。
本文将探讨一些在结构建筑设计中具有重要意义的创新材料及技术,并分析它们的应用特点和未来发展趋势。
一、创新材料在结构建筑设计中的应用1、高性能混凝土高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性和良好工作性能的新型混凝土材料。
与传统混凝土相比,高性能混凝土在抗压强度、抗渗性、抗冻性等方面有显著提高。
在结构建筑设计中,高性能混凝土可以用于建造高层建筑的柱子和剪力墙,能够有效减小构件的截面尺寸,增加建筑的使用空间。
同时,高性能混凝土的耐久性优势使其在恶劣环境下的建筑结构中表现出色,如海洋工程和化工建筑。
2、纤维增强复合材料纤维增强复合材料(FRP)由纤维和树脂基体组成,具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点。
常见的FRP材料有碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。
在结构建筑设计中,FRP可以用于加固和修复现有结构,提高结构的承载能力和抗震性能。
此外,FRP还可以用于新建结构,如FRP筋混凝土结构和FRP桥梁,减轻结构自重,提高结构的跨越能力。
3、自修复材料自修复材料是一种能够在受到损伤后自动修复自身的新型材料。
目前,自修复材料主要包括自修复混凝土和自修复金属。
自修复混凝土中含有微胶囊或中空纤维,当混凝土出现裂缝时,微胶囊或中空纤维破裂释放出修复剂,填充裂缝并恢复混凝土的性能。
自修复金属则通过在金属内部添加特殊的元素或化合物,使其在受到损伤后能够自动形成新的金属键,修复损伤部位。
自修复材料在结构建筑设计中的应用可以延长结构的使用寿命,降低维护成本。
4、形状记忆合金形状记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性的新型材料。
在一定的温度条件下,形状记忆合金可以恢复到预先设定的形状。
土木建筑工程中纤维复合材料的应用摘要:在土木工程中采用纤维增强复合材料,可以弥补现有材料的不足,使其具有更好的使用效果。
因此,对其使用状况进行深入研究,寻求更加科学、高效的工艺手段显得尤为重要。
文章着重对其优点和在民用和建设领域的发展现状进行了分析。
关键词:土木建筑;纤维复合材料;应用分析引言:土木建筑行业是国家的一个重点行业,在国家的经济和社会发展中扮演着举足轻重的角色,也是人民居住环境的基石,唯有通过持续的改善和创新,才能适应不同时期人民对居住环境品质的要求作为一种承载能力强、质量轻、强度高的新型建材,它可以适应当今社会的发展趋势,满足了生态文明的要求,它的使用费用低廉,节能,并且还具备了绿色环保的特性,这对我国的土木工程事业的发展有着十分重大的作用。
所以,在民用和建设中,纤维增强复合材料被越来越多地采用。
一、复合材料结构中的特征量研究1.对改善耐用性是有益的在建筑工程建设中,增强混凝土构件的强度和刚度,是一种非常有效的加固方法。
对于一些不太稳定的建筑来说,用碳纤维对它们进行强化,可以提高它们的强度。
过去,在传统的房屋建设中,常采用增强剂,但与纤维增强剂相比,其整体性能要弱于普通混凝土,特别是抗腐蚀、承载能力等方面。
由于纤维增强复合材料具有重量小、易于建造等优点,所以被越来越多的用于现代化建设。
利用碳纤维进行结构增强是一种很容易实现的方法,具有很好的施工效果,尤其是在外观上可以提高建筑物的耐用性和坚固性。
2. 具备优良的可设计能力纤维复合材料是一种综合材料,它可以按照实际的要求用各种纤维原料生产。
本公司生产的特种复合纤维制品,可根据客户的需要,选用不同的纤维量及独特的铺贴方式。
同时,该结构还能进行造型上的柔性化,使各类型的材料都能得到最大程度的发挥,为建材的多样化提供了可能。
