高温后超高性能混凝土残余受压性能试验研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的强度、韧度、耐久及抗裂性能。但UHPC在高温下易发生爆裂,由此可能严重影响其力学性能。对高温后UHPC的残余受压性能进行了试验研究。试验参数包括受火温度、纤维类型和养护条件。评估了UHPC高温后的抗压强度、弹性模量和应力-应变关系。结果表明,随着受火温度的升高,UHPC的残余抗压强度和弹性模量逐渐下降,延性逐渐提高。无纤维试件和POM纤维掺量较少试件（0.33%）在500℃时发生完全爆裂。与这两类试件相比,UHPC中添加钢纤维和0.33%含量的PP纤维可显著提高混凝土的残余受压性能及降低爆裂风险。利用这些数据,提出以温度为变量表示的UHPC高温后残余受压性能的函数关系,以评估UHPC结构的耐火性。     

常温养护超高性能混凝土弯拉性能及轴拉本构模型

根据水化反应方程和紧密堆积理论确定了常温养护下超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比,基于此考虑水胶比和钢纤维掺量设计了8组UHPC抗弯试件。通过四点弯曲试验,分析了试件的受弯破坏形态、荷载-挠度曲线、弯拉特征参数和弯曲韧性等;基于试验结果采用倒推方法得到了UHPC轴拉应力-应变曲线,采用回归分析提出了考虑纤维特征的轴拉本构模型,并经过材料和构件两个层次的验证。结果表明：掺加钢纤维可抑制主裂缝的发展,从而明显改善UHPC的抗弯韧性,钢纤维掺量为2.0%的UHPC弯曲韧性指数达到116.9 J;随着水胶比增大,试件抗折强度和峰值挠度均呈下降趋势;增大钢纤维掺量明显提升了试件弯曲性能,掺入2.0%钢纤维的UHPC与未掺纤维相比,其初裂挠度和抗折强度分别提升157.14%和148.63%;当纤维含量为1.5%～2.0%时,试件具有良好的弯拉性能;水胶比对曲线平台段趋势影响不大,纤维掺量大于1.0%时曲线具有较明显的应变硬化特征,可保证UHPC良好的抗拉性能,其应变硬化特征随着纤维掺量增大而变得更明显;所提模型对UHPC受拉应力-应变关系具有较好的预测性。     

箍筋约束超高性能混凝土柱受压性能研究进展

为研究箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)柱的受压性能和结构设计方法,对约束混凝土柱的研究与发展进行总结分析,讨论了6种简化的约束混凝土本构模型; 重点介绍了国内外关于箍筋约束UHPC短柱、长柱的轴心受压、偏心受压力学特性最新研究成果,并对影响柱受压特性的主要因素等进行分析总结; 对目前研究中存在的问题进行了探讨,并对箍筋约束UHPC柱的未来研究方向进行展望。结果表明:目前研究主要集中于普通箍筋约束UHPC短柱的轴压性能; 箍筋约束UHPC柱需要较高的约束应力才能充分利用UHPC的高性能,并能显著改善构件延性; 钢纤维能延缓保护层开裂,抑制保护层脱落,提高构件的抗损稳定性,与箍筋具有协同组合效应并能共同发挥约束效果; 建议在UHPC构件设计时考虑纤维特性而适当减少配筋,箍筋约束UHPC短柱的轴压承载力计算可偏保守地参考普通混凝土轴压短柱承载力计算模型; 箍筋约束普通、高强混凝土本构模型不能准确评估箍筋约束UHPC柱的轴压特性,建议开发预测精度较高的箍筋约束UHPC柱的本构模型。     

钢纤维超高性能混凝土单轴受压试验研究

通过单轴受压试验,研究试件的钢纤维体积率、形状效应以及尺寸效应对钢纤维超高性能混凝土抗压性能、破坏形态和弹性模量的影响。同时,由应变片测得了钢纤维超高性能混凝土的弹性模量等材料力学性能参数。试验结果表明:试件的钢纤维体积率、形状效应以及尺寸效应对钢纤维超高性能混凝土的抗压性能均有重要影响。其中抗压强度试验结果表明:钢纤维体积率2.0%的试件的抗压强度约为钢纤维体积率1.5%的1.5倍;高径比1的试件的抗压强度约为高径比4的1.5倍;钢纤维超高性能混凝土抗压强度尺寸效应换算系数较对照组小,表明钢纤维超高性能混凝土试件的形状效应和尺寸效应现象更为显著;弹性模量为不敏感的材料参数。     

