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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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特超强高性能混凝土的研制与展望
Development and Looking Forward of Ultra High Strength High Performace Concrete ( UHSHPC )
2008年第2期
特超强高性能混凝土;活性粉末混凝土;制备工艺;拌合物配比
Ultra high strength high performace concrete (UHSHPC); Reactive powder concrete (RPC); Preparational technology; Mix Proportion
2008年第2期
1000-4637(2008)01-01-05
蒲心诚1,王 冲1,刘 芳1,王勇威2,万朝均1,杨长辉1
1. 重庆大学材料学院建材系,400045; 2. 四川大学水利工程学院,610000

蒲心诚1,王 冲1,刘 芳1,王勇威2,万朝均1,杨长辉1

浏览量:
1000
摘 要:论述了制备特超强高性能混凝土的技术途径与配比参数。采用常规的原材料及通用的制备工艺,以0.14~0.18的极低水胶比,制成了流动性优异、强度特高的特超强高性能混凝土,混合料坍落度达268mm,扩展度达680mm,90d抗压强度达175.8MPa,365d达到182.9MPa。与活性粉末混凝土相比,特超强高性能混凝土具有原料易得、制备简单、施工容易、成本低廉等优势,将成为未来混凝土科技发展的主导方向。文章还讨论了这种混凝土的水化放热、收缩及脆性等问题。讨论表明,这些混凝土所固有的问题,均有获得满意解决的有效途径。文章还展望了这种混凝土的未来应用前景。 Abstract:The preparational technology of ultra high strength high performance concrete (UHSHPC) is developed and the parameters of mix proportion is introduced. Based on the ordinary raw materials, the usual techniques and the extremety low water binder ratio of 0.14 to 0.18, UHSHPC with excellent workability and ultra high strength is successfully produced, the slump of which is up to 268mm, and the spread diameter of slump is more than 680mm, in the meantime, the compressive strength is higher than 175.8 MPa at the age of 90 days and more than 182.9 MPa after 365 days. The UHSHPC has several advantages such as the good availability of raw materials, the simplicity of production, the easiness for construction, the low production costs and etc., compared with the reactive powder concrete. As a result, UHSHPC will becom the main trend of the future concrete technology. The heat evolution during cement hydration, the shrinkage, and the brittleness of this UHSHPC are concerned and discussed. Even though all the above concerns are related with the intrinsic problems of concrete, the effective ways could be found to solve these problems satisfactorily. Finnally, the prospects for application of this UHSHPC are described by authors.
英文名 : Development and Looking Forward of Ultra High Strength High Performace Concrete ( UHSHPC )
刊期 : 2008年第2期
关键词 : 特超强高性能混凝土;活性粉末混凝土;制备工艺;拌合物配比
Key words : Ultra high strength high performace concrete (UHSHPC); Reactive powder concrete (RPC); Preparational technology; Mix Proportion
刊期 : 2008年第2期
DOI :
文章编号 : 1000-4637(2008)01-01-05
基金项目 :
作者 : 蒲心诚1,王 冲1,刘 芳1,王勇威2,万朝均1,杨长辉1
单位 : 1. 重庆大学材料学院建材系,400045; 2. 四川大学水利工程学院,610000

蒲心诚1,王 冲1,刘 芳1,王勇威2,万朝均1,杨长辉1

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘   要:论述了制备特超强高性能混凝土的技术途径与配比参数。采用常规的原材料及通用的制备工艺,以0.14~0.18的极低水胶比,制成了流动性优异、强度特高的特超强高性能混凝土,混合料坍落度达268mm,扩展度达680mm,90d抗压强度达175.8MPa,365d达到182.9MPa。与活性粉末混凝土相比,特超强高性能混凝土具有原料易得、制备简单、施工容易、成本低廉等优势,将成为未来混凝土科技发展的主导方向。文章还讨论了这种混凝土的水化放热、收缩及脆性等问题。讨论表明,这些混凝土所固有的问题,均有获得满意解决的有效途径。文章还展望了这种混凝土的未来应用前景。

