超高性能混凝土UHPC详解-超高性能混凝土的发展课件

新材料、新装备、新工艺

研究及工程应用2023/9/291超高性能混凝土

UHPC详解目录CONTENTSUHPC材料及工程应用简介UHPC材料研发UHPC工程施工案例12UHPC材料在预制构件上的应用研究钢桥面UHPC铺装专用成套设备开发56结论及结束语2023/9/292012023/9/293O

NEUHPC材料及工程应用简介1、超高性能混凝土(UHPC)简介性质：超高性能混凝土（UitrahighPerforanceConcrte）结构研究与应用是一门研究型选修课。地位：是一门提高本科生专业素养，扩展国际视野，培养科研能力的拓展课程，也是给准备考研的同学提供超前学习机会的课程。基础学科：混凝土结构设计原理及混凝土结构、房屋建筑学、土木工程材料、材料力学、理论力学、结构力学等。2023/10/141、超高性能混凝土(UHPC)简介混凝土：2023/10/15

由胶凝材料（水泥、细骨料（砂）、粗骨料（石子）、溶剂（水）以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。优点：

相对于其他材料，混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。1、超高性能混凝土(UHPC)简介混凝土：由胶凝材料（水泥、细骨料（砂）、粗骨料（石子）、溶剂（水）以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。优点：相对于其他材料，混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。2023/10/161、超高性能混凝土(UHPC)简介缺点自重大、脆性大和强度（尤其是抗拉强度）低，使用范围狭窄；对于低强度的混凝土，在满足相同功能时用量较大，不符合国家节约、降耗要求。2023/10/171、超高性能混凝土(UHPC)简介毫米级骨料微米级水泥等亚微米级硅灰1993

年法国Bouygues

公司Richard

等人率先研制出的一种超高性能水泥基复合材料——活性粉末混凝土（

ReactivePowderConcrete，简称RPC），并注册为专利产品欧洲改称为Ultra-High

PerformanceConcrete，简称UHPC超高的力学性能 超高的耐久性2023/10/182、超高性能混凝土(UHPC)发展由于减水剂和高活性掺合料的开发和应用，强度超过60Mpa。3）纤维增强混凝土（FRC）：加入钢纤维（常用）2）20世纪70年代末，4)对混凝土的耐腐蚀性、耐久性和抵抗各种恶劣环境的能力提6）Bachel采用细料致密法，发挥硅灰和高效减水剂的作用，达到减小孔隙率，制备的出高性能混凝土(HPC）150~200Mpa混凝土得到运用。5）Brumaue报道了抗压强度达到

240MPa的低孔隙率的水泥基材料。1）20年代、50年代和70年代,混凝土的平均抗压强度可分别20、30、40Mpa。2023/10/192、超高性能混凝土(UHPC)发展9）1994年Larrard等首次提出超高性能混

凝土（UHPC）的概念。10) 以ＲＰＣ 制备原理为基础的ＵＨＰＣ材料的研究与应用，是当今水泥基材料发展的主要方向之一。7)Birchal等开发出无宏观缺陷

(MDF)水泥基材料,抗压强度达到

200Mpa。8）20世纪90年，法国

Bouygues在DSP、MDF及钢纤维混凝土研究基础上，研发出RPC。2023/10/1103、UHPC的工程应用当今水泥基材料发展的主要方向近三十年来最具创新性的水泥基工程材料实现工程材料性能的大跨越巴黎鲍茵球场3500块UHPC面板，实现整体结构轻量化2023/10/1114、UHPC的技术优势抗压、抗拉强度高

结构致密、耐久性好超高韧性工作性好结构轻型化、薄壁化 全寿命周期成本低提高结构的抗震、抗疲劳性能养护与维修简便2023/10/1125、UHPC在桥梁工程中的应用钢桥面铺装极易损坏四大病害寿命仅5~10年正交异性桥面板疲劳裂纹通常5年就开裂2023/10/1135、UHPC在桥梁工程中的应用钢-UHPC轻型组合结构有效提高桥面刚度大幅降低钢桥面应力延长抗疲劳寿命有望彻底解决钢桥面铺装易损难题2023/10/1145、UHPC在桥梁工程中的应用UHPC湿接缝技术箱梁湿接缝连接

