鋼纖維混凝土技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層大梁大體積混凝土配制；施工控制

廣州某花園4#樓地下室一層，地面30層，建筑面積3.6萬m²,在二層進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換層為粱式結(jié)構(gòu),主要有三種梁規(guī)格，即900×3500、1800×2350、10000×2150，混凝土強度等級為C40，設(shè)計要求摻12％UEA補償混凝土收縮，1800×2350粱再摻0.8％鋼纖維予于增加抗裂性和抗剪強度，轉(zhuǎn)換大粱幾何尺寸大，混凝土標(biāo)號高、組份多，配制和施工這部分混凝土成為整個主體工程的關(guān)鍵。本文介紹該轉(zhuǎn)換層大粱大體積混凝土的配制與施工。

1 混凝土的配制

1.1 原材料的選擇

轉(zhuǎn)換層大粱截面尺寸大，混凝土標(biāo)號高，單方水泥用量多，水泥水化產(chǎn)生的熱量大，容易引起較大的溫度梯度。為避免出現(xiàn)溫度裂縫，我們對原材料進行優(yōu)選，同時采用摻粉煤灰和高效堿水劑多摻技術(shù)，盡可能降低水泥用量。我們選用的原材料：

1.1.1 水泥：大體積混凝土宜采用低水化熱水泥，如礦渣或粉煤灰水泥，但因條件限制，只能選用525#普通硅酸鹽水泥。

1.1.2 粉煤灰：火電站I級粉煤灰。此灰具有較好的活性，能替代部分水泥量，同時可改善混凝土可泵性。

1.1.3 鋼纖維：在混凝土基體中，鋼纖維的破壞是由基體中撥出而不是拉斷，因此鋼纖維的增強效果與其外觀形式、長度、直徑、長徑比等幾何參數(shù)有關(guān)。長徑比大，增強效果好，但纖維太長影響拌合物質(zhì)量，直徑太細易在拌合過程中被彎折，太粗則在同樣體積含量時其增強效果差。為此我們用選剪切型直條鋼纖維，長度28mm，長徑比約6O。

1.1.4 石子：由于轉(zhuǎn)換大粱混凝土量大．需采用泵送施工，同時1800×2350粱為鋼纖維混凝土，鋼纖維在基體中的分布有沿粗骨料界面取向的趨勢，若骨科粒徑大而纖維短，鋼纖維所起的作用就不明顯。因此我們選用0.5-2.0cm碎石。

1.1.5 徽膨脹劑：福州市建科所生產(chǎn)的uEA。

1.l.6 堿水劑：根據(jù)施工工藝，轉(zhuǎn)換梁混凝土需采用泵送連續(xù)澆搗，拌合物初凝時間要求不早于5小時。為此我們選用福建省建研院生產(chǎn)的Tw 一6高效緩凝泵送劑，減水率大于15％，緩凝3-4小時。

1.2 配合比的確定

由于混凝土組份多，為盡快找到各組份間的最佳配合，我們運用正交設(shè)計技術(shù)進行試驗。采用的因素水平見表一。

因素水平表 表一

注：(1)粉煤灰、堿水劑，UEA的摻量均為占水泥量的重量百分比。(2)鋼纖維摻量為混凝土中所占體積率。

根據(jù)因素水平表進行試驗，試驗結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計分析，得到各組份間的最佳匹配，出具混凝土配合比(見表二)。

注：(1)混凝土初凝時坷6-8小時；(2)拌合物坍落度16-18cm 3.鋼釬維體積率0.8％。

2 混凝土施工

2.1 混凝土澆搗工藝

2.1.1 900×3500轉(zhuǎn)換大梁同時跨越兩層樓板(即夾層樓板和二層樓扳)，混凝土量大，鋼筋密集，混凝土不容易澆搗，因此我們在取得設(shè)計同意后，運用疊合原理將該粱分二次澆搗，施工縫設(shè)在距梁底1.5m 高處。第一擻澆搗1.5m高度以下和夾層粱板棍混凝土，在梁中形成疊合面，并通過在疊合面設(shè)置企口，進一步保證了此粱的完整性。第二次澆搗900×3500余下部分及其它粱和二層板混凝土。此部分混凝土由二臺泵完成，每臺泵負責(zé)5個區(qū)，最長搭接時間2.5小時，不會出現(xiàn)施工冷縫。澆搗程序見圖一。

2.1.2 疊合面處理：因該疊合面處原設(shè)計就配有l(wèi)4 Ø 25鋼筋，足夠用來作疊合面抗裂筋，故無需另加配抗裂鋼筋。疊合面混凝土在初凝后終凝前需用鋼絲刷刷毛，待終凝后再次將松動的砂粒刷除干凈，并鑿除松動的石子和松散混凝土。

2.1.3 節(jié)點處理：鋼纖維混凝土粱與其它梁的交接處澆筑鋼纖維混凝土。

混凝土澆搗順序圖

2.2 混凝土質(zhì)量保證措施

2.2.1 混凝土的拌制：拌制微膨脹混凝土?xí)r，攪拌時問比普通混凝土延長1―1.5min。拌制鋼纖維混凝土?xí)r，采用先干拌后濕拌法，即將鋼纖維、水泥、粗細骨料、UEA先干拌均勻而后加水和減水劑濕拌，干拌時間不少于1.5min，濕拌時間不少于2min。

2.2.2 振搗：混凝土采用機械振搗，振搗時間以混凝土能密實為準(zhǔn)，不宜過振。因為銅纖維有沿振搗棒插入方向排列的趨勢，振搗時間過長會引起鋼纖維下沉和取向不利

2.2.3 澆搗中質(zhì)量抽查：除按GBJ50204 -92(混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗收規(guī)范)留置試塊和抽查拌合物坍落度外，在拌制地點和澆筑地點檢查鋼纖維體積率，每臺班至少二次。

2.2.4 溫度監(jiān)測

（1）測溫點的布置：由于轉(zhuǎn)換粱混凝土量大，標(biāo)號高，水泥水化易產(chǎn)生較高溫升。為此我們選取具有代表性的部位布置測溫點，對混凝土內(nèi)部溫度進行監(jiān)控。根據(jù)混凝土量和粱的截面尺寸，我們在900 x 3500及1800×2350二根粱內(nèi)部可能產(chǎn)生最大應(yīng)力部位(即梁中)各布置一個測溫點，每點沿梁高度方向均勻埋設(shè)5個熱電偶。為監(jiān)測1800×2350粱二側(cè)與中心的溫度差，在梁中橫向布置一個測溫電點，也均布5個熱電偶。

（2）監(jiān)測程序：混凝土澆筑后1-5天，每2小時測一次：5一l0天每4小時測一次：10―30天，每8小時測一次。

（3）控制標(biāo)準(zhǔn)：混凝土里外溫差不大于25℃，每天降溫不大于1.5℃ 。

2.2.5 保溫保濕措施

為保證混凝土有足夠的濕度和內(nèi)外最大溫差和降溫速率符舍要求，我們采取 下措施：

（1）轉(zhuǎn)換粱底模采用松木板制作，在澆混凝土前將底模充分濕潤，并在底模下鋪設(shè)一層塑料薄膜，以便保持松木板中的水分和起保溫隔熱作用。因膠合板具有良好的保溫保濕性能，故我們采用膠合板作邊模。若此措施不滿足溫控要求，再在模外側(cè)釘掛草簾或用碘鎢燈照射。

（2）混凝土表面覆蓋料薄膜和草袋，根據(jù)實際需要增減塑薄膜和草袋的層數(shù)。

3 體會

3.1 配制多組份混凝土，采用正交試驗法，能以較少試驗次數(shù)探清各組份間的最佳匹配，可節(jié)約大量物力，人力。

3.2 TW一6泵送減水劑具有增塑，緩凝，低引氣等特點，可防止混凝土拌合物在泵送管道中離析或阻塞，改善泵送性能，同時能在不同程度上降低混凝土成本。

3.3 鋼纖維混凝土的施工關(guān)鍵在確保鋼纖維在基體中分布均勻，澆搗不得留置施工縫。因為鋼纖維有沿界面分布的趨勢。

3.4 轉(zhuǎn)換層大梁大體積混凝土的施工，只要方案可靠，方法正確，組織周密合理，完全可避免溫度裂縫的出現(xiàn)，混凝土質(zhì)量就有保證。

參考文獻

[1]婁宇．高層建筑中粱式轉(zhuǎn)換層的試驗研究及理論分析：[學(xué)位論文]．南京：東南大學(xué)土木工程系．1996

[2]申強．預(yù)應(yīng)力桁架轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震性能的試驗研究和理論分析；[學(xué)位論文]．南京：東南大學(xué)土木工程系，1996

[3]杜肇民，高智，張寬虎．張忠利 折曲撐框架在低周反復(fù)荷載下的抗震性能試驗研究與設(shè)計建議．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報．1992(5)：2～ 5

第2篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土 ；自由落錘； 抗沖擊性能；試驗；研究

中圖分類號：TU528.572文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：

混凝土作為一種多孔性的脆性材料, 長期以來，在路面混凝土、橋面混凝土等頻繁承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，混凝土通常是由于抗沖擊性能不足而喪失其使用性能。因此，掌握混凝土的動載性能對設(shè)計承受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)是非常重要的。論文通過對層布式鋼纖維混凝土進行抗沖擊性能試驗，研究了混凝土集料、不同層位、不同鋼纖維摻量對混凝土的抗沖擊性能的影響，試驗結(jié)果表明，層布式鋼纖維對混凝土抗沖擊性能有極大的提高作用。

1 原材料及試驗方法

1．1原材料

水泥采用32.5#普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用粒徑為5mm~26.5mm的連續(xù)級配卵石，細骨料選用細度模數(shù)為2.9的中砂，混凝土配合比見表1。鋼纖維采用武漢寶龍恒基材料工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的新型鋼纖維，技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 混凝土配合比

表2鋼纖維技術(shù)指標(biāo)

1．2試驗方法

混凝土材料的抗沖擊性能是指在反復(fù)沖擊荷載的作用下，混凝土材料吸收動能的能力。目前國外混凝土抗沖擊試驗方法主要有爆炸試驗(explosive test)、卻貝擺錘沖擊試(Charpy pendulum test)、射彈試驗(projectile impact test)和落錘沖擊試驗(drop-weight test)。由于落錘沖擊試驗的簡便性，得到了美國ACI 544 委員會(American Concrete Institute Committee544) 的推薦。我國對鋼纖維混凝土的抗沖擊性能研究相對較少，沒有現(xiàn)成的落錘式?jīng)_擊試驗機?！豆饭こ趟嗉八嗷炷猎囼炓?guī)程》(JTGE30-2005) 等有關(guān)規(guī)范對路面水泥混凝土抗沖擊韌性的試驗方法和試驗流程也沒有作出規(guī)定。對此，本次試驗采用自制自由落錘沖擊試驗。

圖1沖擊試驗裝置

自制自由落錘沖擊試驗裝置（如圖1）。該方法的試驗過程為：制作圓柱體試件，高度h=64mm，直徑D=150mm，試件澆筑24h后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護28d，實驗前4h將試件從養(yǎng)護室取出晾干。將1個4.5kg重的鋼錘自457mm的高度自由落下，沖擊放置在試件中心的鋼球(鋼球為傳力球，直徑64mm，防止落錘直接砸在試件上造成試件局部破壞)，每完成1次沖擊即為1個循環(huán)。仔細觀察試件表面，當(dāng)試件表面出現(xiàn)第1條裂縫時的沖擊次數(shù)即為初裂沖擊次數(shù)N1。然后繼續(xù)反復(fù)進行沖擊循環(huán)，直至試件被破壞并與試驗裝置中4塊擋板的任意3塊接觸時(或有一條裂縫大于3mm)，這一沖擊次數(shù)即為破壞沖擊次數(shù)N2。

每組設(shè)6個平行試件。鑒于混凝土材料的變異性和離散性較大，為保證沖擊試驗得出數(shù)據(jù)的可靠性，試驗采用格拉布斯法對數(shù)據(jù)進行取舍，即對每組試件沖擊次數(shù)xi由小到大進行排序，并按式(1)、式(2)計算統(tǒng)計量g：

當(dāng)最小值x1 可疑時，則：

(1)

當(dāng)最大值xi 可疑時，則：

(2)

式中：為沖擊次數(shù)的算術(shù)平均值；x1 為沖擊次數(shù)的最小值；xi 為沖擊次數(shù)的最大值；S 為沖擊次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

在顯著水平=0.05下，求得可疑值的臨界值g0 (，n)。若滿足式(3)：

(3)

則可依值舍去。

式中：n 為每組試件的試件數(shù)。當(dāng)舍棄后試件數(shù)小于3時，則重新成型試件試驗。對于有效數(shù)值，取它們的平均值作為結(jié)果數(shù)值。

然后計算鋼纖維混凝土的抗沖擊性能(以沖擊功計)。

沖擊功的計算式為：

W = N2 mg h (4)

式中：W ——沖擊功，J；

N2 ——破壞沖擊次數(shù)；

m——鋼錘質(zhì)量m=4.5 kg；

g——重力加速度g=9.8m/s2；

h----沖擊錘下落高度h=457mm。

2 鋼纖維對混凝土抗沖擊性能的影響

通過自由落錘沖擊試驗反復(fù)沖擊試件直至破壞，測試混凝土吸收動能的能力。為了深入探討各層鋼纖維對混凝土抗沖擊性能的影響，制作了以下幾組試件，每組六個平行試件（見表3）。

