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                                    關于UHPC的一些討論

                                    author:華謹建材 ? time:2020-12-03 10:56:53 ? click:
                                    一、UHPC最低抗壓強度
                                     
                                    UHPC除具有超高強的抗壓強度外,還具有優良的耐久性和一定的抗拉能力,但是抗壓強度依然是其最主要的技術指標。
                                     
                                    各國標準所規定的UHPC最低抗壓強度指標不盡相同。早期標準均定得較高,如法國(AFGC)2001年和2013年的指南、日本(JSCE)2004年的指南均定為150MPa,韓國2012年的指南更是高達180MPa;然而,極高的抗壓強度在工程上難以充分發揮作用,為推廣應用,近年來最低強度要求有降低的趨勢,如法國的NFP-18-470定為130MPa,瑞士SIA2052和美國ASTMC1856/1856M-17定為120MPa。目前,120MPa和130MPa認可度較高,同時有個別專家認為,強度只有120~130MPa時,不能稱之為超高性能,而只能是超高強度。因為只有耐久性好,才能稱為超高性能,而且耐久性好則材料密實性必然好,強度也自然更高。在現有標準中,中國的GB/T31387-2015定得最低,僅為100MPa,這也引起國際同行的爭議。
                                     
                                    由于各標準中所采用的強度測試試件形狀、尺寸并不一致,且形狀、尺寸效應存在著換算關系,換算后各標準對UHPC最低強度的要求與換算前相比數值有所變化,但大小序列并沒有改變。有學者認為,100MPa抗壓強度的混凝土采用高性能混凝土的方法可以制備出來,因此,將其定為UHPC最低強度是偏低的;同時,UHPC因為要達到優良的耐久性,采用低水膠比獲得高于100MPa抗壓強度并無困難,而且強度定低了也不見得能取得經濟效益,因此,建議中國的UHPC抗壓強度最低要求可定在120~130MPa之間。
                                     
                                    二、UHPC定義
                                     
                                    雖然UHPC在學術層面的討論還在不斷進行之中,各標準對此均有所反映,但總體而言,它是一種比高性能混凝土更具優越力學性能(強度和耐久性)的水泥基復合材料。
                                     
                                    在分析總結各國標準基礎上,有學者提出的UHPC定義為“與高性能混凝土相比,具有高強度、高耐久性和拉伸延性的水泥基復合材料,并且摻入用于提高開裂后拉伸延性的纖維或纖維網,28d抗壓強度至少120MPa”。
                                     
                                    首先,對UHPC材料本質的認識,目前有兩大觀點:一種觀點認為它仍然是混凝土的一種;另一種觀點認為它是一種不同于傳統混凝土的水泥基材料。具體體現在UHPC名詞中,前者認為它的C是指混凝土(Concrete),后者認為它的C是指水泥基材料(Cement-basedMaterial)。大部分學者和標準中C用的是前者,也有學者持后者的觀點。實際上后者的說法在2004年德國卡塞爾第1屆UHPC國際會議上得到許多專家的認可,雖然UHPC仍沿用混凝土名稱,但卻可以認為是一種新的材料,即新一代水泥基建筑材料。
                                     
                                    其次,關于UHPC是否一定要用纖維增強,也有不同的看法。在許多研究中,UHPC包含有纖維增強和無纖維增強的2種材料,以探究纖維作用;另外,在鋼管UHPC受壓構件中,管內UHPC也可以不用纖維增強,因為鋼管約束作用能提高管內UHPC的韌性。另一種觀點認為,UHPC一定要有纖維增強,并應稱為UHFRC,不能省去FR(FiberReinforced,纖維增強)。法國、瑞士等規范均采用UHPFRC,有時在名詞中還要加上“復合”(Composite)來強調它是由基體和纖維組成的材料。
                                     
                                    最后,也有學者認為UHPC應具有開裂后的拉伸延性。對此,也有不同的看法。UHPC不僅具有一定的抗拉強度,且由于纖維的橋接作用,受拉開裂后具有一定的拉伸延性,許多學者研究認為UHPC受彎結構設計應考慮其抗拉強度。設計中考慮抗拉強度后,對UHPC的拉伸延性就必然提出要求。然而,另有觀點認為UHPC的抗拉強度并不高,貢獻不大,且它與澆注方向等施工工藝直接相關,實際工程中不易控制,為簡化計算和偏安全考慮,不必考慮抗拉強度的貢獻。如果設計中不考慮抗拉強度的貢獻,則對UHPC的拉伸延性沒有必要提出要求。
                                     
                                    三、UHPC應用
                                     
                                    隨著標準制訂的不斷進展,經濟性越來越成為影響UHPC推廣應用的關鍵。在現有應用中,馬來西亞和越南的橋梁應用具有較好的一次性投資經濟性,其余大部分的造價均較高。許多學者在替代材料方面展開研究,研究結果顯示,單價較高的鋼纖維和硅灰的替代效果仍不理想。有學者認為,UHPC就應該保持其超高的性能,不能為取得經濟性去降低其品質,尤其是工業廢料和機制砂等原材料質量不穩定,給UHPC質量控制帶來困難。應將UHPC視為功能性材料,并通過結構創新來取得綜合經濟效益。
                                     
                                    UHPC比高性能混凝土具有更高的抗壓強度和抗拉強度、更好的耐久性。部分應用中可以綜合發揮各種性能優勢,如在橋梁主體結構以及鋼-UHPC組合橋面板等。然而一些實際應用中,這3個優勢不一定能同時發揮作用,而是偏重某些性能的發揮,如對于某些通過發揮抗拉優勢、省去普通鋼筋和箍筋的應用存有爭議,認為這可能會導致結構脆性破壞。
                                     
                                    UHPC在工程結構應用時,有些是簡單的替代性應用,即保持結構形式基本不變,僅用UHPC替代普通或高性能混凝土,或替代鋼材。另一些則是強調結構或造型的創新,如人行橋,將欄桿做成結構的一部分,形成U形梁。該形式在許多人行橋中得到應用。
                                     
                                    中國UHPC研究開展并不晚,但早期的實際應用極少,若置于中國大規模工程建設的背景下,更顯得滯后。中國目前仍處于大規模建設時期,在國際上被認為是UHPC最大的市場。同時,中國是微細鋼纖維主要生產國,且造價較低,成為中國UHPC推廣應用一個有利條件。然而,對新材料應用的畏難和怕擔責任等情緒使得工程創新應用難度增加。如何取得突破,還有待各方面的努力。
                                     
                                    四、UHPC標準
                                     
                                    近年來,有關UHPC的標準制訂在不斷推進之中,將為中國UHPC應用提供重要的技術保證。然而,隨著中國工程建設標準體系的改革和團體標準應用的推進,有關UHPC標準的制訂呈井噴式現象對UHPC推廣應用是否只是利好而無副作用,目前還難以斷言。
                                    UHPC

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