超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。

超细粉煤灰形态对超高性能混凝土(UHPC)性能和结构的影响

本工作分别以平均粒径相近但形态分别为球形和碎片状的超细粉煤灰(UFA)替代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),对比研究了超细粉煤灰形态对UHPC工作性能、力学性能及其中钢纤维分布的影响,并从水化产物和微观结构等方面探究了超细粉煤灰形态对UHPC性能的影响机理。结果表明:与球形UFA相比,碎片状UFA的比表面积和需水量更大、活性更高。具体表现为,用于制备UHPC时,球形UFA可明显提高UHPC的流动度,但会使钢纤维下沉,并会轻微降低UHPC的力学性能;碎片状UFA对UHPC流动度的提高作用稍小,但可提高其抗折强度,此外,碎片状UFA具有更显著的大孔填充作用,在掺加碎片状UFA的UHPC中观察不到宏观气孔缺陷。

抗冲磨超高性能混凝土在水工建筑物过流部位的应用研究

水工建筑物过流面受含砂水流的冲刷磨蚀,常规水工抗冲磨混凝土使用寿命较短,结构修补频繁。通过水下钢球法试验和工程现场洪水冲刷检验,结果表明,常温养护条件下,C130超高性能混凝土的抗冲磨性能约为常规掺聚丙烯纤维C30水工抗冲磨混凝土的8倍。采用抗冲磨超高性能混凝土作为水工建筑物过流面的结构功能层,有助于延长水工结构使用寿命,减少修补频次,保障运行安全,降低全寿命周期成本。

海砂超高性能混凝土试验

采用未淡化的海砂制备超高性能混凝土(UHPC)和普通混凝土,研究了不同氯离子含量的海砂对UHPC抗压强度、孔结构、快速氯离子渗透性以及内置钢筋耐久性的影响,并与普通混凝土进行分析比较。结果表明,海砂中的氯离子含量对UHPC抗压强度并不会产生较大的消极影响;海砂UHPC的临界孔半径约为2 nm,与海砂普通混凝土不同,孔隙率随海砂中氯含量的增加而增加;即使海砂氯离子含量高达0.636%,海砂UHPC的氯离子渗透性仍可忽略不计;海砂UHPC中钢筋在28 d后处于钝化状态并趋于稳定。

混凝土新材料的高性能建筑结构设计与优化策略探讨

混凝土作为最重要的建筑材料之一,其在建筑设计与施工中的应用越来越广泛。随着现代建筑技术的发展和对混凝土材料的进一步研究,目前,一些混凝土新材料已被广泛应用于建筑结构设计中。然而,这些高性能的混凝土新材料在应用过程中还存在一些问题,部分设计人员对高性能的混凝土新材料的了解也不够深入。基于此,文中探讨了建筑结构设计优化以及混凝土新材料在建筑结构设计中的应用,旨在帮助工程人员更深入地了解混凝土新材料在高性能建筑结构设计与优化中的重要作用。

铜尾矿对堆积结构优化的超高性能混凝土性能影响研究

为安全环保地解决铜尾矿堆存问题,采用堆积结构优化的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)回收铜尾矿。研究结果表明铜尾矿的掺加会增加UHPC的堆积密实度。同时,研究了铜尾矿对UHPC的工作性能、力学性能、耐久性和水化产物的影响,并考虑了铜尾矿中重金属离子在UHPC中的浸出性能,为减少铜尾矿中重金属离子浸出,安全环保利用铜尾矿提供了思路。

超高性能混凝土在房屋建筑加固中的应用

本文研究了温控抗裂剂对UHPC力学性能和水化进程的影响规律,阐述了UHPC在房屋建筑加固施工中的应用。结果表明:4%掺量的温控抗裂剂对抗压强度有一定的负面影响,提高了UHPC的抗拉强度,使UHPC放热平缓。利用UHPC加固某房屋建筑墙体承载力显著提升,无裂缝出现。

超高性能混凝土材料在装配式建筑中的应用分析

为了提高装配式建筑的质量,满足人们对建筑提出的多样性需求,文章以超高性能混凝土材料为研究对象,分析其在装配式建筑设计与施工中的应用。同时,为了获取性能最佳的超高性能混凝土构件,文章从水胶比、砂胶比、钢纤维比及养护方式等角度出发,选择若干试件进行对照研究,确定了构件部分原材料的最佳掺和量。结果表明,在装配式建筑中应用超高性能混凝土材料时,相关人员要以装配式建筑工程建设目标为导向,明确超高性能混凝土材料的最佳配合比,以保证构件的综合性能,提高构件的耐久性。