表3 單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗

圖2沖擊次數(shù)與層位的關(guān)系圖3沖擊功與層位的關(guān)系

從表3和圖2、圖3中可以得到如下結(jié)論：

(1)布置鋼纖維層的混凝土比素混凝土的抗沖擊性能有了極大的提高，無論是初裂沖擊次數(shù)還是終裂沖擊次數(shù)均有了很大的增加。抵抗的沖擊功最大提高了6.4倍；在出現(xiàn)初裂縫后吸收功的能力提高了48.3倍。在沖擊過程中，鋼纖維層能有效地減小混凝土的裂隙程度，增強材料介質(zhì)連續(xù)性，減小沖擊波被阻斷引起的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以阻礙混凝土裂縫的擴展。混凝土初裂后，高性能的鋼纖維使混凝土保持一定整體性，繼續(xù)吸收沖擊功，故鋼纖維大大提高了混凝土的抗沖擊韌性，另外，層布鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗沖擊性能還表現(xiàn)為裂而不碎的良好抗裂性。

(2)隨著鋼纖維層的由下到上的層位變化，材料的抗沖擊性能提高很明顯，而且從圖中線段可以看出，隨著鋼纖維層的逐步上移，終裂次數(shù)增長趨勢越大，抗沖擊性能越好。這說明上層的鋼纖維抗沖擊性能好。從圖4、圖5可以看到試件在沖擊作用下，首先由于水泥基體的抗拉強度低，所以發(fā)生開裂的是水泥基體，即上表面出現(xiàn)細微的裂紋，素混凝土此時裂紋很快發(fā)展，試件破壞形式為一分為二；在層布式鋼纖維混凝土中，原先由水泥基體承受的荷載立即傳遞給連接在裂紋處的鋼纖維，鋼纖維可以很快承力并抑制裂紋的擴展，試件表現(xiàn)出裂縫后仍保持相對完整性。隨著沖擊次數(shù)的增多，水泥基體中的裂紋增多，損傷增加，鋼纖維承受的荷載也相應(yīng)增加，鋼纖維變形增大，直至被拔出或拉斷；此時試件破壞形式大多是三條裂縫從中心向外，相互的角度約為120º，也有部分試件是四條裂縫自中心向外，相互呈90º。在鋼纖維被拉長及被拔出的過程中將消耗大量的沖擊能量，表現(xiàn)為層布式鋼纖維混凝土抗沖擊性能的提高。

圖4素混凝土終裂照片

圖5 層布鋼纖維混凝土終裂照片

3 集料對對混凝土抗沖擊性能的影響

對比試驗集料選擇石灰?guī)r碎石（碎石的級配同卵石的級配相同）。單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗、上層鋼纖維摻量對沖擊韌性試驗的結(jié)果見表4和表5。

表4單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗結(jié)果（碎石）

表5上層鋼纖維摻量對沖擊韌性試驗的結(jié)果(碎石)

注：1、由于混凝土材料的變異性和離散性，表3、4、5中的數(shù)據(jù)為有效數(shù)值的平均值；

2、每組試件上、下層布鋼纖維，下層鋼纖維含量為1.4kg/m2；

3、上(下)層鋼纖維離試件頂(底)面20mm。

通過對比卵石與碎石的沖擊試驗，為方便對比，得如下圖5.11~圖5.20。

圖6上層摻量對初裂沖擊次數(shù)對比 圖7單層對初裂沖擊次數(shù)對比

圖8 上層摻量對終裂沖擊次數(shù)對比圖9 單層對終裂沖擊次數(shù)對比

圖10 上層摻量對沖擊功對比 圖11 單層對沖擊功對比

圖12 沖擊后卵石斷裂面 圖13 沖擊后碎石斷裂面

從試驗過程及圖6~圖13可以得出以下結(jié)論：

(1)對于素混凝土，卵石比碎石的初裂和終裂沖擊次數(shù)略高，約高40次。

(2)單層鋼纖維的卵石與碎石初裂次數(shù)相差不大；除上布鋼纖維層，卵石明顯大于碎石外，中、下布鋼纖維初裂次數(shù)基本相同。體現(xiàn)了材料本身的變異性和離散性。

(3)對比圖12和圖13的破壞斷面，可以看出卵石的斷面中開裂一般是沿著卵石的邊緣，而碎石的破壞均是貫穿石塊，說明碎石膠結(jié)的好。

(4)觀察圖6、圖8和圖10，三幅圖有一個共同的特點，就是上、下層布鋼纖維比單層有明顯較大的提高，其沖擊韌性提高的很快。

4 結(jié)論

（1）隨著上層鋼纖維摻量的不斷增加，鋼纖維混凝土的初裂沖擊次數(shù)和終裂沖擊次數(shù)增加十分明顯，并且增加的趨勢也在加大。

（2）上層摻量1.8kg/m2的混凝土比無上層的單層混凝土的初裂次數(shù)增加了3.2倍；終裂次數(shù)增加了4.6倍。說明摻量的增加極大提高了混凝土的抗沖擊性能。

（3）上層鋼纖維對沖擊韌性的改善好過下層；另外，鋼纖維層的加入不僅可以有效改善混

凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能，也改變了混凝土基體的粘結(jié)性能，使混凝土材料更具有整體

性，提高結(jié)構(gòu)的疲勞性能和耐久性。

（4）對比層布式鋼纖維混凝土，碎石比卵石抗沖擊性能提高從1.4倍至2.5倍不等，說明碎石集料的抗沖擊性能高于卵石。

參考文獻

[1] JTG E30-2005 公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[ S]．北京：人民交通出版社，2005

[2] 王佶，李成江，李存瑞．不同纖維層布式鋼纖維混凝土抗彎韌性的研究[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報，2006，28(7):82-85

第3篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土；制備技術(shù)；材性；工程應(yīng)用；細觀力學(xué)分析

中圖分類號：TU528.2文獻標(biāo)志碼：A

0引言

混凝土是一種水泥基復(fù)合材料，它是以水泥為膠結(jié)劑，結(jié)合各種集料、外加劑等而形成的水硬性膠凝材料?；炷潦钱?dāng)今用量最大的建筑材料，與其他建筑材料相比，混凝土生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應(yīng)性強、應(yīng)用方便等特點。從社會發(fā)展和技術(shù)進步的角度來看，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，混凝土仍是應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料。然而，由于混凝土自重大、脆性大和強度（尤其是抗拉強度）低，影響和限制了它的使用范圍；同時，對于低強度的混凝土，在滿足相同功能時用量較大，這加劇了對自然資源和能源的消耗，另外也增加了廢氣和粉塵的排放，增大了對能源的需求和環(huán)境的污染。

20世紀(jì)以來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)朝更高、更長、更深方向發(fā)展，這對混凝土的強度提出了新的要求。為滿足這種要求，隨著科技的進步，混凝土的強度得到了不斷的提高。在20世紀(jì)20年代、50年代和70年代，混凝土的平均抗壓強度可分別達到20，30，40 MPa。20世紀(jì)70年代末，由于減水劑和高活性摻合料的開發(fā)和應(yīng)用，強度超過60 MPa的高強混凝土（High Strength Concrete，HSC）應(yīng)運而生，此后在土木工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用[15]。

然而，單純提高混凝土抗壓強度，并不能改變其脆性大、抗拉強度低的不足。采用纖維增強的方法，產(chǎn)生了纖維增強混凝土（Fiber Reinforced Concrete，F(xiàn)RC）[4，6]，其所用纖維按材料性質(zhì)可劃分為金屬纖維、無機纖維和有機纖維等，最常用的是金屬纖維中的鋼纖維。隨著社會的發(fā)展，許多特殊工程，如近海和海岸工程、海上石油鉆井平臺、海底隧道、地下空間、核廢料容器、核反應(yīng)堆防護罩等，對混凝土的耐腐蝕性、耐久性和抵抗各種惡劣環(huán)境的能力等也提出了更高的要求。因此，人們又提出了將HSC包含在內(nèi)的高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）的概念。

在HPC應(yīng)用發(fā)展的同時，人們并沒有停止對混凝土向更高強度、更高性能發(fā)展的追求。1972～1973年，Brunauer等在《Cement and Concrete Research》雜志上發(fā)表了有關(guān)Hardened Portland Cement Pastes of Low Porosity的系列論文，報道了抗壓強度達到240 MPa的低孔隙率的水泥基材料，但是研究中并未采用萘系和聚合物高效減水劑，該技術(shù)沒有在工程中得到推廣應(yīng)用[3]。Bache采用細料致密法（Densified with Small Particles，DSP），通過發(fā)揮硅灰與高效減水劑的組合作用，以達到減小孔隙率的目的，制備出強度為150～200 MPa的混凝土，其產(chǎn)品在市場上以DENSIT商標(biāo)的混凝土制品出現(xiàn)[3，7]。Birchall等[8]開發(fā)出無宏觀缺陷（Macro Defect Free，MDF）水泥基材料，抗壓強度可達到200 MPa。MDF水泥基材料問世后，引起了有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注，并開展了許多有關(guān)這類材料優(yōu)異性能和高強機理的研究。此外，Roy在1972年獲得了抗壓強度達到650 MPa的水泥基材料。美國的CEMCOM公司采用不銹鋼粉也制備出超高強材料DASH47[3]。20世紀(jì)90年代，法國Bouygues公司在DSP，MDF及鋼纖維混凝土等研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）[910]。RPC分為2個等級，強度在200 MPa以內(nèi)的稱為RPC200，強度在200 MPa以上、800 MPa以下的稱為RPC800[910]。1994年，Larrard等[11]首次提出了超高性能混凝土（Ultrahigh Performance Concrete，UHPC）的概念。

直至今天，有關(guān)水泥基向更高強度發(fā)展的研究報道仍不斷地出現(xiàn)，然而具有工程應(yīng)用前景的并不多：有些因為價格太高，有些因為制備技術(shù)太復(fù)雜，而有些則在強度提高的同時某些性能指標(biāo)下降。因此，以RPC制備原理為基礎(chǔ)的UHPC材料的研究與應(yīng)用，是當(dāng)今水泥基材料發(fā)展的主要方向之一。美國國家科學(xué)基金會于1989年投資建立了一個“高級水泥基材料科技中心”，并為該中心提供了1 000萬美元的科研經(jīng)費[5]。美國聯(lián)邦公路局以RPC為研究對象，對UHPC開展了系統(tǒng)的研究，進行了1 000多個試件的測試，研究內(nèi)容包括配制技術(shù)、強度、耐久性和長期性能等力學(xué)性能[12]。在此基礎(chǔ)上，美國密歇根州交通技術(shù)研究院開展了進一步的研究[13]。法國土木工程學(xué)會在大量研究的基礎(chǔ)上，于2002年制訂了超高性能纖維混凝土的指南（初稿）[14]。日本土木工程協(xié)會也于2004年制訂了相應(yīng)的設(shè)計施工指南（初稿），并于2006年出版了英文版本[15]。韓國提出了一個超級橋梁（Super Bridge 200）的計劃，希望通過應(yīng)用UHPC建造橋梁，減少20%的工程造價，在10年內(nèi)節(jié)省20億美元的投資，減少44%二氧化碳的排放量和減少20%的養(yǎng)護費用[16]。中國從20世紀(jì)90年代開始了UHPC的研究，取得了一系列的成果，國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》已在征求意見[17]。

2004年9月在德國的卡塞爾舉行的UHPC國際會議上，與會專家認為UHPC雖然被命名為混凝土材料，但是卻可以認為是一種新型材料，是新一代水泥基建筑材料[18]。2009年在法國馬賽舉行的超高性能纖維增強混凝土（Ultrahigh Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）國際會議上，與會專家認為因UHPFRC低碳環(huán)保且性能優(yōu)異，可以用來建造低碳混凝土結(jié)構(gòu)，在未來必將得到大力發(fā)展[19]。盡管UHPC自出現(xiàn)以來，不斷被應(yīng)用于橋梁、建筑、核電、市政、海洋等工程之中，然而應(yīng)用發(fā)展遠低于預(yù)期。以應(yīng)用最多的橋梁為例，自1997年第一座UHPC橋――加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC橋建成以來，十幾年間全世界也僅建成30余座，且以中小跨徑與人行橋為主[20]。在中國，UHPC實際工程應(yīng)用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有1座梁橋的應(yīng)用，目前1座公路梁橋正在建設(shè)之中。在中國處于大規(guī)模工程建設(shè)的背景下，UHPC在中國的應(yīng)用顯得更為滯后。這種應(yīng)用不理想的狀況，究其原因：一方面，有關(guān)UHPC的研究主要集中在發(fā)達國家，而這些國家已完成大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動其研究與應(yīng)用的市場動力不足；另一方面，發(fā)展中國家雖然有較大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求，但是基礎(chǔ)研究不足和UHPC價格較高，影響了其在工程中的應(yīng)用。