墩柱湿接缝连接

防撞墙湿接缝连接取消钢筋焊接取代套筒灌浆取代螺栓连接2023/10/1156、UHPC的其它应用混凝土桥空心板梁、T梁、小箱梁、连续箱梁、槽梁、拱桥、斜拉桥等各种桥梁结构；桥面板、桥面铺装；墩柱、盖梁等PC装配式结构构件湿接缝：柱与梁、梁与梁、梁与板、墙与梁等构件间节点轻质耐久桥梁构件，如π梁、轻薄桥面板、人行天桥等其他领域水利水电工程、轨道交通工程、港口与海洋工程民防、国防等防护工程、核电工程耐磨件……2023/10/1167、UHPC高性能混凝土运用情况UHPC运用不理想的原因2023/10/117UHPC运用情况尽管ＵＨＰＣ自出现以来，不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海洋等工程之中，然而应用发展远低于预期。以应用最多的桥梁为例，自1997年第一座UHPC桥加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC桥建成以来，十几年间全世界也仅建成３０余座，且以中小跨径与人行桥为主。在中国，ＵＨＰＣ实际工程应用也极少，以桥梁为例，仅在铁路上有１座梁桥的应用，目前１座公路梁桥正在建设之中。一方面，有关ＵＨＰＣ 的研究主要集中在发达国家，而这些国家已完成大规模的基础设施建设，推动其研究与应用的市场动力不足；另一方面，发展中国家虽然有较大的基础设施建设的需求，但是基础研究不足和ＵＨＰＣ

价格较高，影响了其在工程中的应用。7、UHPC高性能混凝土运用情况我国研究高性能混凝土的意义：

1）在今后相当长一段时间内，中国仍处于大建设时期，随着对节能减排、可持续发展要求的不断提高，对混凝土性能的要求也将越来越高。高性能混凝土推广应用是强化节能减排、防治大气污染的有效途径，能提高建筑质量，延长建筑物寿命，提升防灾减灾能力，有利于推动水泥工业结构调整。为中国UHPC

技术、混凝土材料与工程结构走在世界前列做出积极的贡献。2023/10/118022023/10/119O

NEUHPC材料研发1、UHPC配合比设计UHPC骨料体系设计颗粒的紧密堆积改进Andreasen

and

Andersen

模型基本骨料颗粒体系组成胶砂比范围2023/10/120122、UHPC配合比试验UHPC材料基础配合比2023/10/1213、力学性能试验——四点弯拉强度2023/10/1224、力学性能试验——轴拉强度起裂强度8.45MPa；抗拉强度10.01MPa应变强化1210864200.00.51.02.02.53.0应力(MPa)1.5应变(%)应变强化阶段2023/10/1235、体积变形试验UHPC总收缩变形量小于100μm/m膨胀收缩2023/10/1246、UHPC配方优异的力学性能和耐久性项目测试结果抗压强度（MPa）132.4抗折强度（MPa）29.3抗拉强度（MPa）10.0弹性模量（GPa）46.4材料断裂韧性（KJ/m2）21.1氯离子扩散系数（10-12×m2/s）0.01冻融剥离（g/cm2）0磨 系数（kg/m2）0.962023/10/125032023/10/126O

NEUHPC材料在预制构件上的应用研究1、UHPC在预制构件中的应用研究UHPC在建筑领域的运用建筑外立面挂板超轻、超薄UHPC构件UHPC薄板试验2023/10/1271、UHPC在预制构件中的应用研究2023/10/128全预制UHPC盖梁（科研合作）UHPC

盖

梁原型结构全

长24.6m

；顶板

宽

2.2m

，顶板厚度为通长0.25m

；底板厚度标准段为0.25m

，

根部加厚段为450mm

；

腹板厚度标准段为

0.2m

，加厚段为

320mm

；两侧悬臂端部高

1.008m

，结

构中心线处梁高

2.1m。1、UHPC在预制构件中的应用研究全预制UHPC盖梁模型制作：缩尺模型2:1加载测试：抗剪与抗弯2023/10/1291、UHPC在预制构件中的应用研究2023/10/130全预制UHPC盖梁优点超载性能抗裂性能良好的抗剪性能/抗弯性能1、UHPC在预制构件中的应用研究UHPC管桩（科研合作）UHPC配合比成型工艺2023/10/1311、UHPC在预制构件中的应用研究UHPC管桩大直径管桩Ф3000mm，壁厚60mm连接方式可打入性2023/10/1321、UHPC在预制构件中的应用研究UHPC管桩结构力学性能试验2023/10/133042023/10/134O