Abstract:The preparational technology of ultra high strength high performance concrete (UHSHPC) is developed and the parameters of mix proportion is introduced. Based on the ordinary raw materials, the usual techniques and the extremety low water binder ratio of 0.14 to 0.18, UHSHPC with excellent workability and ultra high strength is successfully produced, the slump of which is up to 268mm, and the spread diameter of slump is more than 680mm, in the meantime, the compressive strength is higher than 175.8 MPa at the age of 90 days and more than 182.9 MPa after 365 days. The UHSHPC has several advantages such as the good availability of raw materials, the simplicity of production, the easiness for construction, the low production costs and etc., compared with the reactive powder concrete. As a result, UHSHPC will becom the main trend of the future concrete technology. The heat evolution during cement hydration, the shrinkage, and the brittleness of this UHSHPC are concerned and discussed. Even though all the above concerns are related with the intrinsic problems of concrete, the effective ways could be found to solve these problems satisfactorily. Finnally, the prospects for application of this UHSHPC are described by authors.

关键词:
特超强高性能混凝土;活性粉末混凝土;制备工艺;拌合物配比
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(1)本研究中,未加入钢纤维但保留了粗集料,粗细集料总量达1539kg/m3,占材料总量的60%。采用了活性粉末混凝土所用之极低水胶比,而混合料的流动性十分优异,在无热养护、无压力成型、无钢纤维的条件下,强度也完全达到了活性粉末混凝土的强度水平。由于水泥石的强度提高到了集料的强度水平,混凝土的匀质性也得以提高[1],相对活性粉末混凝土,本研究的特超强高性能混凝土具有原料易得、施工简易及成本低廉等优势。
(2)本研究的成功之道,主要在于胶凝材料组成的优化。即由水泥——水化反应的主体,硅灰——高火山灰反应物质,矿渣——有被激发的潜在水硬性,石灰石粉——能提高流动性、储存水分及促进水化反应和火山灰反应的这几种材料的巧妙搭配,保证了混凝土的强度。此外,减水效率很高的减水剂,增大的胶结材料用量,以及优良的胶结材颗粒的微级配[1],都为在极低水胶比条件下取得优异混合料流动性奠定了基础。特别应该强调,石灰石粉在增大流动性和提高强度方面都是制成特超强高性能混凝土不可或缺的重要组分。
(3)由于在胶凝材料中,掺入了大量的矿物掺料,胶结材的水化热得以降低[2]。100%的水泥时,7d的水化热为283kJ/kg(100%);90%水泥+10%硅灰7d的水化热为261kJ/kg(92.2%);70%水泥+10%硅灰+20%矿渣时为231kJ/kg(81.6%);50%水泥+10%硅灰+20%矿渣+20%石灰石粉时为208kJ/kg(73.5%)。在混凝土中。虽然胶结材用量多,但水泥用量却降低了,更由于水胶比极低,水化程度低,特超强高性能混凝土的温升并不高(52℃[2])。
(4)收缩是混凝土的属性,是有害的体积变形,收缩过大将引起裂缝,危及混凝土工程的耐久性。上世纪70~80年代,高强混凝土得到广泛应用以来,在许多工程实践中都发现高强混凝土工程更容易出现裂缝,特别是早期开裂。因此,对高强混凝土出现了强烈的否定声音。在这种背景下,人们才提出了高性能混凝土的概念。许多研究表明,高强混凝土的纯干燥收缩并不很大,其收缩大增的基本原因是低水胶比条件下,由水泥水化过程的自干燥所引起的自收缩急增,3d即可达到很大,且随水胶比的降低而增大。因此,自收缩问题成了发展高强、超高强混凝土的最大障碍。