在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，中國仍處于大建設(shè)時期，隨著對節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，對混凝土性能的要求也將越來越高，因此UHPC具有廣闊的應(yīng)用前景。2014年3月4日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)和信息化部召開了高性能混凝土推廣應(yīng)用指導(dǎo)組成立暨第一次工作會。會議認為，高性能混凝土推廣應(yīng)用是強化節(jié)能減排、防治大氣污染的有效途徑，能提高建筑質(zhì)量，延長建筑物壽命，提升防災(zāi)減災(zāi)能力，有利于推動水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。在節(jié)能減排方面，據(jù)專家估算，以目前中國每年混凝土的使用量4×109 m3測算，通過推廣高性能混凝土，合理使用摻合料，每立方米混凝土可節(jié)約水泥25 kg，實現(xiàn)年節(jié)約水泥1×108 t，進而減少消耗石灰石1.1×108 t、粘土6×107 t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.2×107 t，減少排放二氧化碳7.5×107 t[21]。若能推廣應(yīng)用UHPC，成效顯然更大，同時也能為中國UHPC技術(shù)、混凝土材料與工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)先于世界做出積極的貢獻。因此，開展UHPC的制備技術(shù)與工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究，具有重要的意義。為此，國家自然科學(xué)基金委員會與福建省人民政府設(shè)立的“促進海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金”2013年資助了“超高性能混凝土制備與工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究”項目。在該項目的指南建議、項目申請、項目獲批后的研究計劃制訂中，筆者查閱了大量的研究資料，結(jié)合前期研究成果，對UHPC的研究現(xiàn)狀有了較為全面的了解。為促使該項目的順利進行，并推動中國UHPC研究與應(yīng)用的不斷發(fā)展，整理撰寫了本文。

1UHPC制備基本原理與技術(shù)指標(biāo)

1.1UHPC制備基本原理

對普通混凝土的研究，人們認識到混凝土作為一種多孔的不均勻材料，孔結(jié)構(gòu)是影響其強度的主要因素，而固體混合物的顆粒體系所具有的高堆積密實度是混凝土獲得高強度的關(guān)鍵。因此，減小孔隙率、優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)、提高密實度、摻入纖維是UHPC制備的基本原理和主要方法，以RPC為例，其獲得超高性能的主要途徑有以下幾種[9]：

（1）剔除粗骨料，限制細骨料的最大粒徑不大于300 μm，提高了骨料的均勻性。

（2）通過優(yōu)化細骨料的級配，使其密布整個顆?？臻g，增大了骨料的密實度。

（3）摻入硅粉、粉煤灰等超細活性礦物摻合料，使其具有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，減小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。

（4）在硬化過程中，通過加壓和熱養(yǎng)護，減少化學(xué)收縮，并將CSH轉(zhuǎn)化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材料的微觀結(jié)構(gòu)。

（5）通過添加短而細的鋼纖維，改善材料延性。

中國正在制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（征求意見稿）[17]中對RPC的定義為：以水泥、礦物摻合料、細骨料、高強度微細鋼纖維或有機合成纖維等原料生產(chǎn)的超高性能纖維增強細骨料混凝土。從上述定義可見，它對養(yǎng)護制度、配合比中的一些組分并沒有嚴格的限制，如有些結(jié)構(gòu)需要現(xiàn)場澆注，蒸壓養(yǎng)護較為困難而采用常規(guī)養(yǎng)護時，如果骨料強度高且表面粗糙，也可得到強度為200 MPa的RPC[22]。

UHPC基于RPC的制備原理，如采用小粒徑骨料，摻入鋼纖維和采用蒸壓養(yǎng)護等，但是對骨料的粒徑、養(yǎng)護制度、配合比中的組分等則沒有嚴格的限制，如采用常規(guī)養(yǎng)護工藝也可配制出強度超過150 MPa的UHPC。文獻[23]中采用常規(guī)材料，不采用熱養(yǎng)護、預(yù)壓等特殊工藝，也制備出強度超過200 MPa，可泵送澆注的UHPC，其技術(shù)包括選擇低需水量的水泥和硅灰、合理的砂漿水泥比、硅灰水泥比和水灰比等。文獻[24]中采用普通材料和常溫養(yǎng)護，制備出坍落度為268 mm，90 d強度為175.8 MPa的混凝土。文獻[25]中采用常規(guī)材料和養(yǎng)護，制備出抗壓強度超過200 MPa的混凝土，摻入質(zhì)量分數(shù)為1%的鋼纖維的抗拉強度可達到15.9 MPa。

1.2UHPC技術(shù)指標(biāo)

在UHPC的研究中，有些繼續(xù)采用RPC的名稱，有些直接稱之為UHPC，還有一些則稱之為UHPFRC，如法國與日本的相關(guān)指南[1415]，有的則認為UHPFRC就是RPC，是UHPC與FRC相結(jié)合的產(chǎn)物[26]，目前對這些名詞還沒有統(tǒng)一公認的定義。從內(nèi)涵來看，RPC，UHPC與UHPFRC有許多相同之處；相對來說，UHPC的范圍大些，RPC和UHPFRC的范圍小些，這也可以直接從字面上看出來。本文中在引用參考文獻時，保持原文獻的材料名稱，在進行綜述分析時，則統(tǒng)稱為UHPC。

關(guān)于UHPC或RPC的技術(shù)指標(biāo)，目前也沒有統(tǒng)一公認的定義。法國UHPFRC指南[14]中，定義它為具有150 MPa以上抗壓強度，有纖維加強以確保非脆，采用特殊骨料的高粘性材料。日本UHPFRC指南[15]中，定義它為一種纖維加勁的水泥基復(fù)合材料，抗壓強度超過150 MPa，抗拉強度超過5 MPa，開裂強度超過4 MPa，并給出了基本組成：最大粒徑小于2.5 mm的骨料、水泥和火山灰，水灰比小于0.24；摻入不低于2%體積摻量、長度為10～20 mm、直徑為0.1～0.25 mm、抗拉強度不小于2 GPa的加勁纖維。

中國的國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（征求意見稿）[17]中對RPC按力學(xué)性能的等級劃分見表1。從表1可知，它對抗壓強度要求最低為100 MPa，比法國、日本的抗壓強度150 MPa要低。

表1活性粉末混凝土力學(xué)性能的等級劃分

Tab.1Grade Classification of Mechanic Properties of RPC等級1抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值/MPa1抗折強度/MPa1彈性模量/GPaR10011001≥121≥40R12011201≥141≥40R14011401≥181≥40R16011601≥221≥40R18011801≥241≥402制備技術(shù)

2.1材料組分與配合比

如同其他混凝土材料的研究一樣，UHPC的研究也是從材料制備開始的。各國研究者結(jié)合當(dāng)?shù)氐牟牧祥_展了大量的配合比設(shè)計，中國也開展了許多的研究，如文獻[27]～[32]。

UHPC作為一種高技術(shù)的新型材料，成本較高是影響其工程應(yīng)用的一個重要因素。文獻[33]中對一些RPC試驗的原材料進行分析，發(fā)現(xiàn)其成本均在4 000元?m-3以上，最高達到8 000元?m-3，遠高于普通混凝土的價格。為此，提出了RPC性價比計算方法，并以鋼纖維摻量為主要參數(shù)進行研究。

由于RPC中的鋼纖維為細鋼纖維，且為了防銹而鍍銅，其較高的價格是RPC材料成本較高的主要原因，因此，許多研究圍繞鋼纖維及其替代品展開。文獻[34]中采用碳纖維替代部分鋼纖維進行RPC的配制，發(fā)現(xiàn)RPC的抗折強度下降而抗壓強度有所提高。文獻[35]中采用碳纖維替代鋼纖維配制RPC，結(jié)果表明，最終破壞形態(tài)表現(xiàn)出很大的脆性破壞。此外，還有學(xué)者對聚丙烯纖維RPC和混雜纖維RPC開展了研究，將低模量的聚丙烯纖維、中模量的耐堿玻璃纖維和高模量的鋼纖維混雜摻入RPC，可使RPC的一些力學(xué)性能得到一定程度的改善而提高[3642]。美國規(guī)范在AASHTO Type Ⅱ梁中采用80級焊接鋼筋網(wǎng)以取代UHPC中的鋼纖維，其抗剪強度超過采用鋼纖維的UHPC梁，且施工方便，成本大大降低[43]。

為降低成本，研究人員還開展了采用替代材料減少UHPC中水泥、硅灰用量的研究，如鋼渣粉、超細粉煤灰、石粉、偏高嶺土、火電廠微珠、超細礦渣、稻殼灰等，不僅能降低造價，而且利于環(huán)保[4450]。

文獻[51]中開展低水泥用量的RPC研究，用粉煤灰取代了60%的水泥，在凝結(jié)硬化過程中施加壓力，得到338 MPa的RPC。在RPC中采用粉煤灰和礦渣替代水泥和硅灰，可減少高效減水劑的用量，并減少RPC的水化熱和收縮[40]。文獻[52]中采用棕櫚油灰取代50%的膠凝材料，配制的UHPC具有158.28 MPa的抗壓強度、46.69 MPa的彎拉強度和13.78 MPa的直拉強度。文獻[53]中采用稻殼灰取代硅灰，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護制度下，可制備出強度超過150 MPa的UHPC，當(dāng)采用水泥+10%硅灰+10%稻殼灰時，得到的UHPC性能最好。在RPC的凝結(jié)硬化過程，加入部分水化水泥基材料（PHCM），能促進水泥水化，增加CSH生成量，使RPC具有較高的早期強度[54]。

由于膠凝材料（水泥和硅灰）表面特性不同，可選擇多種減水劑進行耦合使用，其效果更好[55]。在UHPC配合比設(shè)計中采用修正的安德烈亞森顆粒密實模型，可以降低膠凝材料的用量，如養(yǎng)護28 d后，仍有很多水泥沒有水化，則可采用一些便宜的材料來替代，如石粉[56]。文獻[57]中提高RPC的硅灰含量，使配制的RPC強度得到提高的同時，其表觀密度降低到1 900 kg?m-3。

另外，為減少對天然骨料的開采，研究人員還探索利用其他材料來替代UHPC中的石英砂等，如采用燒結(jié)鋁礬土[40]、機制砂石[58]和丘砂[5960]等。文獻[61]中采用鐵礦石尾礦替代UHPC中的天然骨料，由于較差的界面，工作性和強度下降。文獻[62]中將廢棄混凝土塊放入UHPC中，可減少早期收縮，制成自約束收縮UHPC。文獻[63]中采用超細水泥制備了新型超高性能混凝土SCRPC，避免了硅灰的使用，且便于現(xiàn)場養(yǎng)護與施工。

2.2拌制與養(yǎng)護技術(shù)

與普通混凝土不同的是，RPC由于采用基體材料+細粒徑組分材料+鋼纖維進行配制，在拌制過程中容易聚團，影響RPC成型的均質(zhì)性和材料性質(zhì)，是備受工程界關(guān)心的一個主要問題。各國學(xué)者對需要采用的攪拌設(shè)備、混合料的拌制時間與順序等也開展了相應(yīng)的研究，如Collepardi等[64]的研究表明，攪拌1 min后添加減水劑的RPC，其工作性能要優(yōu)于即時摻入減水劑的RPC[64]。文獻[65]中介紹了常規(guī)攪拌工藝配制的RPC的特性，制定了加料順序。文獻[66]中研究了3種不同的投料攪拌方法，試驗結(jié)果表明，不同的投料次序?qū)PC的抗折強度和抗壓強度有一定影響，尤其對RPC流動性的影響較大。此外，RPC澆注時鋼纖維方向分布對RPC的拉抗強度等性能有較大影響。為尋找有效控制鋼纖維方向的方法，文獻[67]中通過數(shù)值分析和試驗研究，探討了通過擠壓改變鋼纖維排列方向的方法；文獻[68]中采用管壁效應(yīng)和混凝土流動方向等方法，改變鋼纖維在試件內(nèi)的排列方向，試件成型后的X射線圖像表明，該措施取得了良好效果。

高溫、加壓養(yǎng)護制度是UHPC獲得高性能的重要手段，溫度越高、時間越長，參加反應(yīng)的硅灰越多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越密實。文獻[69]中指出，與90 ℃熱養(yǎng)護相比，在20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的UHPFRC試塊，抗壓強度降低20%，抗彎強度降低10%，斷裂能降低15%。高溫、加壓養(yǎng)護制度是RPC獲得高性能的重要手段，如RPC中含有火山灰活性物質(zhì)，在不同養(yǎng)護制度下，RPC的力學(xué)性能有較大差異[1415]。以29Si磁共振方法（29Si NMR）量測水泥、硅灰、石英粉等膠結(jié)粉體在不同養(yǎng)護條件下的水化程度，可確立有效且經(jīng)濟的養(yǎng)護方式[70]。Richard等[10]的研究表明，90 ℃熱養(yǎng)護能加速火山灰反應(yīng)，并改變已形成水化物的微觀結(jié)構(gòu)，高溫養(yǎng)護（250 ℃～400 ℃）能促使結(jié)晶水化物的形成與硬化漿體的脫水。Dallaire等[71]的研究表明，RPC試件在加壓50 MPa和400 ℃的條件下養(yǎng)護48 h后，其抗壓強度可達到500 MPa。Cheyrezy等[72]通過熱重分析和X射線衍射對熱養(yǎng)護下傳統(tǒng)RPC的微觀結(jié)構(gòu)進行分析，認為傳統(tǒng)RPC在養(yǎng)護溫度介于150 ℃～200 ℃之間時，孔隙率最小。對采用蒸汽養(yǎng)護、滯后蒸養(yǎng)與降溫蒸養(yǎng)以及常規(guī)養(yǎng)護這4種養(yǎng)護方式進行了對比試驗，結(jié)果表明，蒸養(yǎng)對材性的影響最大，而采用蒸養(yǎng)但滯后蒸養(yǎng)與降溫蒸養(yǎng)對材性的影響較小[72]。蒸養(yǎng)能提高材料的抗壓強度、抗拉強度和彈性模量，減小徐變，加快收縮速度，提高抗?jié)B能力[12]。然而，蒸汽或蒸壓養(yǎng)護給施工帶來困難，也提高了制備成本。因此，不采用蒸汽或蒸壓養(yǎng)護時，如何獲得RPC材料的高性能，也成為研究的一個熱點。吳炎海等[7377]也都開展了不同養(yǎng)護制度和齡期對RPC材料性能影響的研究，結(jié)果表明，蒸養(yǎng)對提高材料性能具有極其有利的作用，并提出了相應(yīng)的最佳養(yǎng)護條件。