装配式建筑工程中超高性能混凝土的应用

随着建筑业的发展,建筑结构逐步向高大化、复杂化、多样化及轻量化的方向发展,但混凝土材料自重大、脆性较大、抗拉强度偏低等缺陷无法满足建筑结构发展的需求,因此对混凝土材料的物理力学性能的发展提出了更高要求。在此背景下,一种性能更优越的超高性能混凝土(UHPC)应运而生。文章介绍了UHPC及其发展历程,阐述了UHPC的分类及性能特点,说明了装配式建筑工程中UHPC质量指标,并探究了UHPC的具体应用,为日后UHPC的进一步推广应用提供了指导和建议。

超高性能混凝土材料在装配式建筑中的应用

随着装配式建筑结构应用需求的增加和混凝土材料的技术发展,研究超高性能混凝土在装配式建筑中的应用具有重要意义。文章基于超高性能混凝土材料的基本理论,分析了其性能,并将其应用于装配式建筑中,提高了装配式建筑的结构强度和耐久性,实现了更安全和更稳定的建筑结构,促进了现代建筑的可持续发展。

装配式建筑中超高性能混凝土材料的应用研究

UHPC (超高性能混凝土)作为一种新型的结构形式进行了研究。UHPC是一种兼具优异力学性能、耐久性及可施工性的高性能混凝土材料。本项目拟采用预制工艺制备超高性能混凝土构件,实现其标准化、规模化、产业化。由于其轻量化、高强度等特点,使得其在运输、安装等方面更加方便,从而降低了建筑工地的时间与劳动费用。因此, UHPC在装配式建筑领域有着巨大的应用潜力,必将带动建筑业迈向一个新的高度。

高性能混凝土在建筑结构装饰中的应用

文章深入探讨了高性能混凝土在建筑结构装饰中应用的意义及挑战,介绍了其应用的基本流程。同时,深入探讨高性能混凝土在建筑结构装饰中的应用实例与前景,凸显了其在提升建筑耐久性和保障城市基础设施方面的卓越成效。研究表明,高性能混凝土不仅满足现代建筑的高层次需求,更在经济效益和环保可持续性方面独树一帜。

超高性能混凝土可装配式支护结构分析

超高性能混凝土,以下均简称为UHPC,是目前来说最具有创新性的水泥基工程材料,该材料的出现使得工程材料性能实现大跨越,基于此,本文设计出一种用于基坑支护的可装配式结构,并基于等效刚度理论给出求解该结构刚度的公式,进而对其支护稳定性及其承载力特性进行了分析,然后得出结论,发现满足相关的规范要求。最终,该结构在太原武宿机场某基坑中得到运用,通过相关计算发现满足要求,证实了该结构在实际工程中的可行性。

混凝土新材料的高性能建筑结构设计与优化策略研究

建筑行业对结构性能和环境效益要求的提升,让混凝土新材料的应用逐渐成为高性能建筑结构设计的主要方向,以往所使用的混凝土在强度、耐久性存在一定的局限,但是新型混凝土材料凭借其优异的物理和化学性质,这为建筑设计优化提供很多帮助,研究这些新材料在建筑结构中的应用,才可以推动建筑行业的技术进步。因此本文通过分析高性能建筑结构设计原理,研究了混凝土新材料在高性能建筑结构中的优化策略,最后探讨了结构设计与施工的协同优化工作。

混杂纤维增强超高性能混凝土的高温性能试验研究

本文对混杂钢纤维(SF)-聚丙烯纤维(PPF)-硫酸钙晶须(CSW)增强超高性能混凝土(UHPC)进行高温试验(200~800℃),研究了混杂纤维增强UHPC高温前后的物理力学性能,并借助光学显微镜和扫描电子显微镜进行微观形貌观测,探讨了基体裂缝发展过程中多尺度纤维的作用机理。结果表明:随着温度升高,UHPC的质量损失率呈增大趋势,而超声波速则呈下降趋势,同时混杂SF-PPF-CSW对基体超声波速的降低有一定减缓作用;当温度小于400℃时,混杂SF-PPF-CSW增强UHPC的弯曲强度变化微弱(<5%),超过400℃后则迅速下降,在800℃下仅为初始强度的19.2%~24.7%;残余抗压强度随温度升高呈先上升后下降趋势,在400℃时达到峰值,较常温时提升了48.9%~62.0%;各温度下,掺加SF-PPF-CSW的UHPC物理力学性能均得到了有效提升,其中混杂1.7%(体积分数)SF、0.3%(体积分数)PPF、1.0%(体积分数)CSW对UHPC力学性能提升效果最佳。

养护制度对超高性能混凝土强度的影响机理

超高性能混凝土(UHPC)具有优异的力学性能和耐久性,被广泛应用于各种工程,其中养护是保证其高性能的重要条件。本工作从养护制度角度出发,通过微观表征的方法,研究了不同养护制度(标准养护、蒸汽养护、干热养护和组合养护)对UHPC微观结构的影响规律,进而说明养护对UHPC强度的提升机理。结果表明:与标准养护相比,三种热养护均显著改善了C-S-H凝胶的形貌特征和空间分布规律,其中组合养护的改善效果最佳。此外,养护条件的改变也显著影响了内部纤维与基体粘结性能以及界面过渡区稳定性,这是由于高温高湿环境促进了水泥的二次水化,生成大量C-S-H凝胶,并消耗了氢氧化钙(CH)等弱胶凝性物质,进一步优化了混凝土内部孔隙,使其微观结构更为致密。这说明,必要的温湿度环境可有效改善UHPC的微观结构,这也是UHPC强度提升的重要原因。