我们的大量研究[7,1,3,2]表明,高强、超高强、特超强混凝土的自收缩问题并不是不可解决的问题。极为重要的是,要从混凝土浇注完成后,就及时、持续和充足的供水养护即可解决问题。这种混凝土在水中养护时,仍然表现为湿胀。因此,不能习惯于普通混凝土的养护方法。关键在于,要开发适用于这种混凝土特殊性的新的养护技术;同时,掺入减缩剂,降低孔隙水的表面张力,亦可大幅度减小自收缩值;此外,掺入膨胀剂大幅度补偿收缩也是有效的途径。
我们的研究[3,2]还表明,自收缩并不是随着水胶比的降低一直增大下去。当水胶比降低到某一极值后,自收缩反而在减小,这个极值大致在0.25左右。这是因为水胶比继续降低之后,水泥石孔结构极为细化,以致于小于2.5nm的微孔数量大量增加,水份在其中不能形成弯液面,因而自收缩减少。
(5)混凝土是脆性材料,强度越高,脆性越大,且不可能从混凝土本身的原材料和配比方面得到解决。因为在混凝土的微观键型上,水泥石与集料均为共价键所主导。正因为如此,才有配筋混凝土、纤维混凝土、多维密集网格配筋混凝土及预应力混凝土的出现。由于特超强混凝土的脆性极大,它的应用,必须与金属材料或高分子材料进行有效的复合。特超强混凝土中,砂浆含量多,对掺入纤维有利。但最有效的方式是用钢管约束。为此,作者用164.9MPa的特超强混凝土与抗拉强度为345MPa的高强钢管[4,8]及为1136MPa的超高强钢管[3]复合制成了超高强钢管混凝土复合材料,其变形性能极为优异,当最高压缩变形分别达22.55%及8.93%时,试件并未崩裂解体。其承载力极其巨大,用其制成的钢管混凝土柱的承载能力可达24万t[8]甚至更高(深圳72层之赛格大厦单柱负荷0.9万t),用其可建造1000~4000m高的超级建筑。因此,我们称之为千米承压材料。我们深信,未来,特超强混凝土及其千米承压材料定会在各种建筑领域得到广泛的应用。
我们十多年的研究历程及经验证明,超高强与特超强高性能混凝土的配制及其千米承压材料的制取都不神秘,费用也不甚高。希望有更多的研究者,特别是结构工程方面的研究工作者和设计工作者能投入到这一研究领域中来,以加强在结构工程中的应用研究。我们认为,如果结构应用研究进展快速,未来10年内我国的混凝土应用等级,将从目前最高的C100,提高到C150,甚至C200的水平。
[1] 蒲心诚.超高强高性能混凝土——原理·配制·结构·性能·应用.重庆大学出版社,2004.
[2] 王  冲. 特超强高性能混凝土的制备及其结构与性能研究. 重庆大学博士论文,2005.
[3] 王勇威.千米承压材料的制取与力学性能研究.重庆大学博士论文,2004.
[4] 蒲心诚, 等. 千米承压材料的试制与性能研究,混凝土,2003.3.
[5] Р.Rougeau, B.Borys, Ultra High Performance Concrete with Ultra fine Particles other than Silica fume, Proceedings of the international Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany,2004:213-226, Kassel University press.2004.
[6] 重庆建筑工程学院, 南京工学院. 混凝土学. 中国建筑工业出版社,1981.
[7] 王勇威. 超高强高性能混凝土的组成、结构及其收缩与补偿研究.重庆大学硕士论文,2001.
[8] 蒲心诚,等. 千米承压材料与制取途径.土木工程学报,2004.7. 
[9] R.L.Sharma, S.P.Pandy, Influence of mineral on the hydration characteristics of ordinary Portland Cement, Cement and Concrete Research,1999.9.
[10] Man-Chung Tang, High Performance Concrete--Paste, Present and Future, Proceedings of the international Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany, 2004:3-10, Kassel university press, 2004.
[11] P. Richard, M.H.Cheyrezy, Composition of Reactive Powder Concrete, Cement and Concrete Reseach, 1995.7.

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