養(yǎng)護時的壓力對UHPC的性能也有影響。研究結(jié)果表明，在凝結(jié)過程施加5～25 MPa的預(yù)壓力時，RPC的抗彎強度可提高34%～66%，韌性可提高3.39～4.81倍，這是由于預(yù)壓力可消除孔隙和自由水，使顆粒更加緊密[78]。蒸壓時間、溫度和壓力均會影響RPC的性能；對于每一個壓力和溫度，存在一個臨界蒸壓時間；蒸壓時間過長，反而會使其力學(xué)性能有所下降[79]。蒸壓養(yǎng)護對提高RPC抗壓強度作用明顯，但是其抗折強度和韌性反而低于28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的RPC，這可能與蒸壓養(yǎng)護對提高鋼纖維和水泥石的粘結(jié)作用不大有關(guān)[22，79]，而在RPC中增加粉煤灰和礦渣用量可減少蒸壓情況下其抗折強度和韌性的降低[79]。3超高性能機理

3.1微觀結(jié)構(gòu)

文獻[80]中從測量的納米尺度力學(xué)性能出發(fā)，采用四層次多尺度微觀結(jié)構(gòu)模型，精確計算UHPC的剛度，且證實了纖維基體界面是無缺陷的。此后，許多學(xué)者采用SEM，EDS微區(qū)元素點分析與X射線衍射等試驗，對RPC的微觀結(jié)構(gòu)開展了研究，進一步揭示了RPC形成高性能的基本原理。

RPC密實度與強度之間存在著高度的相關(guān)性[8081]，但是最大密實度并不代表最高強度，強度取決于其微觀結(jié)構(gòu)和水化階段的性能[8283]。蒸壓養(yǎng)護能降低CSH凝膠中的CaO/SiO2，使RPC中形成針狀和片狀的托勃莫來石[40，84]。電導(dǎo)率與水化度存在一種函數(shù)關(guān)系，當(dāng)水化度達到26%時，孔隙不連續(xù)，采用超聲波技術(shù)可以監(jiān)測凝結(jié)硬化過程RPC的孔隙半徑的變化[81，85]。UHPC孔結(jié)構(gòu)可用表面分維來表示，且建立了混凝土的紋理、硅酸鹽鏈長（表面分維）和CSH量的關(guān)系[85]。

高溫可促進水泥、硅灰和石英粉的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)溫度達到250 ℃時，RPC中出現(xiàn)硬硅鈣石。隨著養(yǎng)護溫度的增加，CSH平均鏈長增加[8687]。堿激發(fā)水泥RPC （ARPC）在抗壓強度相同情況下，具有更高的抗彎性能、斷裂能以及與鋼筋的粘結(jié)性能；由于ARPC的CaO/SiO2較低，其納米的孔結(jié)構(gòu)有利于水分的逸出，內(nèi)部孔壓力較低，因此具有更好的抗火性能[8889]。

3.2纖維增強增韌機理

研究結(jié)果表明，未摻入鋼纖維的UHPC，在進行受壓試驗時由于內(nèi)部積聚的能量太大而呈現(xiàn)爆炸性破壞，表現(xiàn)出較普通混凝土和高強混凝土更大的脆性。因此，UHPC一般摻有纖維，故它也可視為基體與纖維的復(fù)合材料。纖維主要以細鋼纖維為主，直徑較小，為0.20～0.22 mm，長細比較大，為55～70，而UHPC基體的膠凝粒徑小，因而它與基材間的粘結(jié)滑移、纖維的拉拔、纖維橋接和裂縫的偏轉(zhuǎn)作用以及對混凝土材性的增強機理都有其自身的特性。為此，對纖維的增強增韌機理開展了大量的研究。

文獻[90]中研究了鋼纖維分布角度分別為0°，30°，45°，60°，90°時對RPC斷裂性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)分布角度為0°時，構(gòu)件的平均應(yīng)變最大，其變化規(guī)律為0°～60°降低，60°～90°增加；軸拉構(gòu)件在0°～40°之間為延性破壞，60°～90°之間為脆性破壞，40°～60°則處于中間狀態(tài)，RPC的偽應(yīng)變強化效應(yīng)與鋼纖維的分布特征有較大的關(guān)系，但是纖維分布方向?qū)箟簭姸鹊挠绊戄^小。

大量的研究表明，鋼纖維對UHPC的抗拉強度和韌性有明顯的提高作用，這種提高作用，在不影響鋼纖維分布均勻性的前提下（一般在3.5%～4%之間），與鋼纖維的摻量成正比[9193]。受拉破壞時，在開裂口處由于鋼纖維的橋搭作用，與普通混凝土相比，它的抗拉強度和韌性有很大的提高，其破壞形式是鋼纖維被拔出破壞，而不是拉斷破壞[9496]。

對抗壓強度，鋼纖維也有一定的增強作用，但是一般認為存在一個界限摻量，當(dāng)超過這個摻量時，抗壓強度不升反降。對于這個界限摻量，各國學(xué)者有不同的看法，從2%到4%都有[97100]。

為探討纖維對UHPC強度（尤其是抗拉強度）影響的細觀作用機理，一些研究對纖維與UHPC基體的相互作用開展了研究。文獻[101]中提出了一種新型的抗拉試驗方法（在夾具和試件間采用轉(zhuǎn)換板，使拉應(yīng)力均勻）用于測試纖維的拔出試驗。通過優(yōu)化UHPC基體的材料配制比例，鍍銅直纖維與UHPC的最大等效粘結(jié)應(yīng)力可達到22 MPa，纖維的最大拉應(yīng)力可達到1 840 MPa，拉出所需要的能耗為71 J?mm-2，其粘結(jié)強度、纖維最大應(yīng)力和拉出耗能分別為HSC的7倍、4倍和20倍；此外，UHPC的拉拔荷載位移曲線達到最大荷載后沒有出現(xiàn)像HSC曲線的突然下降現(xiàn)象，表明UHPC與纖維的摩擦因數(shù)更大，其密實性較HSC更好[102]。文獻[103]中研究鍍銅直纖維、變形纖維（彎勾纖維和扭轉(zhuǎn)纖維）物理化學(xué)界面的粘結(jié)性能，變形纖維的粘結(jié)強度47 MPa是直纖維的5倍。通過優(yōu)化UHPFRC的配合比，直纖維的粘結(jié)強度可以從10 MPa提高到20 MPa。硅灰對粘結(jié)性能有利，最優(yōu)的硅灰水泥比為20%～30%，當(dāng)硅灰水泥比為30%時，其粘結(jié)強度可提高14%[104]。文獻[105]中認為，摻入質(zhì)量分數(shù)為3%的鋼纖維，其抗壓強度、彈性模量、收縮性能和界面性能最好，并給出了粘結(jié)應(yīng)力滑移模型。4材料性能研究

4.1拉、壓強度等基本力學(xué)性能

在強度等力學(xué)性能方面，主要研究內(nèi)容有抗壓強度、抗拉強度、韌性、彈性模量和應(yīng)力應(yīng)變曲線、極限應(yīng)變、泊松比、平均斷裂能、延性、熱膨脹系數(shù)等，其中，抗壓強度、抗拉強度是UHPC最基本的力學(xué)性能，已開展了大量的研究。

在材料性能的測試方面，與普通混凝土和高強混凝土一樣，UHPC也存在著尺寸效應(yīng)問題，因此如何根據(jù)其特點，制定統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，已成為研究的主要內(nèi)容。由于UHPC基體組成材料的最大粒徑不超過1 mm，因此除了一般混凝土測試方法外，研究人員還采用了砂漿或膠砂的測試方法。中國學(xué)者常采用邊長為150 mm（混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件）、100 mm（混凝土非標(biāo)準(zhǔn)試件）、70.7 mm（建筑砂漿試件）和40 mm（膠砂試件）等立方體試件和尺寸為150 mm×150 mm×300 mm和100 mm×100 mm×300 mm等棱柱體試件[106112]；國外研究人員常采用Φ76×153，Φ100×200，Φ90×180等圓柱體試件[12，109111]。文獻[110]中的研究結(jié)果表明，如果不摻入纖維，RPC的尺寸效應(yīng)與普通混凝土或高性能混凝土大致相同，但是如果摻入纖維，RPC的尺寸效應(yīng)變得明顯。文獻[112]中認為，與摻入纖維的UHPFRC相比，不摻入纖維的UHPC抗壓強度的變異系數(shù)較大。總的來說，小尺寸試件所測的強度要大于大尺寸試件，但是各尺寸試件所測強度之間的比值，目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。

文獻[108]中認為，邊長分別為70.7 mm和40 mm的試件對應(yīng)的是建筑砂漿和水泥膠砂試件規(guī)格和測試方法，與現(xiàn)有普通混凝土或高強混凝土的測試方法之間存在一定的差異，不應(yīng)作為RPC抗壓強度的測試試件。鑒于一般檢測機構(gòu)或?qū)嶒炇业膲毫C能力，文獻[17]，[106]，[108]中均建議采用邊長為100 mm的RPC立方體試塊為標(biāo)準(zhǔn)測試試件。根據(jù)不同形狀試件的測試結(jié)果可知，立方體試件的抗壓強度大于棱柱體的抗壓強度，文獻[108]中匯總了65個試驗樣本，得出二者之間的比值為0.87，略高于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010―2010）[113]中規(guī)定的高強混凝土C80的二者比值0.82。

目前混凝土抗拉強度主要的測試方法有軸拉試驗、劈裂試驗和抗折試驗3種。由于混凝土材料的抗壓強度高，抗拉強度低，且抗拉強度測試難度較大，在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用較小，因此抗拉強度的測試并沒有得到重視，各種測試結(jié)果之間的關(guān)系以及工程中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一。雖然UHPC的拉壓比與普通混凝土的拉壓比相差不大，但是其抗拉強度絕對值已達到10 MPa或更高，在結(jié)構(gòu)受力中能發(fā)揮一定的作用，因此，UHPC的抗拉強度研究受到了重視。UHPC的抗拉強度測試方法，基本沿用了普通混凝土的3種測試方法，研究結(jié)果表明，同普通混凝土一樣，UHPC測得的抗拉強度從高到低依次為軸拉強度、劈拉強度以及彎拉強度，但是對于各種測試結(jié)果之間的比值量化關(guān)系，目前為止還沒有公認的定論[12，91，100，108]。

除抗壓強度、抗拉強度外，許多研究者對UHPC的其他材性進行了綜合性的研究。美國聯(lián)邦公路局[12]和美國密歇根州交通技術(shù)研究院[13]對UHPC的強度、耐久性、長期性能等力學(xué)性能進行了較為系統(tǒng)的研究，為其在美國橋梁工程中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。文獻[114]中研究了RPC200的棱柱體抗壓強度、立方體抗壓強度、劈拉強度、彈性模量、峰值應(yīng)變、泊松比等參數(shù)，并建立了彈性模量和峰值應(yīng)變的擬合公式。文獻[115]中采用超聲波技術(shù)來測定UHPC的彈性模量和泊松比。文獻[110]中認為，ACI公式可以預(yù)測UHPC的彈性模量。

Fehling等[116]研究了不同鋼纖維摻量UHPC的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，認為不摻入鋼纖維UHPC受壓破壞時呈現(xiàn)爆炸性，無曲線下降段；摻入鋼纖維UHPC的應(yīng)力應(yīng)變曲線則存在明顯的下降段，但是隨著鋼纖維摻量和分布的不同，曲線下降段的斜率不同。對于應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段，不同養(yǎng)護方式所對應(yīng)的系數(shù)也是不一樣的[110]。Prabha等[109]通過MTS測得不同鋼纖維種類和摻量RPC的單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€，認為RPC的應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段近似呈直線，下降段的形狀則取決于鋼纖維含量和種類。纖維的形狀（光滑、彎鉤、扭轉(zhuǎn)）對抗拉強度、峰值應(yīng)變和耗能能力的影響較小，而纖維的體積摻量起決定性的作用；光滑纖維與UHPC基體的粘結(jié)強度高，所以未必需要彎鉤和扭轉(zhuǎn)的纖維[117]。Fujikake等[118]采用伺服控制試驗機，研究了不同應(yīng)變率對RPC受拉應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€的影響。結(jié)果表明，初裂抗拉強度和極限抗拉強度都隨著加載速率的提高而增加。

文獻[119]中對抗拉和抗壓本構(gòu)關(guān)系測試方法進行了改進，研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維對抗拉強度提高明顯，但是對抗壓強度和彈性模量提高不明顯。文獻[120]，[121]中由彎曲試驗采用反向分析方法來量化UHPFRC的受拉應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并將計算結(jié)果與直拉試驗結(jié)果（DTTs）進行了比較，發(fā)現(xiàn)峰值應(yīng)力和對應(yīng)的應(yīng)變略微偏大。