这样,既能满足人们对环保要求的需求,又能体现出对其进行审美欣赏,使其具有更高的艺术价值。
3.优异的机械特性纤维的类型对其力学性质的影响也存在差异,比如,以聚丙烯纤维为代表的有机纤维能够显著提高其增韧效果,而无机纤维(如钢纤维和碳纤维)对其拉伸强度的提高更为显著。
道路桥梁工程施工中高性能混凝土技术的运用论文道路桥梁工程施工中高性能混凝土技术的运用论文一、高性能混凝土的优良特性高性能混凝土是在普通混凝土的基础上发展起来的,不同于普通混凝土更加注重强度的要求,高性能混凝土把耐久性放在第一位。
高性能混凝土主要包括高耐久性、强度大、稳定性好、性价比高四个方面。
1、高耐久性。
混凝土的耐久性是指混凝土抵抗外界环境作用并使其使用性能和外观完整性保持良好从而维持混凝土结构的安全,保证其正常使用的能力。
混凝土的耐久性直接影响道路桥梁的使用年限,高性能混凝土拥有很高的耐久性,能帮助道路桥梁抵抗各种化学侵蚀作用。
研究称使用高性能混凝土的道桥工程能使其安全可靠地使用 50~100 年以上。
2、强度大。
如今,大跨度桥梁、重载公路等的建设越来越多,为保证使用安全则混凝土强度必须非常大。
高性能混凝土通过改善混凝土界面结构大大提高了混凝土的强度,在道路桥梁工程建设中展现了其优越性。
3、稳定性好。
道路桥梁是城市的基础设施,在日常生活中承受很大的上部荷载。
而道桥工程结构的承受能力主要取决于混凝土的稳定性,高性能混凝土使用高效减水剂并调整原材料配比以改善混凝土稳定性,避免因温度和受力变化造成混凝土破坏从而引起工程结构变形等现象。
4、性价比高。
同样满足道桥工程强度时,高性能混凝土大大节约了材料的消耗量,从而降低了施工成本。
有的高性能混凝土如粉煤灰高性能混凝土(将粉煤灰作为矿物参合料)充分利用工业废料,将可持续发展与技术性能紧密结合,节约了资源。
因此,与其他混凝土相比,高性能混凝土普遍具有更好的性价比。
二、高性能混凝土在工程施工中的应用1、在道路工程施工中的应用道路工程作为市政工程中很重要的建设项目,与人民的生命安全息息相关,故需要保证道路质量。
而在道路工程施工中,高性能混凝土极大地发挥了其高耐久性的优点。
高性能混凝土采用优质材料配制,其早期强度高且体积稳定性好,非常适合用在道路工程施工中。
由于道路长期受到雨水冲刷、冰冻、磨损,所以要求在道路工程施工中必须保证道路的质量和耐久性。
纤维混凝土是一种新型的复合材料,是当代混凝土改性研究的一个重要领域,近年来,以钢纤维、合成纤维、碳纤维及玻璃纤维为代表的纤维,在混凝土中应用得到了迅速的发展,纤维混凝土是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的又一次重大突破。
由于纤维和混凝土的共同作用,使混凝土具有一系列优越的性能,因而受到国内外工程界的极大关注和青睐,并广泛应用于各工程领域。
但是,它却存在抗拉强度低、脆性大和易开裂的缺点。
纤维混凝土作为一种新型的复合增强材料在不断发展,形成了以下几种极具优势的新型高性能纤维混凝土材料。
一、分类:纤维增强混凝土(FRC,Fiber Reinforced Concrete)简称纤维混凝土,它是以水泥浆、砂浆或混凝土为基体,以金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维或天然有机纤维为增强材料组成的复合材料。
通常,纤维是短切、乱向、均匀分布于混凝土基体中。
但是有时采用连续的纤维(如单丝、网、布、束等)分布于基体中,称为连续纤维增强混凝土.为了获得需要的纤维混凝土特性和较低成本,有时将两种或两种以上纤维复合使用,称为混杂(或混合)纤维混凝土。
