超高性能水泥基复合材料及其新型组合结构设计.pdfVIP

超高性能水泥基复合材料及其新型组合结构设计 吴香国1,2,a徐世娘l，6 1，大连3E_r_大学土木工程学院，大连116024中国； 2，韩国金乌国立工科大学土木环境工程学院，龟尾市730-701韩国 a：wuxiangguo@hrbeu．edu．cnb：shilangxu@126．com 摘要：材料变量的分析和养护工艺设计是超高性能水泥基复合材料(UHPCC)配制技术的关键环 节，直接影响UHPCC的工业化生产的经济性和质量性．材料变量包括水灰比、硅灰含量、砂的粒 径和含量、填充剂类型和含量、钢纤维的性能。本文首先以抗压强度为目标值，通过材料变量对 研制技术．通过早期养护方法、起始时间、持续时间以及高温养护等工艺因素的分析，进行了养护 工艺优化设计，即在浇注24小时后，先进行水中早期养护，然后进行高温蒸汽养护．利用简化的 UHPCC本构关系，进行了UHPCC组合结构界面分析及其结构弯剪设计方法介绍．本文可以作为国 内UHPCC研制技术发展的基础，也可以作为研发UHPCC结构设计的参考． 关键词：超高性能；水泥基复合材料；材料变量；养护工艺；组合结构；抗剪强度 高强混凝土的研制和应用往往在一定程度上代表了一国的建筑科技水平。超高性能 水泥基复合材料(国际缩写UHPCC或P．PC)是由短细钢纤维和高强水泥基体以及矿物 掺合剂经特殊工艺拌和与养护工艺制成，其抗压强度理论上可以达到100--400MPa。同 普通混凝土和普通纤维混凝土(FRC)相比较，由于UHPCC基体密实作用和火山灰反 应，使其抗压强度达到超高强，同时在弯曲、受拉和受压状态下也表现出较高的韧度， 并具有较高的耐久性能¨】。较高的力学性能和耐久性能，使UHPCC有望在新型结构设 计中取代普通混凝土和高强混凝土12J，成为新一代结构材料，而不仅仅像FRC局限于结 构加固水平。UHPCC的研究和应用已经引起世界各国的广泛重视。国际上，由美国密 范围内超高性能混凝土研究的主要力型引。Pierre，R．研究了超高性能纤维混凝土的配制 技术【41，Katrin在实验的基础上研究了超高性能纤维混凝土的理论模型归J。从产品角度， 应力UHPCC永久模板组合结构体系是一种具有远大工程应用前景的崭新设计方案，体 现在其经济性、高施工速度、高耐久性和节能等方面。法国Ductel@建设的 了2．2倍。 但到目前为止，关于UHPCC的配制技术仍尚未稳定成熟，仍处于材料研究和工程 应用探索阶段。尤其在我国，UHPCC的国产化在性能稳定性和工艺经济性两个方面还 需进一步研究。材料变量对UHPCC性能的影响分析是研发UHPCC配制技术的关键环 节。本文研究了材料变量(包括水灰比、硅灰含量、砂的粒径和含量、填充剂类型和含 作者简介：吴香国(1976)，男，哈尔滨人，副研究员，博士，主要从事新型材料与结构设计、工 程力学等方向研究。(E—mail：wuxiangguo@hrbeu．edu．on)。 徐世娘(1953)，男，陕西人，博士，长江学者特聘教授，博士生导师，主要从事混凝土断裂力学 方向研究。(E-mail：shilangxu@a26．corn)。 量、钢纤维的性能)对UHPCC的性能的影响，开展了以抗压强度目标值180MPa的 UHPCC材料性能研究，分析了高温蒸汽养护条件和早期养护条件等工艺因素对UHPCC 材料性能的影响。在组合结构受力机理分析方面，Bradford集中在钢和混凝土的组合设 计进行了大量的研究工作‘10]【11】，但是关于UHPCC与NC的组合结构机理尚未见到研究 的工作为基础，简化应力分布计算模型，推导了与中性轴位置对应的极限抗弯强度。 本文为推进UHPCC及其产品在我国的研究与应用提供了技术参考。 1 UHPCC及其工艺设计 1．1材料 1．1．1凝胶体 采用普通波特兰水泥(OPC)和硅灰(SF)两种凝胶体。 1．1．2骨料(S) 采用粒径0．5mm以下的国产细砂为骨料(无粗骨料)，且考虑两类细骨料： A类：密度为2．629／cm3，平均粒径为0．3～0．5ram，Si02含量为93％； 7～0．3mm，Si02含量为93％。 B类：密度为2．629／cm3，平均粒径为0．1 1．1．3超塑剂(SP) 采用密度为1．0