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高性能混凝土近年研究进展综述

来源:华盛论文网 发表时间:2019-03-04 10:01 隶属于:工业论文 浏览次数:

摘要 高性能混凝土由于在强度、耐久性等方面的优势,在土木工程中得到了广泛应用。随着材料技术的发展,高性能混凝土逐渐得到改良。本文详细阐明了高性能混凝土近年来的研究进展,

  [摘要]高性能混凝土由于在强度、耐久性等方面的优势,在土木工程中得到了广泛应用。随着材料技术的发展,高性能混凝土逐渐得到改良。本文详细阐明了高性能混凝土近年来的研究进展,重点指出其受力性能方面的不断优化过程。

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  [关键词]土木工程;高性能混凝土;受力性能

  1引言

  近年来随着国家经济技术的快速发展,国家在土木工程行业的投入不断加大,这促进了土木工程建筑材料技术的革新。随着土木工程的发展,实际工程中对材料的受力性能、耐久性以及经济型与绿色环保性等性能提出了更高的要求,这也使得高性能混凝土的研究一直是土木工程领域内最为热门的话题之一。

  推荐期刊:《混凝土》(月刊)创刊于1979年,由中华人民共和国建设部主管,中国建筑东北设计研究院与中国建筑业协会混凝土分会主办,是全国中文核心期刊和中国核心期刊(遴选)数据库、万方数据—数字化期刊群、中国科学引文数据库统计源期刊、剑桥科学文摘(工程技术)源期刊、美国化学文摘(CA)源期刊。《混凝土》杂志是我国混凝土行业中的权威性专业期刊,也是该行业发行量最大的专业技术期刊之一,深受业内人士的推崇和信任。

  在上个世纪90年代,高性能混凝土首先在个别发达国家发展起来,由于在耐久性、抗腐蚀性等方面的得天独厚的优势,使得高性能混凝土的研究引起了全世界范围内的关注。而在新时代环境下,高性能混凝土几乎成为将来建筑材料的唯一选择,日益增加的需求促进了高性能混凝土研究的不断向前推进,我国在高性能混凝土方面的研究也取得了一些成就。

  本文立足于高性能混凝土在近些年的发展,其基本出发点有三:(1)阐述众多学者在矿物掺和料以及配合比设计方面的研究;(2)以众多专家学者所做实验结果为依据,阐述高性能混凝土受力性能的具体体现;(3)高性能混凝土的推广应用。通过对三个基本出发点内容的详细阐述,为以后的研究提供借鉴意义。

  2高性能混凝土介绍

  高性能混凝土最早的起源应该在挪威。在北海油田钻井平台建设中,为了提高混凝土的耐久性,掺入了硅灰后,混凝土的耐久性和强度都得到了提高,工作性也有了额明显改善。他们把这种混凝土称为高性能混凝土(HPC),并于1987年在挪威的Stavanger召开了第一次高性能混凝土(HS/HPC)的国际会议。

  1990年5月在马里兰州Gaithersburg城,由美国国家标准与技术研究所(NIST)和美国混凝土协会(ACI)主办的讨论会上,对HPC做出了定义,要求其高强、高工作性欲高耐久性。然而,关于高性能混凝土的具体定义,不同国家、不同学者还是有着不同的看法。

  1992年,吴中伟首次将”HPC“介绍到中国,20多年来,中国的建筑行业对他的关注程度持续提高。尤其是近年来,高性能混凝土得到了极大的发展,其主要体现在高性能混凝土在受力性能方面的发展[1-2]。

  2.1改进措施

  从高性能混凝土出现开始,国内外专家对高性能混凝土性能进一步改进的工作一直在持续进行中。改进措施主要包括采用矿物掺和料以及合理配合比设计两个方面,在节能环保的同时又可改良高性能混凝土的性能。