混合纤维混凝土是指用两种或两种以上不同尺寸或不同品种的纤维,适量掺入混凝土组分材料中,按一定程序经混合搅拌而成整体的混凝土。
混合纤维混凝土可分为两种:同一种类(相同品种、质量)但不同尺寸的混合纤维混凝土和不同种类的混合纤维混凝土,如在混凝土中掺入不同尺寸的钢纤维,构成混合钢纤维混凝土。
不同种类纤维混凝土又可分为尺寸相同的纤维、尺寸不同的纤维、作用不同的纤维构成的混合纤维混凝土,如其尺寸相近和尺寸不同的钢纤维和合成纤维构成的混合纤维混凝土。
组合纤维混凝土是指用两种或两种以上作用和功能不同的纤维,其中有的纤维掺入主要是为了增强和增韧,有的纤维主要是为了阻裂。
纤维有的与混凝土各组分材料混合搅拌,有的纤维并不与混凝土各组分材料混合搅拌,而是将纤维分布于不同结构层次,将不同功能的纤维组合应用,并与混凝土拌合料结合,构成整体的纤维混凝土,称为组合纤维混凝土。
第1篇随着科技的飞速发展,工程建设领域不断涌现出新技术、新材料、新工艺和新设备。
这些“四新”技术的应用,不仅提高了工程建设的质量和效率,还推动了建筑行业的转型升级。
本文将详细介绍工程施工中的四新应用,探讨其在实际工程中的应用现状和发展趋势。
一、新技术应用1. 信息化技术信息化技术在工程施工中的应用主要体现在以下几个方面:(1)BIM技术:建筑信息模型(BIM)是一种数字化的建筑信息集成平台,通过三维模型将建筑物的结构、设备、材料等信息进行整合,实现设计、施工、运维等全生命周期的信息化管理。
(2)物联网技术:物联网技术在工程施工中的应用主要包括施工现场的实时监控、设备远程控制、人员定位等,提高施工现场的管理效率和安全性。
(3)大数据技术:通过收集和分析施工现场的大数据,为工程决策提供有力支持,优化施工方案,提高工程质量。
2. 绿色建筑技术绿色建筑技术旨在提高建筑物的能源利用效率,降低建筑对环境的影响。
主要应用包括:(1)节能材料:采用节能材料,如太阳能光伏板、地源热泵等,降低建筑物的能源消耗。
(2)绿色施工:通过优化施工工艺,减少施工现场的污染和废弃物排放,提高施工环境质量。
(3)生态修复:在施工过程中,注重生态保护和修复,如植被恢复、水土保持等。
二、新材料应用1. 轻质高强材料轻质高强材料具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点,广泛应用于建筑领域。
如:(1)铝合金:铝合金具有良好的耐腐蚀性、可塑性和焊接性能,广泛应用于门窗、幕墙等建筑构件。
(2)玻璃纤维增强塑料:玻璃纤维增强塑料具有高强度、轻质、耐腐蚀等特点,适用于建筑结构、装饰等。
2. 新型墙体材料新型墙体材料具有保温、隔热、防火、隔音等功能,可有效提高建筑物的舒适性和安全性。
如:(1)保温隔热材料:如岩棉板、泡沫玻璃等,可降低建筑物的能耗。
(2)防火材料:如防火板、防火涂料等,提高建筑物的防火性能。
三、新工艺应用1. 装配式建筑装配式建筑是指将建筑构件在工厂预制,然后现场组装的建筑形式。
国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状一、内容概览随着全球经济的快速发展和城市化进程的加快,建筑工程的需求日益增长。
为了满足这一需求,建筑材料的研发和应用不断取得突破。
自密实高性能混凝土(Selfcompacting Highperformance Concrete,简称SCA)作为一种新型建筑材料,因其具有高强度、高耐久性、高抗渗性、高工作性能以及节能环保等特点,近年来在国内外得到了广泛关注和研究。
本文将对国内外自密实高性能混凝土的研究及应用现状进行概述,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