超高性能混凝土阻尼性能研究

采用悬挂法自由振动衰减法测试了超高性能混凝土(UHPC)的阻尼性能,研究了粗集料最大粒径、纤维种类及掺量和硅灰掺量对UHPC阻尼性能的影响.结果表明:骨料的最大粒径越大,阻尼比越小,在相同掺量下,掺入粒径为15 mm玄武岩的UHPC阻尼比最小,较掺粒径为5 mm的减小了3.17％;钢纤维对UHPC阻尼影响显著,随其掺量...     

高性能混凝土双轴受压试验研究

对高性能混凝土板式试件进行了双轴受压试验研究,在应变比例控制加载的条件下,得到了试件两个加载方向上包含上升段和下降段的应力应变全曲线,并提取曲线的峰值强度参数与传统试验的结果进行了对比。     

超高性能混凝土单轴受压应力-应变关系研究

采用刚性辅助架法获得了稳定的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concretes,UHPC)的受压应力-应变全曲线.试验结果表明UHPC具有良好的受压变形性能;重复加载下UHPC的包络线与单调加载时的应力-应变曲线基本相同.基于试验结果建立了UHPC单轴受压本构方程,以及重复荷载作用下UHPC应力-应变全曲线方程,其结果与试验结果吻合较好.     

高性能混凝土自养护研究

养护的有效性与否,严重影响到高性能混凝土的性能,养护的温度和湿度,是影响其性能的关键因素。文中分析了高性能混凝土的结构特点并阐明了其养护的独特机理,列举了几种传统的养护方法。但由于高性能混凝土的特点,传统措施不适用高性能混凝土。而自养护混凝土在控制各种收缩变形、提高水泥水化、改善微观结构以及增强耐久性能等方面,效果显著,表明自养护技术可以成功地应用于外部养护相对不敏感的高性能混凝土之中。     

陶粒内养护高性能混凝土抗裂性能研究

通过平板开裂试验,研究陶粒内养护对不同强度混凝土早期抗裂性能的影响规律,并结合混凝土塑性收缩试验、绝热温升试验和内部相对湿度变化,探明陶粒内养护提高混凝土早期抗裂性能的微观机理.结果表明:在混凝土中使用饱水陶粒替代部分粗骨料,能够减少混凝土材料的早期塑性收缩,降低大体积混凝土内部的水化温升,有效提高混凝土早期的抗裂性能,达到显著的内养护效果;饱水陶粒通过减缓早龄期试件内部相对湿度的快速下降,改善了胶凝材料水化环境,有效抑制了胶凝材料水化过程引发的自干燥作用,降低了混凝土材料早期收缩,从而提高了混凝土材料的抗裂性能;C30与C60两个强度混凝土中饱水陶粒替代粗骨料的最佳比例均为20%(体积分数).     

超高性能混凝土的材料性能

相比于普通混凝土,超高性能混凝土具有高强度及优良耐久性的优势。但是由于超高性能混凝土对材料和制备工艺的要求较高,以及目前的理论并不成熟等原因,致使超高性能混凝土的推广速度较慢。根据现有的文献,对超高性能混凝土的抗压强度、抗拉强度、轴压应力—应变曲线和耐久性等材料性能进行了总结归纳,并对其研究方向进行了分析。     

配筋超高性能混凝土梁受剪性能研究

为了研究配筋超高性能混凝土梁的受剪性能,对1根配筋高强混凝土梁和8根配筋超高性能混凝土梁进行了受剪性能试验,主要变化参数包括剪跨比、钢纤维体积掺量和配箍率等。试验结果表明：所有梁的破坏模式均为剪切破坏,与配筋高强混凝土梁相比,配筋超高性能混凝土梁裂缝的发展更充分、宽度更小、分布更密集;钢纤维体积掺量和配箍率的增大均会提高梁的刚度、变形能力和承载力,并延缓其刚度退化速率;剪跨比的增加虽然可以提高梁的变形能力,但是降低了其承载力和刚度;混凝土开裂后,钢纤维可以“桥接”裂缝,与箍筋共同承担裂缝处的拉力,延缓箍筋应变的发展。最后,基于修正压力场理论,提出了配筋超高性能混凝土梁受剪承载力计算方法,并与法国AFGC-Setra 2013和韩国KCI-2012中建议的计算方法进行了对比,结果表明,建立的计算方法可以准确地预测配筋超高性能混凝土梁的受剪承载力。     