  董方园、郑山锁[3]等人对高性能混凝土的原材料以及配合比设计方法进行了研究,研究表明:(1)在配制高性能混凝土时添加适量的矿物掺合料,有利于后期强度的发展,也可提高其耐久性;(2)用矿物掺合料代替部分水泥,既可提高混凝土的性能,又可减少煅烧水泥熟料时CO2排放量,且大量利用粉煤灰等工业废料有利于保护环境;(3)用化学外加剂改善混凝土的性能时,其掺量一般不高于水泥质量的5%。

  白鹏宇、张岩[4]等人以马普托大桥工程为背景对大吸水率粗集料高性能海工混凝土配合比设计进行了研究,研究中以吸水率都在3%以上的Namaacha碎石和Hipermaquinas碎石两种粗集料为研究对象,得到了使用这两种粗集料时的最佳水胶比。杨育红[5]研究了瓦斯隧道高性能气密性混凝土的配制和应用,研究中以人工砂代替河砂,并在混凝土中掺入适量优质粉煤灰、气密剂,得到了可以满足高瓦斯隧道气密性混凝土技术要求的配合比组合。秦廉、邓平[6]等人对C100混凝土的配合比进行了验证和优化,得到了比较好的结果。综上所述,众多专家学者从高性能混凝土的组成成分和不同配合比出发提出了一系列改进措施,并取得了良好的效果。

  2.2受力性能

  上一节中对国内一些专家学者对高性能混凝土的改进措施进行了简单阐述,而伴随着高性能混凝土的不断改良,其在受力方面的性能也得到了极大的提升,本节将从受力性能方面继续阐述众多学者对高性能混凝土良好受力性能具体体现的具体研究。

  周甲佳、潘金龙等人[7]对单轴压强度为90.6MPa的高强高性能混凝土进行三轴拉压等比例试验研究,获得了各应力比下试件的破坏模式、多轴强度及应力-应变曲线。基于实验结果提出了适用于高强高性能混凝土的强度准则,为高性能混凝土本构关系的建立提供了理论依据。杨永敢、张云升等人[8]通过回弹法研究了高强度(C60,C70)、大掺量矿物掺和料(粉煤灰、矿渣)的高性能混凝土抗压强度、回弹值随龄期发展的变化规律,并分别采用扫描电镜(SEM)、综合热分析法(TG-DSC)、压汞法(MIP)对表层混凝土中的微观形貌、水化产物和孔结构进行研究,最终以回弹值、抗压强度和碳化深度为测试指标,建立了高性能混凝土测强曲线方程。赵宣、刘连新等人[9]针对西宁市轨道交通工程中混凝土结构的关键技术,研究了不同配合比高性能混凝土梁的静力载荷试验和有限次疲劳荷载作用,通过分析高性能混凝土梁的破坏形态以及对比不同水胶比的混凝土梁的受力性能,得到了不同配合比的HPC与OPC梁在静载和疲劳荷载循环下的抗弯承载力、跨中挠度、截面应变、钢筋应变、裂缝宽度的影响规律。

  李章建、宋杨会等人[10]进行了偏高岭土高性能混凝土抗压强度预测研究。研究中以水胶比、砂率、用水量、水泥强度、水泥用量以及偏高岭土等因素为输入向量,采用SPSS回归方程分析和基于Levenberg-Marquart算法的BP神经元网络预测模型对偏高岭土高性能混凝土的抗压强度进行了预测,并与试验值进行了对比,研究表明:此种模型预测精度高,可以为偏高岭土高性能混凝土的抗压强度预测提供指导依据。邱英勤、陈峰[11]采用改进的平板法进行了粉煤灰掺量和玄武岩纤维掺量对高性能混凝土早期抗裂性能影响的试验研究。研究表明:玄武岩纤维的掺入对混凝土坍落度影响不大,但对高性能混凝土早期的开裂面积、初裂时间等都起到了显著的改善作用。