首先本文将介绍自密实高性能混凝土的基本概念、原理及其主要性能特点。
其次通过对国内外自密实高性能混凝土的研究进展进行梳理,分析其在工程应用中的优势和不足。
然后结合实际工程案例,探讨自密实高性能混凝土在不同结构类型中的应用效果。
对自密实高性能混凝土在未来的发展趋势和研究方向进行展望。
1. 研究背景与意义随着社会经济的快速发展,建筑工程在各个领域的应用越来越广泛。
自密实混凝土作为一种新型建筑材料,具有较高的强度、耐久性和抗渗性能,能够满足建筑结构对材料性能的高要求。
然而目前国内外自密实混凝土的研究和应用仍存在一定的局限性,主要表现在自密实混凝土的强度、耐久性和抗渗性能等方面尚不能完全满足工程实际需求。
因此深入研究国内外自密实高性能混凝土的制备工艺、性能优化及其在工程中的应用现状具有重要的理论意义和现实意义。
首先研究国内外自密实高性能混凝土有助于提高建筑结构的抗震性能。
自密实混凝土由于其内部形成高度致密的微孔结构,具有良好的隔震作用,能够有效减小地震波在结构中的传播,从而提高结构的抗震性能。
其次研究国内外自密实高性能混凝土有助于降低建筑结构的能耗。
自密实混凝土由于其内部形成高度致密的微孔结构,具有良好的保温隔热性能,能够有效减少热量的传递,降低建筑结构的能耗。
再次研究国内外自密实高性能混凝土有助于提高建筑结构的使用寿命。
纤维增强混凝土的力学性能与微观结构研究一、引言纤维增强混凝土(Fiber Reinforced Concrete,FRC)是一种新型的高性能混凝土,其具有高强度、高韧性、耐久性好等优点,被广泛地应用于工程建设领域。
本文旨在探究纤维增强混凝土的力学性能与微观结构。
二、纤维增强混凝土的力学性能1. 抗拉强度纤维增强混凝土的抗拉强度较高,其主要原因是增加了纤维的拉伸强度。
实验研究表明,混凝土中添加纤维后,其抗拉强度可以提高30%以上。
2. 抗压强度纤维增强混凝土的抗压强度与普通混凝土相差不大,但其抗压性能较好,能够承受较大的荷载。
3. 抗弯强度纤维增强混凝土的抗弯强度较高,其主要原因是纤维可以有效地增加混凝土的韧性和延性,从而提高其抗弯强度。
4. 冲击韧性纤维增强混凝土的冲击韧性较好,能够有效地吸收冲击能量,从而减少结构的损伤。
三、纤维增强混凝土的微观结构1. 纤维的分布纤维在混凝土中的分布是影响纤维增强混凝土力学性能的重要因素之一。
实验研究表明,纤维的分布应尽量均匀,纤维长度和直径也应适当选择。
2. 纤维的类型纤维的类型对纤维增强混凝土的力学性能影响较大。
常用的纤维有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维和天然纤维等。
钢纤维的强度和韧性较好,玻璃纤维具有较好的耐腐蚀性能,碳纤维的强度和刚度都很高,天然纤维的来源广泛,成本低廉。
3. 纤维与混凝土的界面纤维与混凝土的界面是纤维增强混凝土力学性能的关键。
纤维与混凝土的粘结性能决定了纤维增强混凝土的力学性能。
界面的强度与纤维的表面形貌、纤维与混凝土的相互作用等因素有关。
四、纤维增强混凝土的应用纤维增强混凝土广泛应用于工程建设领域,主要包括以下几个方面:1. 道路和桥梁建设纤维增强混凝土在道路和桥梁建设中的应用越来越广泛。
其高强度和高韧性可以有效地减少结构的裂缝和变形,提高其使用寿命。
2. 水利工程建设纤维增强混凝土在水利工程建设中,如水坝、堤防、渠道等方面的应用也越来越广泛。
引言随着社会经济和科技水平的快速发展,混凝土材料作为一种复合建材产品广泛应用于楼房建筑、公路铁路的桥梁和隧道等工程建设中,特别是高层建筑、大跨度建筑的不断涌现,迫使混凝土材料朝着更高强度、更高耐久性和更高可靠性的方向发展。