Liang等[31，33，108]研究了不同砂膠比、水膠比、鋼纖維摻量對RPC強度的影響。結(jié)果表明：隨砂膠比的增大，RPC的抗折強度、抗壓強度均減小；隨水膠比的增大，RPC的抗折強度增大，但是抗壓強度在水膠比為0.18時達到最大值；隨鋼纖維摻量的增大，RPC的軸拉強度、劈拉強度和抗折強度均增大，但是抗壓強度在鋼纖維摻量2%時達到最大值。

4.2體積穩(wěn)定性

收縮、徐變等體積穩(wěn)定性是RPC長期性能研究的主要內(nèi)容[1213，122124]。研究結(jié)果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽養(yǎng)護的RPC收縮和徐變均減小，收縮的速度較普通混凝土快，在24 h內(nèi)可完成總收縮量的1/2，這有利于預(yù)應(yīng)力RPC構(gòu)件工廠化生產(chǎn)時生產(chǎn)效率的提高；隨著水灰比和高效減水劑摻量的增加，RPC收縮增大[125]。對于溫度20 ℃、相對濕度50%下養(yǎng)護的RPC，標(biāo)準(zhǔn)試件（75 mm×75 mm×280 mm）1 d的總收縮為377×10-6，7 d的總收縮為488×10-6，其早期收縮占總收縮的77%；與標(biāo)準(zhǔn)試件相比，小試件（25 mm×25 mm×280 mm）的總收縮較大[126]。

在RPC中摻入SAP（Superabsorbent Polymer）和SRA（Shrinkagereducing Admixture）可使RPC的自收縮降低[127]。在阻止水蒸發(fā)方面，采用石蠟效果比較好。在凝結(jié)時間試驗中，當(dāng)抗穿透壓力為1.5 MPa時，UHPC的應(yīng)力開始發(fā)展，這個時間比初凝時間早0.6 h，該時間被定義為零應(yīng)力點；自收縮應(yīng)變比總應(yīng)變大，15 d時為6.13×10-4。超聲波技術(shù)可用于測量其早期抗拉強度和彈性模量[128]。文獻[129]中認為：零應(yīng)力點是澆注后6 h；從6～15 h，自收縮應(yīng)變?yōu)?.77×10-4；由于自干燥，30 d時，自收縮應(yīng)變?yōu)?.53×10-4；因為玻璃纖維增強復(fù)合材料（GFRP）的剛度最低，只有普通鋼筋的1/4，采用GFRP的自收縮應(yīng)力只有采用普通鋼筋變形的66.5%～70.1%；鋼筋表面特性對自收縮影響不大。文獻[130]中認為，摻入纖維可以減少SRA從UHPC中的滲出，減少早期收縮，從而提高UHPC的抗裂性。高溫養(yǎng)護加速了水化和自干燥過程，所以UHPC自收縮增加[131]。

對于預(yù)測長期性能來說，采用拉伸徐變比抗拉強度更合適，因為拉伸徐變更為敏感且重要。熱處理和鋼纖維對拉伸徐變性能的影響較大，由于纖維基體界面在熱處理下變得致密，短直鋼纖維能降低UHPC的拉伸徐變[132]。對于徐變，雖然徐變系數(shù)較小，但是由于材料的強度提高，早齡期加載產(chǎn)生的徐變變形還是相當(dāng)可觀的，因此，工程應(yīng)用中應(yīng)盡可能地采用晚齡期加載。

4.3耐久性

對于RPC的耐久性研究，其主要集中在抗除冰鹽腐蝕、抗氯離子滲透能力以及抗凍融循環(huán)能力等方面[1213，133136]。

大量的研究均表明：RPC具有非常致密的細觀結(jié)構(gòu)和很強的抗?jié)B透能力以及很好的抗凍融循環(huán)能力[137]；UHPC的耐水性比普通混凝土好（以滲出的鈣為指標(biāo)）[138]，UHPC具有很好的水密性和愈合裂縫的能力[139]，UHPC耐硫酸鹽、氯鹽，但是不耐高濃度硫酸[140]。文獻[141]中指出：UHPC的抗彎強度是抗壓強度的16%～18%；將凍融循環(huán)1 098次構(gòu)件與放置于20 ℃的水中養(yǎng)護1年的構(gòu)件相比，其抗壓強度和彈性模量反而增加。文獻[142]中指出，氣體滲透法比孔結(jié)構(gòu)能更準(zhǔn)確評價UHPFRC的耐久性；UHPFRC的耐久性較普通混凝土和砂漿好。

4.4其他性能

研究人員對UHPC的其他性能也開展了研究，如高溫、抗爆抗沖擊、粘結(jié)性能等。

UHPC立方體抗壓強度在溫度達到100 ℃時開始下降，在200 ℃～500 ℃之間時增加，溫度超過600 ℃后又開始下降。當(dāng)溫度低于300 ℃時，UHPC立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當(dāng)溫度高于300 ℃時，UHPC立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增加而降低。UHPC立方體抗拉強度在200 ℃時開始下降，在200 ℃～300 ℃之間時增加，溫度超過300 ℃后又開始下降。當(dāng)溫度低于600 ℃時，UHPC立方體抗拉強度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當(dāng)溫度高于600 ℃時，UHPC立方體抗拉強度隨著纖維摻量的增加而降低。在火災(zāi)環(huán)境下，UHPC抗拉強度降低速度比其抗壓強度快，UHPC強度降低速度和質(zhì)量損失率低于普通混凝土和高性能混凝土[143145]。在UHPC中復(fù)摻鋼纖維和聚丙烯纖維，聚丙烯纖維在高溫下融化后，為蒸汽提供逸出通道，提高了UHPC的抗火性能，但是其效果不如高強混凝土和高性能混凝土[146]。

UHPC抗爆性優(yōu)于普通混凝土[147]，穿透深度小于C30混凝土的1/2[148]，鋼纖維可避免它在動荷載下產(chǎn)生粉碎性破壞[149150]。Lai等[151]建立了受沖擊后RPC的本構(gòu)關(guān)系，并模擬了其沖擊破壞過程。Tai[152]建立了動能量耗能能力與高應(yīng)變率、鋼纖維含量之間的關(guān)系。文獻[153]中研究了彎曲荷載和剪切荷載下的UHPC動力特性，給出了動力增長系數(shù)的變化規(guī)律。文獻[154]中的研究發(fā)現(xiàn)，UHPC在動載下的抗壓強度、劈拉強度對應(yīng)變率和應(yīng)力率很敏感。文獻[155]中采用離散元編制并驗證了模擬彈體侵徹的程序CORTUF。

UHPC的粘結(jié)性能包括它與鋼筋的粘結(jié)性能和它與其他混凝土的粘結(jié)性能。文獻[156]，[157]中研究了光圓鋼筋與RPC的粘結(jié)性能。文獻[158]中研究了高強鋼筋與RPC的粘結(jié)性能，結(jié)果表明，與普通混凝土相比，高強鋼筋與RPC的荷載滑移曲線上升段較陡，下降段平緩或有回升。文獻[159]中研究了碳纖維增強復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）筋與UHPFRC的粘結(jié)，發(fā)現(xiàn)光圓CFRP筋的粘結(jié)強度與磨砂CFRP筋的相差不多；隨著CFRP筋直徑和錨固長度的增大，粘結(jié)強度降低，破壞發(fā)生在CFRP筋外層。此外，有些學(xué)者還研究了RPC的斷裂性能[96]、抗裂評價方法[160]、疲勞損傷[161]等。5工程應(yīng)用研究

5.1基本構(gòu)件的受力性能

配筋RPC梁和預(yù)應(yīng)力RPC梁受力性能的研究，主要集中在RPC較高的抗拉能力對結(jié)構(gòu)正截面和斜截面抗裂性能與極限承載力影響的分析上，研究結(jié)果表明，在設(shè)計計算中應(yīng)以充分考慮RPC材料優(yōu)良的抗拉能力[162172]。與普通梁相比，UHPFRC梁具有更好的極限荷載、剛度和抗裂性能[171]。澆注UHPC方法不同，即從梁的中間部位開始澆注和從梁的端部開始澆注，鋼纖維的方向不同，UHPC梁的抗彎性能也不同[172]。文獻[173]中研究了UHPC梁的扭轉(zhuǎn)性能，發(fā)現(xiàn)隨著配箍率的增加，極限扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)剛度增加，且極限扭轉(zhuǎn)強度隨著縱筋配筋率的增加而增加。

與配普通鋼筋相比，采用高強鋼筋的UHPC梁具有較好的延性和較高的富余承載力[174]。在梁中采用UHPC作為受拉鋼筋，可承擔(dān)30 MPa的彎曲拉伸強度，且沒有任何滑移現(xiàn)象，梁具有較好的延性[175]。與沒有鋼骨的UHPC梁相比，預(yù)應(yīng)力鋼骨UHPC梁具有較高的富余抗剪承載力、裂后剛度以及較好的剪切延性[176]。

對UHPC梁板的抗沖擊能力也進行了研究，在沒有箍筋情況下，沖擊荷載作用下的RPC梁產(chǎn)生很多細小的裂縫，發(fā)生延性的彎曲破壞[177]。在RPC梁中，加載速度的增加將使其極限荷載、荷載位移曲線下降段的斜率和極限撓度得到提高[178]。文獻[179]中研究了UHPFRC在沖擊荷載和靜力荷載下的反應(yīng)；在沖擊荷載下，板的強度和斷裂能遠大于靜力荷載時的。文獻[180]中對UHPFRC板在沖擊荷載下的性能進行了數(shù)值模擬，在該模型中考慮了UHPFRC的應(yīng)變軟化，并進行了參數(shù)分析。文獻[181]中比較了普通混凝土柱和UHPC柱在沖擊荷載下的性能，并進行了仿真分析。

第4篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

論文摘要：隨著人們對建筑質(zhì)量的要求越高，也越來越重視建筑工程中的腐蝕現(xiàn)象。由于多種因素，在建筑工程中，腐蝕無所不在。本文就腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素進行分析，進一步指出預(yù)防腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的處理辦法。

1 腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的因素：

1.1 素混凝土結(jié)構(gòu)

素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的主要因素為堿-集料的反應(yīng)（混凝土中堿含量超標(biāo)，暴露在水或潮濕環(huán)境使用時，其中的堿與堿活性集料間發(fā)生反應(yīng)，引起膨脹）。

1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是混凝土與鋼筋的復(fù)合體，它的腐蝕形態(tài)可分為兩種：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破壞，同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞；二是混凝土本身并未腐蝕，但由于外部介質(zhì)的作用，導(dǎo)致混凝土本身化學(xué)性質(zhì)的改變或引入了能激發(fā)鋼筋腐蝕的離子，從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失，引起鋼筋的銹蝕。從化學(xué)成分來看，鋼筋的銹蝕物一般為Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其體積比原金屬體積增大2～4倍。由于鐵銹膨脹，對混凝土保護層產(chǎn)生巨大的輻射壓力，其數(shù)值可達30MPa（大于混凝土的抗拉極限強度）使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫（俗稱順筋裂縫）。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質(zhì)滲入鋼筋的通道，加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比裸露情況快，等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度，混凝土保護層則開始剝落，最終使構(gòu)件喪失承載能力。

影響混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密實度，即抗?jié)B性能。混凝土愈密實，即抗?jié)B性能愈高，則外界的氣體只能作用于混凝土表面，向內(nèi)部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響；不同品種的水泥，因其摻合料的品種及含量不同，水解時生成的堿性物質(zhì)數(shù)量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸鹽水泥的熟料含量多，摻合料的含量一般不大于15%，其堿度比其它品種的水泥高，中性化速度相對的要慢?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時產(chǎn)生的氫氧化鈣結(jié)合，從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕除了具有普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型外，由于采用高強度鋼筋和鋼筋在高應(yīng)力條件下工作，所以可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和鋼材的氫脆。

1.3.1 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應(yīng)力破壞不同，它可以在較低的拉應(yīng)力作用下破壞；這種破壞又與單純的電化學(xué)腐蝕破壞不同，它可以在腐蝕性介質(zhì)很弱的情況下而破壞。

腐蝕性介質(zhì)與鋼筋作用，在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后，每個腐蝕坑相當(dāng)于一個缺口，鋼筋在拉應(yīng)力的作用下，形成應(yīng)力的不均勻分布和應(yīng)力集中，在缺口的邊緣，當(dāng)鋼筋平均應(yīng)力不高時，其集中的應(yīng)力即可達到斷裂應(yīng)力的水平，而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在，形成了拉應(yīng)力三軸不相等狀態(tài)，阻礙了鋼筋塑性變形的開展，使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發(fā)揮出來，延伸率、冷彎等塑性指標(biāo)均有明顯下降。預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的結(jié)果，腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用，而拉應(yīng)力則促進了腐蝕的發(fā)展。

1.3.2 氫脆

氫脆是預(yù)應(yīng)力鋼筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應(yīng)力腐蝕的機理完全不同。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在鋼筋的陽極，而氫脆發(fā)生在鋼筋的陰極區(qū)域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫，而使其變脆，所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中，表面可能有少量氫氣產(chǎn)生，在通常情況下，生成的原子氫會迅速結(jié)成分子氫，在常溫下是無害的，但當(dāng)這一過程受到阻礙時，氫原子就會向鋼筋內(nèi)部擴散而被吸收到金屬內(nèi)部的晶格中去，如果鋼筋內(nèi)部有缺陷存在，氫原子很可能重新結(jié)合成為氫分子。氫分子的生成產(chǎn)生很大的壓力，出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象。使鋼筋變脆。產(chǎn)生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時，便會發(fā)生斷裂。硫化氫是能引起預(yù)應(yīng)力鋼筋氫脆的介質(zhì)之一。