  马士宾、徐文斌等人[12]对聚丙烯纤维高性能混凝土的抗冲击性能进行了研究。研究中将标准立方体抗压试件切割成30、40、50mm的混凝土板,利用自制的落锤冲击试验装置,得到了聚丙烯纤维高性能混凝土板载1.2Kg钢球作用下的初裂次数和终裂次数,并测量了试件遭受冲击荷载后的裂缝长度、深度和宽度,最后对试验结果进行了研究和回归分析。结果表明:聚丙烯纤维能够增强混凝土的冲击韧性,高性能混凝土的抗裂能力与试样厚度和聚丙烯纤维掺量均呈一次线性正相关关系,试样厚度的增加能够明显改善高性能混凝土的抗初裂能力和抗冲击强度保留率。

  从某种程度上来说,受力性能是体现一种材料好坏的重要指标。上述文中简单阐述了众多国内专家学者对其受力性能的具体研究,为其他相关研究或工程实际应用提供技术支持与参考价值。

  3实际应用

  高性能混凝土从其出现开始就一直受到土木工程各个行业的青睐。在公路工程中,高性能混凝土特殊的性质提升了施工效率,公路工程的应用寿命以及承载量不断提高[13]。在隧道工程中,高性能混凝土可以大幅度提高结构的承载能力,甚至可以替代原来的普通钢筋混凝土二次衬砌[14]。同时值得说明的是,高性能混凝土已经在宁夏、新疆等地推广使用。

  4小结

  随着高性能混凝土在工程中的逐渐推广使用,有关于高性能混凝土的研究也就成了一大研究热点。通过以上内容可以知道:(1)对于矿物掺和料以及配合比设计对高性能混凝土的研究还很少,更多的节能环保的矿物掺和料可能将是以后的一个研究方向;(2)对于高性能混凝土的受力性能的一些研究结果不具有普遍性,还需要更多的实验数据去支持;(3)高性能混凝土逐渐替代传统建筑材料是一种必然的趋势。最后可以肯定的是,高性能混凝土必将继续成为混凝土技术创新发展的主要方向。

  参考文献

  [1]闫永杰.桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈[J].江西建材,2017(03):187-189.

  [2]程振坤.高性能混凝土配合比优化分析[J].江西建材,2016(07):90-93.

  [3]董方园,郑山锁,宋明辰,等.高性能混凝土研究进展Ⅰ:原材料和配合比设计方法[J].材料导报,2018.

  [4]白鹏宇,张岩,祝长春.大吸水率粗集料高性能海工混凝土配合比设计研究[J].新型建筑材料,2018,45(2):5-8.

  [5]杨育红.瓦斯隧道高性能气密性混凝土的配制及应用[J].铁道建筑,2018,58(04):83-86.

  [6]秦廉,邓平,沈俊,等.C100高强高性能混凝土预制构件制备关键技术研究[J].新型建筑材料,2018,45(1):72-76.

  [7]周甲佳,潘金龙,姚少科,赵军,张哲.高强高性能混凝土三轴拉压压力学性能试验研究[J].工程力学,2018,35(04):144-150.

  [8]杨永敢,张云升,杨林,等.高性能混凝土表层硬度与强度的相关性[J].东南大学学报:自然科学版,2016,46(3):599-605.

  [9]赵宣,刘连新,黄磊,王威.高性能混凝土梁疲劳破坏的研究[J].建筑技术,2018,49(01):69-72.

  [10]李章建,宋杨会,李世华.偏高岭土高性能混凝土抗压强度预测研究[J].硅酸盐通报,2017,36(9):2963-2968.

  [11]邱英勤,陈峰.玄武岩纤维高性能混凝土早期抗裂性能试验研究[J].福州大学学报:自然科学版,2017,45(4):542-546.

  [12]马士宾,徐文斌,许艳伟,刘昊杨.聚丙烯纤维高性能混凝土抗冲击性能研究[J].混凝土,2018(04):26-29.

  [13]于鹏飞.高性能混凝土在公路工程施工中的应用[J].甘肃科技纵横,2018,47(01):46-48.

  [14]刘振青,蒋正华.高性能混凝土在隧道二衬结构中的应用[J].公路,2016,61(12):273-278.

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