20世纪90年代,法国Bouyues公司开发了一种活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC),这是超高性能混凝土的雏形[1],相比普通的混凝土材料,其具收稿日期:2023-9-4第一作者:耿春雷,1980年生,博士,高级工程师,主要研究方向为煤系固废的综合利用、煤矿注浆相关技术、钢筋混凝土的缺陷预防及治理技术和超高性能混凝土技术研究,E-mail:**********************.cn、**************项目信息:国家能源投资集团有限责任公司科技创新项目(编号:GJNY-23-31-1)超高性能混凝土研究及工程应用现状耿春雷 董 阳 左然芳 巩思宇 张 栋北京低碳清洁能源研究院 北京 102211摘 要:随着高层大跨度及有特殊功能要求建筑物的设计建造,混凝土朝着更高强度、更高耐久性和更高可靠性的方向发展,在这种背景下,超高性能混凝土(UHPC )应运而生,因其能改善环境、提高经济效益、解决工程中的疑难问题,且具备优异的力学性能和耐久性能,成为学者研究的热门课题。
本文从基本设计原理、优异的物理性能、环保性能、相关标准的建立情况以及工程应用情况出发,对UHPC的研究和应用进展进行了详细的说明,同时提出UHPC发展的趋势和研究重点:一是通过优化UHPC的配合比设计和原材料选择,降低其浆体的粘度,采用价格低廉的固体废弃物替代部分现有的UHPC原材料,降低UHPC的成本;二是研究合理的养护方式,降低现有养护方式的高能耗和高成本,同时促进未水化水泥的水化进程;三是发展钢丝(钢筋)网骨架增强UHPC和少纤维甚至无纤维UHPC,不仅能够降低UHPC的成本,而且能提升UHPC的抗折、抗压强度;四是针对UHPC的特性制定耐久性标准,为日后UHPC的进一步推广应用提供指导和建议。
高性能纤维混凝土在工程结构中的应用 摘 要:本文主要介绍了现阶段结构工程建设中最新发展起来的的一类改善材料―高性能纤维混凝土。概述其进展和不同类型的高性能纤维混凝土的特点,针对在结构工程中的应用和试验得到不同类型的高性能纤维混凝土的特点及存在的缺陷并提出改善的建议,为未来混凝土材料的发展特别是高性能混凝土提供方向。
关键词:高性能;纤维混凝土;结构 Abstract:This paper mainly introduced a kind of newly developed and improved materials of high performance fiber concrete in the present structural engineering. Summary its progress and the characteristics of different types of high performance fiber concrete, and analysis the application in structural engineering which can get the flaws of the different types of high performance fiber concrete then put forward the improvement suggestions, so that provides direction for the development of concrete material, especially high performance concrete in the future. Keywords:high-performance; fiber concrete; structure 1 前言 合成材料改进的高性能混凝土材料是现今工程结构中应用最广泛的一种的建筑材料,在水利和土木行业占有极重的分量。