1.4 纖維混凝土結(jié)構(gòu)

纖維混凝土的腐蝕機理與普通混凝土基本相同，但纖維的直徑較細，且均勻分布，其耐久性相對普通混凝土要強一些。開裂的纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境下，裂縫處的混凝土碳化后，碳化區(qū)的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面，鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕，其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外，還在于細小纖維在混凝土中亂向均勻分布，從而改變了鋼筋電化學(xué)銹蝕的離子分布狀態(tài)，阻止了鋼筋的銹蝕。

1.5 輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)及加氣混凝土

輕骨料混凝土的腐蝕機理與類型基本與普通混凝土相同，由于大多數(shù)輕骨料抵抗氣體擴散能力較低，腐蝕性氣體較易滲入內(nèi)部，因此必須控制輕骨料混凝土的密實度。

加氣混凝土的顯氣孔較多，不致密，吸水率高，碳化速度較快，在正常使用條件下尚需對鋼筋進行表面涂覆保護層，而且加氣混凝土表面氣孔多，不容易進行保護，所以在腐蝕環(huán)境下不宜使用加氣混凝土。

2 預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的辦法

對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)防應(yīng)針對其不同的結(jié)構(gòu)組成制定不同的辦法。

2.1 原材料的選擇

2.1.1 水泥

水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結(jié)材料。水泥類材料的強度和工程性能，是通過水泥砂漿的凝結(jié)、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕，水泥砂漿和混凝土的性能將不復(fù)存在。由于各種水泥的礦物質(zhì)組份不同，因而它們對各種腐蝕性介質(zhì)的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種，對保證工程的耐久性與節(jié)約投資有重要意義

2.1.2 粗、細集料

發(fā)生堿-集料反應(yīng)的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細集料的耐蝕性和表面性能對混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態(tài)對混凝土的耐蝕性有一定影響。

混凝土中所采用粗細集料，應(yīng)保證致密，同時控制材料的吸水率以及其它雜質(zhì)的含量，確保材質(zhì)狀況。

2.1.3 拌合及養(yǎng)護用水

混凝土拌合及養(yǎng)護用水，應(yīng)考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應(yīng)檢查其雜質(zhì)情況，防止影響砂漿及混凝土生成時雜質(zhì)影響其耐久性。

海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物，除了對水泥石有腐蝕作用外，對鋼筋的腐蝕也有影響，因此在腐蝕環(huán)境中的混凝土不宜采用海水拌制和養(yǎng)護。

2.1.4 外加劑

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入，用以改善混凝土性質(zhì)的物質(zhì)。

混凝土外加劑的范圍很廣，品種很多，我國外加劑的品種目前已超過百種，其中包括減水劑、早強劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、抗凍劑等。

在建筑防腐工程中，外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實性或?qū)︿摻畹淖桎P能力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。實踐證明，采用加入外加劑的方法，可以在一定范圍內(nèi)達到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力，是一種經(jīng)濟而有效的技術(shù)措施。

但由于外加劑的化學(xué)組成，來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋脫鈍，給結(jié)構(gòu)物帶來隱患。在進行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進行檢測，并做相關(guān)實驗。

2.2 防腐混凝土的配合比設(shè)計

為提高混凝土的密實性和抗中性化能力，混凝土的強度等級宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時，鋼筋混凝土構(gòu)件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其混凝土強度等級不小于C35，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)整體制作，不得采用塊體拼裝的構(gòu)件。

混凝土配合比的設(shè)計，應(yīng)按以下兩種情況進行：一是按設(shè)計要求的強度（即按正常要求的強度）進行配合比設(shè)計；二是按密實度的要求（即按最大水灰比和最小水泥用量的要求）進行配合比設(shè)計，但強度等級往往大于前者。腐蝕環(huán)境中的混凝土配合比設(shè)計，必須取用上述兩種情況中強度等級的較高者。

第5篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：公路養(yǎng)護，瀝青路面，破碎技術(shù)，應(yīng)用研究

 

0.引言

水泥路面和瀝青路面是目前最為常見的路面形式，這兩種路面結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)缺點，因此在實際應(yīng)用中都大量采用，對它們的結(jié)構(gòu)選擇也時有爭論。從洛陽地區(qū)來看，全市13000多公里的公路中，瀝青路面和水泥路面幾乎平均各占一半，但從高等級公路和行政等級較高的國省道干線公路來看，采用瀝青路面的比例明顯提高。瀝青路面由于其投資相對較省、養(yǎng)護便捷、行車舒適等特點越來越得到更多的應(yīng)用和重視。因此在公路養(yǎng)護中，水泥路面如何被更好的改造成瀝青路面也成為我們關(guān)注的熱點，該問題的關(guān)鍵是如何解決水泥路面引起的反射裂縫問題。

本文首先介紹了目前比較常用的幾種水泥改瀝青路面方法，然后著重就多錘頭破碎技術(shù)在水泥改瀝青路面中的應(yīng)用技術(shù)進行介紹，以及在洛陽地區(qū)公路養(yǎng)護中的應(yīng)用情況。論文參考網(wǎng)。

1.水泥改瀝青路面的幾種常見的方法

水泥改瀝青路面一般有三類方法，一是采用挖除原水泥板塊后按照常規(guī)的瀝青路面施工方法，路基處理后加鋪基層再做瀝青面層；二是在原水泥路面的基礎(chǔ)上先處理好反射裂縫直接瀝青面層，反射裂縫一般采用鋪纖維布或者加鋪碎石層等；三是采用碎石化技術(shù)，在原有的水泥路面破碎后，在其破碎后的表面直接鋪筑瀝青路面。這三類方法在我們的公路養(yǎng)護過程中都曾應(yīng)用過，從應(yīng)用情況來看，碎石化技術(shù)的質(zhì)量效果、經(jīng)濟成本、施工便捷和不提高路面便于政策處理等方面優(yōu)勢明顯。論文參考網(wǎng)。下面就簡單介紹以下在洛陽地區(qū)應(yīng)用比較多的碎石化技術(shù)中的一種一多錘頭破碎技術(shù)。

2.多錘頭破碎技術(shù)應(yīng)用

近幾年來，多錘頭破碎技術(shù)在洛陽地區(qū)公路養(yǎng)護進行了大量實踐，在洛陽地區(qū)是2003年開始，從實施完成的路段，經(jīng)過2-3年的使用，效果還是比較好的，幾乎沒有出現(xiàn)明顯的病害，反射裂縫得到有效控制。根據(jù)我們的應(yīng)用和有關(guān)要求，破碎后加鋪的瀝青路面一般要求15厘米以上（最少要求12厘米以上）。我們采用的路面結(jié)構(gòu)形式為原水泥路面破碎后下灌3-3.5kg/m2乳化瀝青，直接加鋪15厘米的瀝青混凝土路面。

2.1設(shè)備及破碎前的準(zhǔn)備工作

（1）碎石化技術(shù)采用的設(shè)備主要包括多錘頭破碎機(MHB-15)，壓實設(shè)備（Z型鋼輪壓路機，振動鋼輪壓路機）。

（2）碎石化前的準(zhǔn)備工作

主要包括清除存在的HMA面層，隱蔽構(gòu)造物的調(diào)查與標(biāo)記，與橋梁連接段的路面，交通管制。

2.2碎石化的主要工藝流程

破碎試驗路段一試坑檢查一確定破碎工藝控制一破碎施工-

Z型壓路機壓實一光輪壓路機壓實一交路面施工

2.3碎石化施工控制

（1）碎石化要把75%的混凝土路面破碎成顆粒（肉眼觀測）表面最大尺寸不超過7.5厘米，中間不超過22.5厘米，底部不超過37.5厘米。若破碎后的塊徑超過最大尺寸，應(yīng)該用其他合適的方法進行再破碎或清除，然后用密級配的破碎粒料替換并壓實到規(guī)范要求。

（2）原來挖補的部分有許多是超厚的，對于這些部分，破碎尺寸達到正常厚度板的中間層22.5厘米且裂縫間距小于45Cm時被認為是合適的。

（3）破碎時最好是從混凝土路面的高處向低處破碎，以避免攤鋪瀝青混凝土后影響排水。

（4）與相鄰車道的連接：破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應(yīng)超過一個車道，與相鄰車道搭接一部分，寬度至少是15厘米。

（5）清除原有填縫料：在鋪筑HMA以前所有松散的填縫料、漲縫材料或其他類似物應(yīng)進行清除。

（6）凹處回填：不應(yīng)修整破碎后混凝土路面或試圖平整路面以提高線形，這樣將破壞混凝土路面碎石化以后的效果。在壓實前發(fā)現(xiàn)的5厘米的凹地應(yīng)用密級配碎石粒料回填并壓實。

（7）破碎混凝土路面的養(yǎng)護：除了指定的用于開放橫穿交通的區(qū)域外，破碎后的混凝土路面的任何路段均不得開放交通（包括不必要的施工運輸）。

2.4碎石化技術(shù)對瀝青路面施工的要求

（1）撒布乳化瀝青透層油：破碎并壓實后，建議散布50%慢裂乳化瀝青透層油。根據(jù)路況，一般建議撒布量為3 Kg/m2左右。破乳并撤布一薄層石屑后，用光輪壓路機靜壓兩遍。論文參考網(wǎng)。

（2）攤鋪的時間要求：攤鋪應(yīng)在透層穩(wěn)固后進行，除非天氣允許或監(jiān)理工程師另有批準(zhǔn)，在混凝土破碎和攤鋪HMA底層之間的最長間隔時間不宜超過48小時。

（3）HMA罩面之前破碎混凝土路面的壓實。

在HMA罩面鋪設(shè)之前，重新進行壓實，振動壓實2遍，由罩面施工造成的混凝土路面擾動，也應(yīng)在攤鋪之前進行再壓實，或改變罩面程序以減少對混凝土路面的擾動。

（4）破碎后混凝土路面的擾動：施工車輛的通行次數(shù)和載重量應(yīng)降低到最小程度。

3.應(yīng)用過程的幾點思考

水泥改瀝青路面有許多方法，都有各自的優(yōu)缺點和適用的范圍，在選擇方案時要根據(jù)實際情況進行比較。多錘頭破碎技術(shù)是碎石化技術(shù)的一種方案之一。碎石化技術(shù)在水泥改瀝青路面中具有大大縮短施工時間，節(jié)約路基材料同時解決碎塊垃圾的處理問題。在我們的應(yīng)用過程中也有以下幾點體會：

一是重點要確保水泥破碎后的碎石尺寸的控制，以利破碎的水泥塊之間相互齒合，并且裂紋紋路要避免與路面垂直，以達到承重和防水的效果。不同的路面厚度施工要求都有不同的要求，要重視試驗路段的選擇和控制。

二是采用瀝青路面很重要的考慮因素就是重視防水，特別是對于洛陽等雨水比較多的地區(qū)，碎石化前安排好排水處理系統(tǒng)。

三是一定要重視交通管制工作。由于采用多錘頭破碎技術(shù)一個很重要的原因就是考慮該路段交通流量大，邊施工邊通車，不能長時間封閉交通，但在施工過程中還是要保證一定的時間封閉交通，確保在瀝青面層未完成前，不要有車輛駛?cè)搿?/p>

四是原路面情況調(diào)查和病害處理。多錘頭的MHB破碎機工作時的影響深度一般在80厘米，側(cè)向影響不超過深度值，不會對其影響范圍外的建筑造成結(jié)構(gòu)上的破壞，但要調(diào)查原路面情況，既要保證水泥混凝土板塊的均勻破碎，又要避免對該層以下的路基及路基下可能存在的設(shè)施和結(jié)構(gòu)以及周邊設(shè)施的任何沖擊和損害。同時處理好原路面較嚴重的病害，使基層結(jié)構(gòu)的承載力基本均勻。

五是路面的壓平和新瀝青路面鋪筑工藝也會影響應(yīng)用多錘頭破碎技術(shù)修復(fù)的公路質(zhì)量。因為是直接在破碎后的水泥路面上鋪筑瀝青路面，由于破碎的路面不平整性也會影響瀝青路面的平整度的質(zhì)量效果，一般都有下封層和瀝青調(diào)整層，但瀝青面層的壓實和鋪筑工藝要求更高。

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第6篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：高層結(jié)構(gòu)抗震，抗震規(guī)范，高層抗震注意問題，纖維增強混凝土

1引言

地震是一種突發(fā)性和毀滅性的自然災(zāi)害，它對人類社會的危害首先是引起建筑物的破壞或倒塌，導(dǎo)致嚴重的人身傷亡和財產(chǎn)損失；其次是引起火災(zāi)、水災(zāi)等次生災(zāi)害，破壞人類社會賴以生存的自然環(huán)境，造成嚴重的經(jīng)濟損失，產(chǎn)生巨大的社會影響。近十年來，地殼運動進入活躍期，世界各地都爆發(fā)了不同程度的地震，而我國更是世界上大陸地震最多的國家之一，20世紀(jì)以來，全球發(fā)生7級以上地震1200余次，其中十分之一在我國。例如，1976年7月28日的唐山7.8級地震，2008年5月12日的汶川8.0級地震，2010年4月14日的玉樹地震，都給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的損失。同時，由于地震破壞的后果嚴重，我國抗震規(guī)范在2008年與2010年都進行了不同程度的修正，目的是加強建筑結(jié)構(gòu)的安全性。因此，為保障地震作用下人們的生命財產(chǎn)損失降至最低，有必要對建筑物的抗震設(shè)計進行研究，本文就高層結(jié)構(gòu)的一些常用抗震設(shè)計方法進行了討論。