NE钢桥面UHPC铺装专用成套设备开发1、钢桥面UHPC铺装专用成套设备UHPC精准布料机齿轮布料，布料更精准、更连续2023/10/1351、钢桥面UHPC铺装专用成套设备智能化整平机高频振动，精确控制整平高程2023/10/1361、钢桥面UHPC铺装专用成套设备自动覆膜机自动喷雾，自动覆膜2023/10/1372、UHPC铺装工艺性试验目的：初步形成UHPC铺装施工工艺设计铺装宽度15m，一幅1.6m铺装前用40mm的角钢支模，支模范围尺寸为15.00m×3.20m2023/10/1383、UHPC铺装试验搅拌机拌料→接料斗→布料机料斗布料→整平→覆膜2023/10/1393、UHPC铺装试验2023/10/1400-3mm骨料UHPC和0-5mm骨料UHPC均能顺利布料3、UHPC铺装试验整平与覆膜2023/10/1414、钢桥面UHPC人工摊铺试验湘府路项目现场湘府路全尺寸钢桥面UHPC人工摊铺形成钢桥面UHPC人工摊铺施工工艺2023/10/142052023/10/143O

NEUHPC工程施工案例UHPC工程施工案例2023/10/144某长江大桥钢桥面UHPC铺装试验段项目国内首座现役特大桥钢桥面UHPC铺装施工国内首次大面积、免蒸养机械化铺装施工铺装面积2250m2，铺装厚度4.6-4.8cm2018年12月完成施工某某大修工程铺装某桥加固UHPC铺装2018年12月完成施工UHPC工程施工案例2023/10/145某诸光路隧道UHPC湿接缝项目UHPC在某地区新建隧道预制构件湿接缝连接中的首次应用2019年1月施工湘府路快速路改造工程项目钢桥面UHPC铺装铺装面积8000m2，铺装厚度5cm2019年5月施工某长江大桥钢桥面UHPC铺装概况某大桥钢桥面铺装试验段工程位于南汊悬索桥扬镇方向 起步段（北塔~第10S，共计150m），长度150m；

两种铺装方案各75m，宽度15m，铺装总面积约

2250m2；原铺装结构为下层2.5cm环氧沥青混凝土+上层3.0cm环氧沥青混凝土，于2005年5月通车。2023/10/146某长江大桥钢桥面UHPC铺装概况2023/10/147某大桥钢桥面UHPC铺装0~1.25mm骨料UHPC铺装：11月27日完成0~5mm骨料UHPC铺装：12月5日完成2023/10/148某大桥钢桥面UHPC铺装拌料与供料2台汽车吊——搅拌机上料1台汽车吊——布料机供料2023/10/149某大桥钢桥面UHPC铺装环氧喷涂施工2台环氧喷涂设备2023/10/150某大桥钢桥面UHPC铺装布料整平2023/10/151某大桥钢桥面UHPC铺装覆膜2023/10/152某大桥钢桥面UHPC铺装覆盖土工布与洒水养护2023/10/153某大桥钢桥面UHPC铺装效果2023/10/154现场效果0~1.25mm铺装效果0~5mm铺装效果某大桥钢桥面UHPC铺装效果无裂缝2023/10/155某大桥钢桥面UHPC铺装效果完成5-8mm磨耗层施工2023/10/156某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目2023/10/157某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目1号子桥和2号子桥；铺装长度10+13+10m，铺装宽度11.5m，铺装面积380m2；1号子桥由**公司完成，采用地泵+人工布料，用时12小时；2号子桥计划12月底进行UHPC铺装。某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目2023/10/158某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目2023/10/159现场情况某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目2023/10/160施工方案泵送+人工辅助布料；人工整平；人工覆膜；2台搅拌机，混凝土泵车，手扶式振平尺。某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目UHPC搅拌

UHPC泵送布料2023/10/161某高速公路大修工程(I期)某桥加固维修项目整平

覆膜养护2023/10/162某高速公路大修工程(