超高性能混凝土高温后性能试验研究

通过对超高性能混凝土进行高温加热和高温作用后立方体抗压强度试验,研究了超高性能混凝土高温作用后的表观特征、质量损失及力学性能。对比了单掺钢纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺钢纤维和聚丙烯纤维对超高性能混凝土高温爆裂的抑制效果,考察了温度、纤维种类和掺量、骨料(石英砂和钢渣)对超高性能混凝土强度的影响。试验结果表明:混掺1%钢纤维和2%聚丙烯纤维能有效抑制超高性能混凝土高温爆裂,在高温作用后依旧保持完整形态;钢渣骨料混杂纤维超高性能混凝土具有优异的高温力学性能,在1 000℃高温作用后仍能保持67%的残余强度;随着温度的升高,超高性能混凝土立方体抗压强度整体上表现出先升高后降低的规律;在目标温度超过600℃时,高温增强了超高性能混凝土的延性。     

超高性能混凝土三轴受压力学性能及破坏准则

为研究超高性能混凝土(UHPC)三轴受压力学性能及破坏准则，考虑围压、钢纤维体积掺量和长径比、聚丙烯纤维体积掺量等主要因素，设计制作39个超高性能混凝土圆柱体试件。通过常规三轴受压试验，考察UHPC三轴破坏形态，分析三轴应力-应变关系全曲线，揭示强度和变形性能指标变化规律，提出考虑纤维特征参数的UHPC多轴破坏准则。结果表明：三轴应力状态下UHPC的破坏形态均呈剪切型，围压对裂缝形成与分布影响显著；UHPC三轴受压全过程曲线分为线弹性段、非线性硬化段和应变软化段三部分；施加围压和掺入钢纤维均能显著改善UHPC三轴受压力学性能，当围压从0 MPa增至40 MPa时，峰值应力和峰值应变分别最大增加161.7%和224.7%,当钢纤维体积掺量由0%增至3%以及长径比由30增至80时，峰值应力和峰值应变分别最大增加24.6%和68.6%;聚丙烯纤维可有效提升UHPC的变形能力；围压对UHPC三轴受压力学性能的影响最大，钢纤维的影响次之，聚丙烯纤维的影响最小。基于Willam-Warnke五参数模型建立了UHPC破坏准则，模型预测结果与试验结果吻合较好。     

高性能混凝土的养护

养护对混凝土的水泥水化有重大的影响,养护的温度和湿度是影响水泥水化的关键因素,早期良好的养护能减少高性能混凝土的自收缩。分析了高性能混凝土组成结构上的特点并阐述了高性能混凝土在养护上的特点。为了更好地应用高性能混凝土,一个重要方面就是通过适宜的养护方法获得高性能混凝土的全面性能。为了获得所期望的混凝土强度和耐久性性能,充分的养护显得极为重要。     

超高性能混凝土性能试验研究进展综述

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)近年来发展迅速,已广泛应用于建筑、桥梁工程等领域,在提升结构耐久性、减轻结构自重、节省全寿命周期成本等方面做出了重要贡献,取得了良好的经济技术效益。然而,目前UHPC在隧道工程中的相关研究还比较少,应用情况尚不尽如人意。通过调研总结了UHPC的研究现状和应用概况,分析了UHPC配合比设计的原理与方法,开展了UHPC工作及力学性能试验,得到了更经济的UHPC配合比设计方法,研究结果可为UHPC在隧道与地下工程中的应用提供参考和建议。     