2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的發(fā)展

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的發(fā)展歷史是人們對地震作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計能力認識不斷深化的過程，對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法發(fā)展歷史進行回顧，有助于對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理的認識，

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法經(jīng)歷了靜力法、反應(yīng)譜法、延性設(shè)計法、能力設(shè)計法、給予能量平衡的極限設(shè)計方法、基于損傷設(shè)計方法和近年來正在發(fā)疹的基于性能/位移設(shè)計法幾個階段[1]。這些抗震設(shè)計方法在發(fā)展階段相互交錯與滲透，對齊進行系統(tǒng)化整理，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法可以分為以下幾類[2]：

基于承載力設(shè)計方法

基于承載力和構(gòu)造保證延性設(shè)計方法

基于損傷和能量設(shè)計方法

能力設(shè)計法

基于性能/位移設(shè)計方法

根據(jù)清華大學(xué)葉列平教授的研究，第（5）種方法在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中較前幾種方法優(yōu)點更為突出，并且在各國規(guī)范中應(yīng)用最廣泛。

3高層抗震設(shè)計的設(shè)防目標(biāo)

長期的地震觀測表明，在同一地區(qū)不同強度地震的重現(xiàn)期是不同的。強度小的地震重現(xiàn)期，一般10~50年左右發(fā)生一次，即所謂頻遇地震或“小震”；強度較大的地震，重現(xiàn)期較長，一般100~500年發(fā)生一次，即所謂偶遇地震或“中震”；而強度特別大的強烈地震，重現(xiàn)期一般為數(shù)千年，即所謂罕遇地震或“大震”。

高層建筑的使用壽命一般為50~100年，高層住宅的壽命更短，因此要求結(jié)構(gòu)在“大震”作用下不破壞顯然四不合適和不經(jīng)濟的。這就提出了對于不同強度地震的重現(xiàn)期，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有不同的抗震性能，即所謂抗震設(shè)防目標(biāo)。目前國際上公認的較為合理的抗震設(shè)防目標(biāo)是：

（1）在頻遇地震作用下，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)應(yīng)處于彈性階段，結(jié)構(gòu)無損壞或輕微破壞，且結(jié)構(gòu)變形很小，不會導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，震后可無條件繼續(xù)使用；

（2）在偶遇地震作用下，結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷在一定限度內(nèi)，震后經(jīng)修復(fù)可繼續(xù)使用；

（3）在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生倒塌，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無脫落或落下，保證人身安全，

上述抗震設(shè)防目標(biāo)與我國抗震設(shè)計規(guī)范中的“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”是一個含義?，F(xiàn)在的問題是這種單一的抗震設(shè)防目標(biāo)已不能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)對抗震性能的需求。許多重要建筑對大震作用下的性能要求也不再是不倒塌，而是應(yīng)滿足一定性能指標(biāo)要求，以保證其仍具有一定的建筑功能和使用功能，這即是基于性能抗震設(shè)計方法研究的目的。

高層抗震設(shè)計方法的幾點討論

4.1遵循建筑抗震設(shè)計規(guī)范

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實際上是各國建筑抗震經(jīng)驗帶有權(quán)威性的總結(jié)，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計（包括結(jié)構(gòu)動力計算，結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容）的法定性文件。它既反映了各個國家經(jīng)濟與建設(shè)的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經(jīng)驗。它雖然收抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo)，向技術(shù)經(jīng)驗合理性的方向發(fā)展，但它更是具有堅定的工程實踐基礎(chǔ)，把建筑工程的安全性放在首位。正是基于這種認識，現(xiàn)代規(guī)范的條文有的被列為強制性條文，有的條文中應(yīng)用了“嚴禁、不得、不許、不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須、應(yīng)該、宜于、可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。任何結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計都必須以抗震規(guī)范為基礎(chǔ)，按其規(guī)定條文執(zhí)行。

4.2高層建筑抗震設(shè)計應(yīng)注意的問題

高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類型、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系，高層建筑的高寬比是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟合理性的宏觀控制，在設(shè)計過程中應(yīng)注意以下幾點：

應(yīng)當(dāng)注意抗震縫的設(shè)計，必須留有足夠的防震縫寬度；

平面形狀和剛度不對稱，會是建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn)、震害嚴重，設(shè)計中應(yīng)避免這種情況，不能避免時應(yīng)對抗震薄弱處進行加強；

凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng)，破壞嚴重，設(shè)計中加以注意；

高層部分和底層部分之間的連接構(gòu)造是否合理；

框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不夠等容易導(dǎo)致剪切破壞或柱頭壓碎；

沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大容易導(dǎo)致樓層變形過分集中而產(chǎn)生破壞；

地基的穩(wěn)定性尤為重要；

伸縮縫和沉降縫寬度過?。╓昂王與防震縫一切三縫合一）使得碰撞破壞很多；

不應(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間，樓板有大洞口會因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)；

中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消部分剪力墻，都會產(chǎn)生剛度或承載力的突變，形成結(jié)構(gòu)薄弱層。

4.3采用纖維增強混凝土

對于高層建筑，混凝土材料由于其自身缺陷，地震作用下易于發(fā)生脆性破壞，引起結(jié)構(gòu)損傷，因此從建筑材料角度分析，可以在某些關(guān)鍵部位采用韌性材料代替混凝土提高整體結(jié)構(gòu)的吸收能量能力與抗震能力?？拐鸾ㄖ牧媳仨毦邆漭p質(zhì)、高強、高韌性特征，例如，木材、輕鋼、型鋼、鋼筋混凝土、復(fù)合材料等都可以從某些方面達到抗震目的。而在我國，森林覆蓋面積少，人居木材占有量少，而鋼材成本較高，這些材料的使用都有相當(dāng)?shù)木窒扌浴６阡摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位采用一些韌性較高、延性較好、抗性強度高的纖維增強混凝土對提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有非常明顯的作用[3]。目前，我國的纖維增強混凝土種類繁多，例如，鋼纖維混凝土、聚丙烯增強混凝土、聚合物增強砂漿、超高韌性水泥基復(fù)合材料等，這些材料的研究與發(fā)展對高層結(jié)構(gòu)的抗震也起著重要作用。

結(jié)束語

本文在回顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，探究了高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并討論文高層抗震設(shè)計中應(yīng)該注意的問題。高層抗震是個很復(fù)雜的課題，涉及的考慮因素眾多，由于筆者參加工作時間較短，相關(guān)工程經(jīng)驗較少，本文僅提供一般性的參考，如有不到之處，敬請指正。

參考文獻

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第7篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞:鐵路 隧道 溶洞 處理

        0 引言

        某隧道為云南省某新建單線鐵路隧道，全長8435m，設(shè)計行車速度為120km/h。該隧道位于云貴高原邊緣與橫斷山脈交接的大理、麗江地區(qū)，地勢東高西低，北高南低，山脈和水系多呈南北向展布。屬溶蝕、剝蝕構(gòu)造中山、低中山地貌。沿線各時代地層分布較為齊全，沉積類型繁多，其間巖漿活動劇烈，巖漿巖規(guī)模巨大。沉積巖、早期火成巖因受高溫高壓動力變質(zhì)作用普遍有不同程度的變質(zhì)。測區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂、褶皺發(fā)育，致使巖體節(jié)理發(fā)育、破碎。主要不良工程地質(zhì)有富水?dāng)鄬悠扑閹А㈠e落體、危巖落石、泥石流、巖溶、巖堆。水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地表水、地下水發(fā)育不均，部分地下水、地表水對混凝土具侵蝕性。

        1 溶洞的概況

        該隧道出口段施工至某里程時，掌子面圍巖為Ⅲ級，巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚層狀，巖層層理清晰，巖體完整。上半斷面發(fā)育有一個溶洞，洞內(nèi)充填塊石、碎石夾黏土隨爆破開挖自溶洞洞口涌出，涌出量于80m3，洞徑約3.5米，塊石直徑為0.2～1.2m，最大塊經(jīng)3m，含泥量約占90%；有少量的渾濁的巖溶水沿洞壁流出。經(jīng)在掌子面布設(shè)3個水平探孔探明，前方溶洞無水，充填物主要為塊石、碎石及黏土等，判斷為充填型溶洞。 

        2 隧道溶洞處理方案

        2.1 處理方案選擇原則

        2.1.1 安全性。確保施工安全與運營安全，圍巖累計變形量不大于10cm，襯砌完工后隧道不滲不漏。

        2.1.2 可操作性強。要充分考慮現(xiàn)場機械裝備狀況和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。

        2.1.3 靈活性好。根據(jù)斷面形狀和尺寸，因地制宜地選擇施工方案，而不局限于一種固定的模式，一旦一種方案不能實時或?qū)崟r效果差時，能較好地轉(zhuǎn)換為替代方案。

        2.1.4 具有可連續(xù)性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進行施工工藝、工序的轉(zhuǎn)換。

        2.1.5 經(jīng)濟性強。即在保證安全、質(zhì)量并不破壞環(huán)境的條件下的投入最節(jié)約。

        2.2 處理施工方案 首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，然后施做套拱和超前大管棚，保證正洞開挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌體，進入隧道正常開挖、支護工序，并對隧道基底進行注漿加固處理，增強隧底承載力；溶洞段通過后，進行拱部坍腔回填處理。

        處理順序為：封閉掌子面施作套拱施作超前大管棚挖除坍塌體洞身開挖、支護邊墻及基底加固處理坍塌溶腔回填處理。

        3 溶洞處理關(guān)鍵施工技術(shù)

        3.1 噴射混凝土封閉掌子面 在未探明前方地質(zhì)情況之前，為防止前方出現(xiàn)涌水突泥情況發(fā)生，首先保留并加固坍塌體，依靠坍塌體的支撐掌子面，防止塌方進一步擴大，立即對掌子面進行封閉處理。采用噴射C20鋼纖維混凝土封閉坍塌體表面，厚度為20cm，掌子面前方自溶腔內(nèi)涌出塊石、碎石夾黏土等充填物穩(wěn)定掌子面作用，坍體暫不挖除。

        3.2 施作套拱和超前大管棚 為保證施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支護并注漿加固溶洞填充物，從而形成復(fù)合穩(wěn)定的固結(jié)體，使周圍地層的力學(xué)性質(zhì)得到改變，穩(wěn)定性能加強；管棚尾端設(shè)鋼格柵混凝土套拱，前端打入穩(wěn)定巖層，形成有效的“棚護”作用。

        首先在DK79+185位置施作導(dǎo)向墻。導(dǎo)向墻長1.5m，厚80cm，采用兩榀格柵鋼架定位，并起到增強剛度的作用。在鋼格柵加上焊接37根1.5m長φ127的無縫鋼管作為導(dǎo)向管，間距及外插角同大管棚，完成后澆注C25模筑混凝土。大管棚共37根，每根長20m，外插角為5°，大管棚環(huán)向間距為0.3m，注漿材料采用1：1的水泥漿，注漿壓力為0.8～1.0Mpa。

        管棚鋼管采用φ108無縫鋼管，節(jié)長3m和6m兩種，第一根鋼管加工呈錐形，采用絲扣連接（絲扣長15cm，必須使用標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)絲扣）。同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)量不超過50%，相鄰鋼管的接頭相錯量不小于1m，機械頂進。鋼管前部四周鉆注漿孔，孔徑15mm，孔間距15～20cm，呈梅花型布置，鋼管尾部留1.5m的止?jié){段不鉆孔。

        3.3 洞身開挖及支護 注漿完成后洞身采用微臺階法開挖，臺階長3～5m，開挖后立即施做初期支護結(jié)構(gòu)，并采用噴射混凝土立即封閉掌子面。

第8篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

[關(guān)鍵詞]混凝土碳化；影響因素；防治措施

[中圖分類號]Tu528[文獻標(biāo)識碼] A

目前在我國建筑材料行業(yè)領(lǐng)域中，對于建筑材料質(zhì)量的評價指標(biāo)名目繁多，而混凝土作為建筑行業(yè)中最為常見的建筑材料之一，混凝土的強度和耐久性是評價混凝土質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。在現(xiàn)行的國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范中，對于混凝土的強度指標(biāo)有著詳細而嚴格的試驗方法和計算方法。強度不符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土，即為不合格，而混凝土的耐久性指標(biāo)卻沒有像強度指標(biāo)那樣有嚴格的規(guī)定和要求。強度相同的混凝土，其耐久性因各種原因會千差萬別，甚至差異巨大?？固蓟芰κ呛饬炕炷聊途眯缘闹匾笜?biāo)，抗碳化能力差會直接影響建筑物的壽命，縮短其使用年限。本文在分析影響混凝土碳化因素后，提出幾點延緩混凝土碳化的建議。

1混凝土碳化的機理與危害

在自然界中空氣里包含的二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體，會與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的PH值逐漸降低，混凝土逐步中性化，這個過程被稱之為混凝土的碳化。眾所周知，混凝土內(nèi)部有很多細小的、并不完全貫通的毛細孔，空氣中的酸性氣體與混凝土毛細孔中以液態(tài)形式存儲的氫氧化鈣、水化硅酸鈣等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土的PH值由12――13逐漸降低至8.5――9，這時的混凝土，被稱為“已碳化”，或稱為“碳酸鹽化”。混凝土的碳化過程可用下列化學(xué)方程式表示：