钢纤维和碳纳米管对超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳纳米管的掺入对超高性能混凝土(UHPC)的抗氯离子渗透性能的影响尚不清晰,且很少有涉及加载对UHPC抗氯离子渗透性能影响的研究。因此,通过氯离子扩散系数测试法测定氯离子扩散系数,盐溶液浸泡下测定不同深度处氯离子浓度,观察微观结构等试验方法来探究碳纳米管和加载对UHPC抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:加载造成的损伤会降低UHPC的抗氯离子渗透性能;在不同的加载程度下,不同浓度的碳纳米管对UHPC的抗氯离子渗透性能的影响是有区别的;碳纳米管既起到了填充孔隙的作用,又起到了促进钢纤维电化学腐蚀的作用。

碱激发绿色超高性能混凝土早期力学性能研究

为研究通过碱激发方式制作的绿色超高性能混凝土(Green Ultra-high Performance Concrete,GUHPC)在7 d早期阶段的力学性能,设计了相关实验,分析了不同粉煤灰掺量、钢纤维掺量以及水胶比对GUHPC抗压强度和平台巴西圆盘劈裂抗拉强度的影响。通过观测反应物的微观形貌,对比分析不同粉煤灰掺量下生成物的变化情况,以验证结论的可靠性。结果表明,GUHPC的7 d抗压强度随粉煤灰掺量的减少、钢纤维掺量的增加以及水胶比的降低呈现线性增大的趋势。在无钢纤维掺量的情况下,抗压强度达到最低值89.4 MPa,而当钢纤维掺量增加至4%时,抗压强度显著提升至142 MPa,增幅近58.8%。GUHPC的7 d劈裂抗拉强度在钢纤维掺量为4%时达到最高值15.19 MPa。劈裂抗拉强度随粉煤灰掺量的增加和水胶比的增大呈现出先增大后减小的趋势,而随着钢纤维掺量的增加则持续增强。在无钢纤维掺量的情况下,劈裂抗拉强度最低为4.57 MPa;随着钢纤维掺量的增加,其强度提升近2.3倍。

纳米二氧化锆对超高性能混凝土力学性能、抗硫酸盐侵蚀和抗碳化性能的影响

超高性能混凝土(UHPC)因优异的力学性能和耐久性而成为工程领域中的研究热门材料,纳米材料的引入则进一步优化了UHPC的性能。本研究选用了六种不同掺量(0%、1%、2%、3%、4%、5%)的纳米二氧化锆(NZ)替代水泥,系统地研究了NZ对UHPC抗压强度、抗折强度以及耐久性(包括抗硫酸盐侵蚀和抗碳化性能)的影响。实验结果表明,随着NZ掺量的增加,UHPC的抗压和抗折强度都呈先提高后降低的趋势,其中3%NZ掺量的UHPC的力学性能最优异,标准养护28 d后的抗压强度和抗折强度分别比对照组高19.5%和20.8%。耐久性实验显示,掺入NZ的UHPC在硫酸盐侵蚀和碳化环境下均表现出更好的性能,3%NZ掺量的UHPC具有最佳的耐久性,在硫酸盐侵蚀90次循环后,抗压强度最高,为131.3 MPa,质量的损失率最低,为0.13%。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析机理,NZ颗粒能够减小氢氧化钙(CH)晶体的尺寸和取向,促进水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的生成,从而改善UHPC的微观结构。结果表明,确定3%为NZ在UHPC中的最佳掺量。本研究为促进NZ在UHPC中的应用提供指导。

超高性能混凝土在结构中的应用

超高性能混凝土(UHPC)具有超高的力学性能和超高的耐久性能,被认为过去三十年最优异的水泥基复合材料之一,能较好地适应当前土木工程结构大型化、复杂化的趋势,也能符合社会可持续发展对高性能材料发展要求。近年来,UHPC材料与结构已成为热点研究方向,相关专利与论文数量呈指数型增长,UHPC应用数量、范围与地区不断攀升,各类规范与标准也在不断地制定与修订之中。文章围绕超高性能混凝土的研究与工程运用现状,概括总结超高性能混凝土的性能特点,梳理超高性能混凝土在桥梁工程、建筑工程以及防护工程等领域的应用现状,结合笔者团队在超高性能混凝土应用方面的实践感悟,探讨超高性能混凝土规模化应用的关键环节,为超高性能混凝土材料今后进一步研发与应用提供参考。