我国正处于改革转型的重要时期,“十二五”计划的提出对我国工程建设提出了新的要求,作为工程建设的基础―水泥材料已经作为一个专项列入了发展规划,发展绿色环保,多功能,高品质的工程材料将成为未来的发展方向。由于普通混凝土存在强度低,易脆性破坏等特点,1950年左右高强混凝土开始被工程采用,但其抗裂性能比较差,且耐高温性能差,引发了新一轮的水泥混凝土复合材料的研究热潮,科学研究表明在混凝土中掺入纤维可以有效降低混凝土的高温易爆特点并改善裂缝的发展。 纤维混凝土是指掺有离散状的纤维(或其它形状) 的普通水泥砂浆或混凝土的增强型复合材料[1]。高性能则不仅仅掺入了纤维,更是添加了硅灰和粉煤灰等使混凝土的强度大幅提高的同时也解决了其脆性问题,纤维材料的不同将直接决定复合材料的工作性能。 2 高性能纤维混凝土 高性能纤维混凝土作为一种新型的高性能复合增强材料在不断发展,形成了以下几种极具优势的新型高性能纤维混凝土材料。 2.1 钢纤维混凝土 钢纤维混凝土(简称SFRC)是在普通混凝土中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向配筋的混凝土[2]。钢纤维混凝土对抗弯、抗剪、抗扭强度等有明显的改善作用。钢纤维混凝土的延性比素混凝土高很多,在裂缝发展的过程中不会突然断裂。由于钢纤维约束裂缝的发展,在一定程度上抑制了碳化作用,同时钢纤维面积大对于采取保护措施的结构构件效果比普通钢筋混泥土要明显,因此其耐久性提高较普通钢筋混凝土好。钢纤维本身不耐腐蚀,因而特殊环境下要采取保护措施。 多用于水利大坝、机场道路、桥梁、公路以及高层结构和地下工程等方面作为承重和面板结构。大型水利设施葛洲坝的泄水闸门采用了钢纤维混凝土。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程中也使用了钢纤维混凝土。钢纤维混凝土随着施工工艺的发展,在结构加固上由于喷射技术的引进也有着重要作用。 2.2 碳纤维混凝土 高性能碳纤维混凝土主要是指将碳纤维加入到轻集料组成的水泥混凝土基体中制成的增强混凝土基复合材料。我国于2003年开始使用的《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》成为今后碳纤维加固工程的行业规范[3]。 碳纤维混凝土中加入碳纤维,可以显著提高抗拉、抗压、冲击韧性,改善混凝土的干缩性能,提高混凝土的耐久性,相比钢纤维更耐腐蚀。碳纤维具有较高的热传导系数,因此把碳纤维混凝土作为火灾易发区的监控传递载体。碳素纤维混凝土具有良好的导电性能,其电阻率与温度以及压力有相关性。由于碳纤维混凝土是一种复杂的复合材料,其作用机理比较复杂,现阶段研究得到的温敏和压敏特性规律并不能大范围适用。 由于其具有温敏和热敏效应,长用于重要需要监控的结构中如桥梁、大坝、隧道、特殊环境中的结构物。广州番禺龙湾大桥的加固,使碳纤维混凝土布与混凝土达到固化,增加钢筋混凝土的强度,改善结构的受力状态。如今也有学者开始利用碳纤维混凝土的智能效果,用来调控温度,减轻温度引起的裂缝以及应力集中。 2.3 玻璃纤维混凝土 玻璃纤维与混凝土的粘结性比钢纤维效果好,玻璃纤维可以很细,几乎能与混凝土成一个整体。提高了普通钢筋混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击性,抗压性能提高有限。玻璃纤维混凝土,形成的高性能混凝土,其制作材料简单,取材方便。玻璃纤维混凝土的废物特别适合于循环处理。但玻璃纤维混凝土对裂缝的约束有限,其延性的增强明显低于前两种类型的纤维混凝土。但其对早期混凝土干缩裂缝无明显抑制作用。 高性能玻璃纤维混凝土主要应用于非承重构件。