含粗骨料超高性能混凝土单轴受压疲劳性能EI北大核心CSCD

对含粗骨料超高性能混凝土(UHPC(CA))进行单轴受压疲劳试验,重点考察其疲劳破坏形态、疲劳变形、疲劳寿命及疲劳强度.在此基础上,分析了UHPC(CA)疲劳破坏全过程,建立了基于Weibull分布的存活率-应力水平-疲劳寿命(p‑S‑N)方程.结果表明:UHPC(CA)疲劳破坏形态为剪切破坏,破坏时试件呈现1条或2条主裂缝;UHPC(CA)疲劳破坏断面分为疲劳区和裂纹扩展区,疲劳区有明显的反复摩擦痕迹;UHPC(CA)疲劳变形发展呈现明显的三阶段特征,即微裂纹萌生发展阶段、微裂纹稳定发展和宏观裂缝萌生阶段、宏观裂缝发展阶段;UHPC(CA)单调应力-应变曲线仅在高应力水平(S≥0.8)下可作为其疲劳变形的包络线;UHPC(CA)具有95%存活率的疲劳强度为61.78 MPa,对应的应力水平为0.520.     

钢筋超高性能纤维混凝土梁抗弯性能研究

通过8根采用自密实和常温标准养护制成的试验梁的静力加载试验,研究不同配筋率受弯构件的抗弯性能。试验结果表明:与相同基体强度和配筋率的钢筋混凝土梁相比,加入钢纤维后梁的极限承载力提高约13%,位移延性系数提高158%;加入钢纤维后梁的初裂荷载、裂缝宽度为0.1 mm时的荷载值占极限荷载的比例较对比梁大幅度提高,但裂缝宽度为0.2 mm时的荷载值与对比梁差别不大;随着钢筋配筋率的提高,试验梁极限承载力会相应的提高,相对于配筋率为0.86%的梁,配筋率分别为1.52%、2.38%时,梁的抗弯承载力分别提高72%、113%;参照CECS 38∶2004《纤维混凝土结构设计规程》,提出了钢筋超高性能纤维混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

海砂超高性能混凝土性能影响因素试验研究

为更好地开展海砂UHPC配合比设计,研究了水胶比、砂胶比、硅灰、钢纤维等因素对海砂UHPC性能的影响,试验结果表明：水胶比越低,海砂UHPC强度越高;海砂UHPC的流动度随胶砂比增大而增大,抗压、抗折强度的变化规律为先增大后减小;随硅灰掺量增加,海砂UHPC的流动度、抗压强度、抗折强度均先增加后降低;随钢纤维体积掺量增加,海砂UHPC的流动度随之降低,抗压强度、抗折强度随之增加,其中钢纤维掺量对抗折强度影响极为显著。     

超高性能纤维混凝土梁抗剪性能试验研究

进行9根超高性能纤维混凝土梁抗剪性能试验,试验梁变化参数包括:剪跨比、配箍率、预应力水平。试验结果表明:剪切破坏形态随剪跨比由小变大依次表现为斜压、剪压和斜拉破坏三种形式,抗剪承载力随剪跨比的增大而减小;用HRB500级钢筋做箍筋,箍筋的强度能够得到充分发挥,抗剪承载力随配箍率的增大而提高;预加力可以显著提高梁的抗剪承载力;正常使用极限状态下剪切斜裂缝最大宽度不超过0.2mm;临界斜裂缝形成前斜裂缝宽度发展缓慢,形成后发展速度明显加快;采用现有规范计算超高性能混凝土梁的抗剪承载力会导致过于保守;考虑剪跨比、配箍率、预加力因素建立超高性能混凝土梁的抗剪承载力统计计算的经验公式,按照经验公式对试验及所搜集的17根梁进行计算,计算值与试验值吻合较好,且变异系数较小。     

未淡化海砂超高性能混凝土的性能研究

对利用未经淡化处理海砂配制的超高性能混凝土(UHPC)的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗冻性能、抗氯离子渗透性能和护筋性能进行了系统的试验研究。结果表明:抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度分别大于120 MPa、20 MPa和12 MPa,弹性模量大于40 GPa,其抗冻等级超过F500,电通量值不超过50 C,力学性能和耐久性指标均满足GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》的要求。此外,本试验显示,经过40次的盐水浸烘循环试验后,未淡化海砂UHPC中的钢筋锈蚀风险较低。