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超高性能混凝土及其在建筑与交通工程中的应用

发布日期:2019-08-21 10:02 信息来源:河北交通报 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

超高性能混凝土是一种特殊的工程材料,兼具一系列卓越的性能,在国内外进行了多年大量的研究,为其应用和推广奠定了坚实的基础。在应用领域,超高性能混凝土在道路桥梁,尤其是高速铁路桥梁中发挥了重要作用,成为桥梁建筑的新兴材料之一。但是,超高性能混凝土工程应用与外国相比还是要少得多。特别是在今天越来越关注环境保护和可持续发展的前提下,如何有效地减少超高性能混凝土的环境负荷和经济成本,这也是在实际工程中进一步广泛应用所需要克服的挑战之一。

1、超高性能混凝土在发展中遇到的问题

超高性能混凝土的设计理论是在有限的空间内执行最大材料密度累积,形成原材料直径选择的最佳比例,一般最小的硅灰材料直径达到微米或亚微米水平,根据该模型理论,丹麦的奥尔伯在水泥和混凝土实验室制造了迄今为止最高强度的超高性能混凝土——400MPa的压缩能力,远远超过超高性能混凝土定理承受的上限,几乎达到了密室增强复合材料的标准。

研究结果表明,为了制造超高性能混凝土材料,必须将原料的质量控制工作提高几倍以上。例如,现有的普通混凝土和高性能混凝土是粉碎骨料的指标,但对于超高性能混凝土,除了粉碎以外,骨料的其他物理特性(例如,颗粒、渐变、膨胀指数、弹性模量和杂质含量)必须作为考虑标准。超高性能混凝土的密集结构本身就具有很强的粘性,低流动性特征的混合环的成本大大提高,为了控制这个环的效果,不仅需要引进专业的搅拌器机器,还需要密切监督搅拌器连接环,同时,超性能混凝土的水交费用太小,容易在后期成型收缩中出现裂缝,所以在对养护措施的要求上也更加严格。正是这些高性能的原料质量和配比需求,给超高性能混凝土的普及带来了一定困难。

2、超高性能混凝土在建筑与交通工程中的应用步骤

2.1落实对原材料配比的控制

在针对原材料进行质量管理的过程中,要核对这些原材料的规格进行实验确保符合要求。在保管材料的时候,也要做好质量控制。同时要进行原材料的配比实验。针对混合工艺,要进行严格的控制,这个过程要比普通的混凝土施工更加的认真。在选择水泥的过程中,要以高标水泥为主。选择骨料的时候尽可能的减少不规则人工骨料的数量,配比的时候要尽可能地降低水泥的水灰比,增加更多的矿物质,这样才能够确保超高性能的混凝土能够达到质量标准要求。

2.2对混凝土的混合搅拌流程进行监督

为了确保施工的质量,我们在使用超高性能混凝土的过程中用水量和普通的混凝土相比会少一些,那么,水胶比也会增高。就会增加整体的混合难度,我们要做好这个环节的控制工作,可以引进专业的设备进行搅拌。可以选择逐步添加的方式,这样能够把原材料混合均匀。

2.3浇筑和振捣环节的控制

工程施工有一个环节比较重要,那就是浇筑和振捣,这个操作方法和普通的方式没有较多的区别。在浇筑工作开始之前要确保模板内部的湿润度,避免在浇筑的过程中,因为吸水过量降低混凝土的离析。可以选择分层振捣的方式,这样能够减少其中的气泡。

2.4后期养护

超高性能的混凝土和普通的混凝土相比,水胶比有一定的区别,在后期凝固的过程中可能会出现裂缝。所以说,必须要进行专门的后期的养护工作,一般在夜间要进行保温处理。利用帆布材料当做保温层。在保温的过程中考虑到这种超高性能混凝土比较特殊,可以适当的选择效果更好的保温材料或者是覆盖多层的帆布。白天太阳照射,为了快速的降温,也可以使用冷水进行冷却降温。一切都要考虑到工程的实际需要。

2.5接缝技术

在建筑工程开展的过程中,使用最多的就是接缝技术,这种技术应用在桥梁建设中十分的常见。由于超高性能混凝土本身特性,所以必须要更加准确的进行接缝精度的控制。这样才能够确保建筑物整体的质量。

3、超高性能混凝土的工程应用实例

人口增长、资源短缺和环境污染的多重威胁促使建筑向高层和超大跨度发展。混凝土结构越来越多地应用于各种恶劣环境中,因此,超高性能混凝土可以发挥越来越大的作用。1995年,西雅图的TwoUnionSquar大楼采用了强度高达135兆帕的超高强度混凝土。这座建筑有56层,高225.56米。由于采用了超高强混凝土,降低了整个工程自重,大楼成本降低了约30%。2001年,美国用超高性能混凝土材料在伊利诺伊州建造了一个直径18米的圆形屋顶。屋顶不使用钢筋。该建筑充分利用了超高性能混凝土的高延性,满足了构件对拉伸、弯曲和初始开裂应力的要求。2004年,在北京交通大学的指导下,沈阳西科硅有限公司工业厂房扩建工程楼板、梁柱采用140兆帕超高性能混凝土预制构件。同年,丹麦设计师用超高性能混凝土(纤维含量2% ~ 4%)和钢筋(5% ~ 10%)建造螺旋楼梯,其中,钢筋提高了结构的整体承载力,纤维能有效控制裂缝。2008年,摩纳哥市政府采用超高性能混凝土预制板建造地铁和高层建筑。2009年,南京轨道交通工程进行了超高性能混凝土现场薄层浇筑施工。截止目前,文献共收集了33座以超高性能混凝土为主体结构的桥梁。其中,舍布克人行桥是最早的超高性能混凝土预制后张预应力人行桥。该桥采用空间桁架结构,连接4跨高性能混凝土引桥。2001年世界上第一座UHPC公路桥在法国成功建成。这座桥由两个跨度为20m的简支梁组成。桥面是连续的,在两跨之间填充了超高性能混凝土。近年来,中国在超高性能混凝土桥梁的实际工程应用方面也取得了很大进展。例如,湖南大学在长沙建造了中国第一座人行桥,中国铁路桥局桥梁科学研究所成功地将超高性能混凝土应用于钢箱梁桥面铺装等。 (孙静 田者野)

(审核专家 王一臣)


责任编辑:孙悦

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