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橋梁領(lǐng)域的黑科技混凝土”----“UHPC

發(fā)布時間: 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)是指抗壓強度120MPa以上,具有超高強度、超高韌性和超長耐久性的水泥基復合材料。為保證UHPC具有優(yōu)越的力學性能,需極大地降低其孔隙率,使UHPC達到.緊密堆積狀態(tài),因此配置UHPC時,多采用細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

“超高性能混凝土”包含兩個方面“超高”。

1.超高的力學性能

通過添加鋼纖維,UHPC在擁有超強抗壓強度的同時,兼具超強的韌性和抗折強度。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)對比如下表所示,UHPC的力學性能指標均遠大于傳統(tǒng)混凝土。2.超高的耐久性

大量試驗研究與理論可證實,UHPC具有非常緊密的微觀結(jié)構(gòu)、很強的抗?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、凍融循環(huán)和延遲鈣礬石生成的問題。在無縫狀態(tài)下,UHPC的耐水性、抗氯離子滲透、抗碳化、抗化學腐蝕等耐久性指標與傳統(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)對比如下表所示,UHPC的各項耐久性指標均遠大于傳統(tǒng)混凝土。

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

UHPC在橋面鋪裝上的應用
       近年來,UHPC 因其具有較高的抗壓、抗拉強度和良好的耐久性能,在舊橋加固中得到廣泛的應用。采用 UHPC 對舊橋橋面鋪裝進行改造,其加固層的厚度可以顯著減小,對結(jié)構(gòu)的自重增加有限,而且改造后的養(yǎng)護費用較小,具有廣闊的應用前景。 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,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,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)層免維護、SMA磨耗層周期內(nèi)無需維護。
優(yōu)點傳統(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、推移等破壞風險;

(3)減小了鋼面板和加勁肋在輪載下的應力,大幅提高了鋼橋面的抗疲勞壽命;

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

實施要點及施工流程
      (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)進行配重;

(2)澆筑時封閉交通,自跨中向兩端同步對稱澆筑;

(3)覆膜濕養(yǎng)24h后實施高溫蒸養(yǎng)。

UHPC規(guī)?;瘧妹媾R的挑戰(zhàn)

1.UHPC產(chǎn)品材料及建造成本相對普通混凝土仍然偏高,UHPC材料市場上沒有成熟的定額,仍然需要按照市場詢價的方式進行比選,這無疑給政府投資項目申請資金帶來了一定的阻礙。

2.目前涉及到UHPC的施工完成后的評定及驗收,主要是依據(jù)各地的地方標準開展,沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準。

3.傳統(tǒng)振搗成型難以實現(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)體系嚴重制約UHPC超高力學性能發(fā)揮,傳統(tǒng)設(shè)計理論無法精準考慮UHPC應變硬化特征,其結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及適宜結(jié)構(gòu)體系仍需完善。

UHPC未來發(fā)展

UHPC使水泥基材料的力學性能和耐久性有了跨越式提高,并擁有獨特的韌性性能,能很好解決混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的“痛點”和“瓶頸”難題,具備技術(shù)突破性與重大進步性的雙重特征。其既能使新建工程結(jié)構(gòu)耐久性及免維護服役壽命呈倍數(shù)提高,又能較完善地修復和保護老化或有缺陷工程結(jié)構(gòu),使老結(jié)構(gòu)繼續(xù)長期安全地服役;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)境指標整體提升一大步。

目前,UHPC市場正處于穩(wěn)步增長期,未來將會進入高速發(fā)展期,在市場接近飽和后發(fā)展將變得平緩。加拿大V H Perry先生對全球UHPC市場發(fā)展進行了預測,他認為,“到2040年,全球?qū)HPC材料的需求估計每年為1000億美元,基于UHPC的工程建設(shè),整體行業(yè)規(guī)??蛇_每年1萬億美元”,具體如下圖所示。Perry先生預測在標準規(guī)范和市場發(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)。