淮南田集电厂专用线范围内袁庄路下穿铁路,立交桥箱顶面采用玻璃纤维混凝土,该工程施工玻璃纤维均匀分布在混凝土中,易于施工,可成型各种形状的制品,防干缩性裂缝较好[4]。 2.4 矿物纤维混凝土 矿物纤维混凝土主要是指采用矿物原材料制成的纤维状与混凝土混合成的复合材料。例如,玄武岩纤维是指由纯天然玄武岩矿石经高温熔融后,通过铂锗合金拉丝漏板制成,其原材料主要采自于火山矿物,因此其性能稳定,抗高温,耐腐蚀。矿物纤维混凝土中除玄武岩纤维还出现了一种新型―水镁石矿物纤维混凝土,水镁石纤维具有优良的力学性能、抗碱性能、水分散性能及环境安全性,与水泥具有很好的相容性和结合强度[5]。经研究表明玄武岩纤维可能在混凝土内形成通道,降低其抗渗性能。但其对于高强混凝土的抗压强度提高并不明显。 玄武岩纤维不需要特殊添加与混凝土有很好的相容性,可广泛应用于消防建筑、桥梁、机场道路及公路等军工民用领域以及水利设施中的建筑、加固修复,以及处于恶劣环境中的工程结构。湖南省宁道高速公路路面采用玄武岩纤维加入混凝土中制约普通混凝土干缩时容易发生的裂缝[6]。 2.5 有机合成纤维混凝土 有机合成纤维,主要是指一些聚合物类似塑料之类的纤维化合物。主要用来提高混凝土的韧性和延性以及水工防渗。最新发展起来的具有广阔前景的是聚乙烯醇纤维混凝土。PVA纤维具有良好的亲水性和分散性能,能比较均匀地分散在混凝土中,因此方便施工,但其耐高温性能差。 欧美以及日本等国已开始在路面、桥面、隧道、水电站、机场以及建筑墙体中使用,并用于结构修复和加固。由于水利大坝容易出现劈裂破坏,PVA纤维混凝土的抗劈拉效果好,因此在修筑心墙是采用PVA纤维混凝土能增加结构的安全性。位于京杭运河的大王庙至淮安段的皂河三线船闸,其闸室墙体采用具有高强度和高弹性模量的聚乙烯醇纤维混凝土,以减小由于多变截面,大体积易水化热和不均匀沉降产生的开裂,以及营运期间的外界冲击荷载等,这是聚乙烯醇纤维混凝土在水利工程中的一成功应用,经过一年多的营运证实到达了设计要求[7]。 3 建议及展望 纤维的加入改善了混凝土易脆性开裂等的缺陷,并在不同方面增强了混凝土的力学性能。水泥的制作容易产生污染,在绿色环保环保的要求下,工程材料势必向高性能发展,因而纤维混凝土作为一种新型复合材料结合高性能混凝土在工程结构中具有较高的发展潜力。通过对其发展现状的分析,结合工程结构以及环境的需要,高性能纤维混凝土的发展需要考虑以下几个问题: 1.高性能纤维混凝土的力学及破坏机理的研究。如何得到纤维混凝土的准确的破坏机理以及设计准则是使用高性能纤维混凝土的前提。 2.多种纤维的混合使用。纤维品种较多,各自具有其优势,如何将几种纤维的优势合并,已有学者将两种纤维混杂在一起形成复杂纤维混凝土,但力学性质还不稳定,构造复合稳定的高性能纤维混凝土是发展的趋势。 3.提高其经济效益。纤维混凝土虽然能提高混凝土的力学性能,但其造价较高,因此许多工程结构仍使用普通钢筋混凝土,如何降低纤维混凝土的单价是其广泛应用的一个重要因素。 4.纤维混凝土材料的回收利用。高性能纤维混凝土的基料仍是混凝土,工程建设需要大量的水泥,水泥的制作对环境影响很大。已有针对再生骨料的研究,对废旧混凝土进行二次利用,但再生混凝土性质不稳定。高性能纤维混凝土绿色可持续化发展势必与再生混凝土联系起来,因此研究再生混凝土并应用在纤维混凝土中是发展高性能纤维混凝土的最终选择。 参考文献 [1] 关于钢纤维混凝土的一般说明[J]. 国外桥梁. 1977(02): 33-35. [2] 白振鑫. 关于钢纤维混凝土的探讨[J]. 河南建材. 2011(02): 130-131. [3] CN-CECS.碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S],