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橋梁領(lǐng)域的黑科技混凝土”----“UHPC

發(fā)布時(shí)間: 2024-08-22    作者:admin
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UHPC概況

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)是指抗壓強(qiáng)度120MPa以上,具有超高強(qiáng)度、超高韌性和超長(zhǎng)耐久性的水泥基復(fù)合材料。為保證UHPC具有優(yōu)越的力學(xué)性能,需極大地降低其孔隙率,使UHPC達(dá)到.緊密堆積狀態(tài),因此配置UHPC時(shí),多采用細(xì)骨料和顆粒直徑更小的礦物原料填充體系的孔隙,由于用水量較低,需加入高效減水劑保證工作性能。

材料特點(diǎn)

“超高性能混凝土”包含兩個(gè)方面“超高”

1.超高的力學(xué)性能

通過(guò)添加鋼纖維,UHPC在擁有超強(qiáng)抗壓強(qiáng)度的同時(shí),兼具超強(qiáng)的韌性和抗折強(qiáng)度。UHPC與普通混凝土、高性能混凝土和鋼纖維混凝土的性能數(shù)據(jù)對(duì)比如下表所示,UHPC的力學(xué)性能指標(biāo)均遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)混凝土。2.超高的耐久性

大量試驗(yàn)研究與理論可證實(shí),UHPC具有非常緊密的微觀結(jié)構(gòu)、很強(qiáng)的抗?jié)B能力和很好的抗凍融循環(huán)能力;UHPC不存在堿—骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)和延遲鈣礬石生成的問(wèn)題。在無(wú)縫狀態(tài)下,UHPC的耐水性、抗氯離子滲透、抗碳化、抗化學(xué)腐蝕等耐久性指標(biāo)與傳統(tǒng)混凝土相比有巨大提升。UHPC與普通混凝土、高性能混凝土和鋼纖維混凝土的耐久性數(shù)據(jù)對(duì)比如下表所示,UHPC的各項(xiàng)耐久性指標(biāo)均遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)混凝土。

UHPC發(fā)展及應(yīng)用推廣歷程
      丹麥學(xué)者Bache于1978年..提出均布超細(xì)致密體系至今,UHPC超高性能混凝土的研究和應(yīng)用已有40多年的發(fā)展歷程。截止2024年,全橋應(yīng)用UHPC材料的橋梁超過(guò)1000座。

UHPC在橋面鋪裝上的應(yīng)用
       近年來(lái),UHPC 因其具有較高的抗壓、抗拉強(qiáng)度和良好的耐久性能,在舊橋加固中得到廣泛的應(yīng)用。采用 UHPC 對(duì)舊橋橋面鋪裝進(jìn)行改造,其加固層的厚度可以顯著減小,對(duì)結(jié)構(gòu)的自重增加有限,而且改造后的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較小,具有廣闊的應(yīng)用前景。 在橋梁鋪裝層改造層面,鋼—UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)改造應(yīng)用.為普遍。
主要病害
正交異性鋼橋面板主要病害:主要表現(xiàn)為鋼橋面板疲勞和鋪裝層破壞。
UHPC輕型橋面結(jié)構(gòu)形式
        利用UHPC混凝土的抗拉、抗折、抗裂、韌性好、耐久性優(yōu)異等特點(diǎn),采用剪力釘與鋼橋面板連接。密集布筋、高溫蒸養(yǎng)等措施,提高橋面結(jié)構(gòu)層剛度和耐久性,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層免維護(hù)、SMA磨耗層周期內(nèi)無(wú)需維護(hù)。
優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)橋面鋪裝VSUHPC輕型橋面鋪裝

(1)組合結(jié)構(gòu)大幅度提高了橋面剛度,從而有效改善瀝青面層受力狀態(tài);

(2)UHPC層為水泥基材料,溫度穩(wěn)定性好,改善了瀝青面層工作條件,大幅度降低了粘結(jié)層失效、車轍、推移等破壞風(fēng)險(xiǎn);

(3)減小了鋼面板和加勁肋在輪載下的應(yīng)力,大幅提高了鋼橋面的抗疲勞壽命;

(4)UHPC結(jié)構(gòu)層具有高密實(shí)性及耐久性,與鋼橋面板等壽命,面板的防腐方面已不成問(wèn)題。

實(shí)施要點(diǎn)及施工流程
      (1)采用半幅封閉半幅通行方式施工,按照施工期荷載變化在施工側(cè)進(jìn)行配重;

(2)澆筑時(shí)封閉交通,自跨中向兩端同步對(duì)稱澆筑;

(3)覆膜濕養(yǎng)24h后實(shí)施高溫蒸養(yǎng)。

UHPC規(guī)?;瘧?yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

1.UHPC產(chǎn)品材料及建造成本相對(duì)普通混凝土仍然偏高,UHPC材料市場(chǎng)上沒(méi)有成熟的定額,仍然需要按照市場(chǎng)詢價(jià)的方式進(jìn)行比選,這無(wú)疑給政府投資項(xiàng)目申請(qǐng)資金帶來(lái)了一定的阻礙。

2.目前涉及到UHPC的施工完成后的評(píng)定及驗(yàn)收,主要是依據(jù)各地的地方標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展,沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.傳統(tǒng)振搗成型難以實(shí)現(xiàn)UHPC勻質(zhì)穩(wěn)定品質(zhì)需求,UHPC材料施工穩(wěn)定性有待提高。此外,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系嚴(yán)重制約UHPC超高力學(xué)性能發(fā)揮,傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論無(wú)法精準(zhǔn)考慮UHPC應(yīng)變硬化特征,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及適宜結(jié)構(gòu)體系仍需完善。

UHPC未來(lái)發(fā)展

UHPC使水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性有了跨越式提高,并擁有獨(dú)特的韌性性能,能很好解決混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的“痛點(diǎn)”和“瓶頸”難題,具備技術(shù)突破性與重大進(jìn)步性的雙重特征。其既能使新建工程結(jié)構(gòu)耐久性及免維護(hù)服役壽命呈倍數(shù)提高,又能較完善地修復(fù)和保護(hù)老化或有缺陷工程結(jié)構(gòu),使老結(jié)構(gòu)繼續(xù)長(zhǎng)期安全地服役;此外,UHPC大幅度提升了水泥和鋼材的使用效率,使工程建設(shè)產(chǎn)生的碳排放、資源消耗、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展等環(huán)境指標(biāo)整體提升一大步。

目前,UHPC市場(chǎng)正處于穩(wěn)步增長(zhǎng)期,未來(lái)將會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展期,在市場(chǎng)接近飽和后發(fā)展將變得平緩。加拿大V H Perry先生對(duì)全球UHPC市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè),他認(rèn)為,“到2040年,全球?qū)HPC材料的需求估計(jì)每年為1000億美元,基于UHPC的工程建設(shè),整體行業(yè)規(guī)模可達(dá)每年1萬(wàn)億美元”,具體如下圖所示。Perry先生預(yù)測(cè)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和市場(chǎng)發(fā)展良好的基礎(chǔ)上,UHPC的高速發(fā)展期大約在10年后出現(xiàn)。