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    橋梁領域的黑科技混凝土”----“UHPC

    發布時間: 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,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據對比如下表所示,UHPC的力學性能指標均遠大于傳統混凝土。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構、很強的抗滲能力和很好的抗凍融循環能力;UHPC不存在堿—骨料反應、凍融循環和延遲鈣礬石生成的問題。在無縫狀態下,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據對比如下表所示,UHPC的各項耐久性指標均遠大于傳統混凝土。

    UHPC發展及應用推廣歷程
          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,對結構的自重增加有限,而且改造后的養護費用較小,具有廣闊的應用前景。 在橋梁鋪裝層改造層面,鋼—UHPC輕型組合橋面結構改造應用.為普遍。
    主要病害
    正交異性鋼橋面板主要病害:主要表現為鋼橋面板疲勞和鋪裝層破壞。
    UHPC輕型橋面結構形式
            利用UHPC混凝土的抗拉、抗折、抗裂、韌性好、耐久性優異等特點,采用剪力釘與鋼橋面板連接。密集布筋、高溫蒸養等措施,提高橋面結構層剛度和耐久性,實現結構層免維護、SMA磨耗層周期內無需維護。
    優點傳統橋面鋪裝VSUHPC輕型橋面鋪裝

    (1)組合結構大幅度提高了橋面剛度,從而有效改善瀝青面層受力狀態;

    (2)UHPC層為水泥基材料,溫度穩定性好,改善了瀝青面層工作條件,大幅度降低了粘結層失效、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結構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24h后實施高溫蒸養。

    UHPC規?;瘧妹媾R的挑戰

    1.UHPC產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,主要是依據各地的地方標準開展,沒有統一的行業標準。

    3.傳統振搗成型難以實現UHPC勻質穩定品質需求,UHPC材料施工穩定性有待提高。此外,傳統結構體系嚴重制約UHPC超高力學性能發揮,傳統設計理論無法精準考慮UHPC應變硬化特征,其結構設計理論及適宜結構體系仍需完善。

    UHPC未來發展

    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構和鋼結構的“痛點”和“瓶頸”難題,具備技術突破性與重大進步性的雙重特征。其既能使新建工程結構耐久性及免維護服役壽命呈倍數提高,又能較完善地修復和保護老化或有缺陷工程結構,使老結構繼續長期安全地服役;此外,UHPC大幅度提升了水泥和鋼材的使用效率,使工程建設產生的碳排放、資源消耗、環境友好、可持續發展等環境指標整體提升一大步。

    目前,UHPC市場正處于穩步增長期,未來將會進入高速發展期,在市場接近飽和后發展將變得平緩。加拿大V H Perry先生對全球UHPC市場發展進行了預測,他認為,“到2040年,全球對UHPC材料的需求估計每年為1000億美元,基于UHPC的工程建設,整體行業規??蛇_每年1萬億美元”,具體如下圖所示。Perry先生預測在標準規范和市場發展良好的基礎上,UHPC的高速發展期大約在10年后出現。


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