Ca（OH）2+H2O+CO2CaCO3+2H2O（1）

3CaO?2SiO2?3H2O + 3CO23CaCO3?2SiO2.3H2O（2）

3CaO?SiO2+ 3CO2+γH2O3CaCO3+ SiO2?γH2O（3）

2CaO?SiO2+ 2CO2+γH2O2CaCO3+ SiO2?γH2O（4）

混凝土在碳化過程中，由于二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)時釋放出大量的水分會對碳化層表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，會使混凝土表面出現(xiàn)細小的裂縫。同時在碳化過程中隨著混凝土內(nèi)部PH值逐漸降低，碳化的深度也會逐步擴展到混凝土內(nèi)部，進而破壞鋼筋的保護層，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。一旦混凝土內(nèi)部的鋼筋發(fā)生銹蝕，鋼筋的體積就會較原先的體積增大3――4倍，隨著鋼筋體積的增加，會使混凝土保護層沿鋼筋敷設(shè)方向產(chǎn)生脹裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)混凝土保護層成塊脫落的嚴重后果。同時由于鋼筋的銹蝕會導(dǎo)致其截面減小，從而降低了構(gòu)件的承載能力，甚至可能會造成構(gòu)件的整體失效。

2混凝土碳化的影響與研究

在實際工作中，混凝土自然碳化過程非常緩慢，試驗周期長，為研究混凝土碳化帶來許多不便，所以在現(xiàn)階段對于混凝土碳化的研究大部分是在實驗室模擬碳化環(huán)境下人工快速碳化的基礎(chǔ)上進行的。然而自然碳化和人工快速碳化由于兩者的碳化條件有著諸多不同，所以大家對兩種碳化條件的差別和相關(guān)性都十分重視。在經(jīng)過10年的自然碳化研究的基礎(chǔ)上，對比人工快速研究，發(fā)現(xiàn)混凝土在兩種碳化條件下，其碳化規(guī)律可以用公式Xc=表示。這個公式表明了人工碳化和自然碳化的內(nèi)在聯(lián)系，同時也證明了混凝土在自然條件下的碳化也是可以進行預(yù)測的。

混凝土的碳化是空氣中的二氧化碳等酸性氣體通過混凝土的孔隙與氫氧化鈣進行中和反應(yīng)，逐漸使混凝土碳酸鹽化。所以在混凝土的碳化過程中，二氧化碳與混凝土接觸的面積、與混凝土的反應(yīng)速度等因素都直接影響混凝土的碳化速度。主表現(xiàn)在以下幾個方面：

3防治混凝土碳化的措施

3.1根據(jù)建筑物本身設(shè)計使用環(huán)境的不同，應(yīng)選擇與之相適應(yīng)的水泥品種和級別。在滿足施工條件的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇普通硅酸鹽水泥。這是因為普通硅酸鹽水泥成分中的熟料含量高，攙和量較低，堿度高于其他品種，所以其碳化速度相對較慢。其他品種的水泥，如礦渣硅酸鹽漂水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥中的攙和料成分中含有的活性氧化硅與氫氧化鈣反應(yīng)，會降低混凝土的堿度，導(dǎo)致混凝土碳化速度的加快。

3.2配制混凝土?xí)r應(yīng)選擇材質(zhì)密實，級配好的優(yōu)質(zhì)骨料，這樣所形成的混凝土結(jié)構(gòu)密實孔隙率小，增強了混凝土的耐久性。另外根據(jù)實驗可知輕骨料的混凝土較其他混凝土碳化速度快，在拌制時需添加外加劑，如加氣劑或引水劑等，以提高混凝土的密實性，進而減緩輕骨料混凝土的碳化速度。

3.3在防治混凝土碳化的措施中，適宜的溫度、合理的養(yǎng)護、正確的方法都是影響混凝土碳化的因素。例如夏季施工時，應(yīng)采用濕草袋等保水材料對混凝土進行覆蓋保濕；冬季施工時，應(yīng)采用保溫材料對混凝土進行保溫覆蓋，避免養(yǎng)護不到位而引起的混凝土裂縫。

3.4根據(jù)不同的使用環(huán)境，混凝土的鋼筋保護層可適當(dāng)增加厚度，并且在混凝土外表面涂刷抗?jié)B性和耐久性好的有機防滲材料，以阻滯二氧化碳等酸性氣體的侵入。同時，對于重要的構(gòu)件要定期檢查，對于容易碰撞的部位要設(shè)置包角等防護措施。

綜合以上論述，混凝土的碳化對于混凝土的耐久性有著巨大的影響，要想有效控制混凝土的碳化，作為工程技術(shù)人員，就要從工程設(shè)計、材料制作、具體施工等各個環(huán)節(jié)嚴加控制。應(yīng)嚴格控制水灰比和選擇合理的原材料，加強混凝土的日常養(yǎng)護，這樣混凝土的碳化深度也就可以得到很好的控制。

參考文獻：

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[2]徐善華，牛荻濤，王慶霖.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)碳化耐久性分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2002，（8）：16-18.

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第9篇：鋼纖維混凝土技術(shù)論文范文

關(guān)鍵字：水泥路面 水泥混凝土路面“病害”

Abstract: cement pavement is more compatible with the contained material of high-grade road surface density of vehicle transport needs, with high strength, good stability, durability, low maintenance costs, high economic benefits, advantages, and therefore widely Highway Engineeringapplication. Appears that the disease is not good due to large one-time investment of cement concrete pavement, repair, conservation work must implement the "prevention first and combining prevention with control" approach, the road is in good technical condition. In this thesis, the causes of the defects cement pavement analysis, the proposed conservation measures, and to discuss with their peers.Keywords: cement pavement cement concrete pavement diseases

中圖分類號： TU37 文獻標(biāo)識碼：A 文章編碼：

水泥混凝土路面具有承載能力大、剛度大、強度高、穩(wěn)定性好、養(yǎng)護維修費用低等特點。如何修補好損壞的水泥混凝土路面，是擺在公路施工與養(yǎng)護工作者面前的一個嚴峻課題。先來分析水泥路面產(chǎn)生病害的原因：

一、水泥路面產(chǎn)生病害記產(chǎn)生原因

1.1表層類病害與成因

表層類病害的首要表現(xiàn)是路面的網(wǎng)裂、紋裂、板面起皮、坑洞。其原因是行車荷載反復(fù)用力、施工抹面不均勻、混凝土的耐磨性差以及養(yǎng)護缺失所造成路面起紋裂；混泥土中過多的泥沙、混凝土的用料耐磨性差以及路面表面結(jié)合料缺失造成了路面出現(xiàn)露骨、磨光、麻面等病害。

1.2接縫類病害與成因

路面的接縫類病害主要表現(xiàn)是填縫料損壞、錯臺、唧泥和拱起等。病害產(chǎn)生的主要原因是路面在使用過程中產(chǎn)生的氣溫差距造成了填縫料的空隙，給了泥沙、碎石等可趁之機，致使路面的面板接縫處破損，雨水入侵導(dǎo)致了唧泥；唧泥的產(chǎn)生使路基土面被消減，土質(zhì)變軟的路基發(fā)生錯臺的可能性隨之增大；拱起，由于混凝土板收縮裂縫張開，板膨脹后產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，出現(xiàn)縱向壓區(qū)失穩(wěn)所造成。

1.3斷裂類病害與成因

路面的斷裂類病害可以歸納為縱、橫、交叉裂縫和板角斷裂?？v向裂縫主要是由于填料土質(zhì)不均勻、膨脹性土、濕度不均勻、壓實不足、凍土等多種原因形成；橫向裂縫常由于混凝土的失水處理不及時、切縫遲延等因素造成；交叉裂縫產(chǎn)生的原因主要是與水泥混凝土的強度不足、路基和基層穩(wěn)性差和強度等因素有關(guān)系；板角的支撐強度和反復(fù)的荷載作用是導(dǎo)致板角斷裂的主要原因；龜裂產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑后對表面覆蓋不及時，在氣溫急劇升高或是大風(fēng)的天氣下，表面水分散發(fā)加快，路面體積急劇收縮所致。

此外，車輛超載也是造成水泥路面斷板、碎板的主要原因。由于經(jīng)濟的發(fā)展, 車流量不斷增加, 特別是市場競爭急烈, 運輸戶只雇經(jīng)營利益, 絕大部分的貨車進行改裝, 加高車廂, 加厚大梁等等, 嚴重超載, 據(jù)路政部門檢測統(tǒng)計雙軸車輛總重量均在 23～ 24t、三軸車輛總重均在 35～ 45t, 荷載大大超過路面設(shè)計荷載, 造成混凝土板塊疲勞, 形成水泥板斷裂、破碎, 大大縮短正常使用年限。

二、水泥混凝土路面病害的預(yù)防對策

對于水泥混凝土路面病害的預(yù)防主要從以下幾個方面抓起：完善科學(xué)的施工方案、加強施工過程的規(guī)范以及后期的維護管理到位等方面。

2.1施工技術(shù)方面的預(yù)防對策

2.1.1路基的預(yù)防措施

路面依存的基礎(chǔ)是道路路基，路基的穩(wěn)定會延長路面的使用壽命。主要的措施是：要有合理、科學(xué)的路基設(shè)計，路基擁有良好的排水功能，適當(dāng)加高路基的高度，防止雨水等入侵路面的內(nèi)部；路基要壓實，對于軟土路基做科學(xué)處理，保持路基的干燥；做好邊坡防護工作、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、對土體進行加筋等防護。

2.1.2路面裂縫的預(yù)防措施

嚴格把關(guān)路面的原材料，選擇的集料應(yīng)該是堅硬、耐磨、潔凈、低收縮、低熱的不具有堿活性且的水泥，并且加入網(wǎng)狀纖維或改性聚丙烯單細纖維等防裂材料使用。嚴格控制施工過程，確保工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。嚴格掌握混凝土路面切縫時間和切縫深度，在天氣異常條件下施工時要注意覆蓋潮濕材料對于路面水分的保護，防治路面出現(xiàn)龜裂。嚴格控制水泥混混凝土的攪拌均勻度，尤其是模板四周及邊角處要振搗壓實。可以嘗試上下層布鋼纖維混凝土的工藝能夠提高混凝土抗折強度約40%。嚴格控制拆模時間、交通開放時間，以確保路面的粘合度、硬實度達到最高標(biāo)準(zhǔn)。

2.2施工管理方面的預(yù)防對策

2.2.1材料選擇管理

選材的合理，關(guān)系著公路路面的工程質(zhì)量?；炷僚浜媳仍O(shè)計的科學(xué)，是保證路面質(zhì)量的關(guān)鍵；水泥的選擇型號也關(guān)系這路面未來的承載能力。例如，對于超重型路面，可采用標(biāo)號52.5以上普通硅酸鹽水泥和道路硅酸鹽水泥；對于水泥混凝土中的外加劑添加量也是選材的關(guān)鍵所在，質(zhì)地堅硬、細度模數(shù)宜在2.5以上的潔凈的河沙是細骨料的外加劑。

2.2.2施工過程的預(yù)防措施

路面施工大都是機械施工，因此施工人員要熟練操作機械，保證機械的精確程度，保證傳力桿、拉桿的位置、間距符合規(guī)格。嚴密關(guān)注天氣變化，避免突變天氣造成的整體斷裂、空隙或是強度不足。施工過程盡量現(xiàn)場平整、有序，防止前期混凝土板在初凝期因行車振動造成板體斷裂，嚴格按照時間拆除模板。后期按照規(guī)范壓平路基，避免出現(xiàn)基層的干裂或是裂縫。為減少開放交通后的填土沉降可以采用透水性砂礫填筑臺背后的路堤保持硬度。

2.3養(yǎng)護管理方面的預(yù)防對策

此處的養(yǎng)護管理具有雙重含義，一是對于水泥混凝土的養(yǎng)護；二是對于路面清掃、修復(fù)的養(yǎng)護。水泥混凝土的養(yǎng)護主要是通過施工管理進行，其次采用養(yǎng)護劑進行路面養(yǎng)護，以保證路面表層具有防水養(yǎng)護膜，以避免路面出現(xiàn)裂縫等病害。對于路面的人工養(yǎng)護主要是及時清掃，死角要干凈，保證路面的干凈，嚴格監(jiān)管接縫處的填料動態(tài)，防止病害發(fā)生；重視路面排水系統(tǒng)維護，保持排水設(shè)施的完備與順暢，防止積水造成路面的損害。

公路的養(yǎng)護、管理部門, 除了日常的養(yǎng)護工作外,應(yīng)定時組織有進行路況調(diào)查, 及時制定養(yǎng)護工作計劃,確定養(yǎng)護內(nèi)容, 規(guī)范養(yǎng)護工作, 提高養(yǎng)護隊伍素質(zhì)和機械化的水平, 確保公路養(yǎng)護的質(zhì)量, 此外, 還應(yīng)加強路政的管理, 嚴格控制超載車輛的行駛。

2.4修補水泥混凝土路面應(yīng)注意的其他問題

2.4.1由于修補水泥混凝土路面是在不斷交通的情況下施工，因此要求重新澆筑混凝土的強度不小于舊混凝土的強度。原材料標(biāo)準(zhǔn)、配合比、施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合有關(guān)設(shè)計施工規(guī)范的規(guī)定。當(dāng)混凝土試塊抗壓強度達到設(shè)計強度的80%后，方可開放交通。

2.4.2發(fā)現(xiàn)公路水泥混凝土出現(xiàn)損壞,及時進行修補

對于水泥混凝土板裂縫的現(xiàn)象,可采用灌漿處理。對裂縫的徹底處理,可在裂縫兩邊各30～40cm范圍內(nèi)將混凝土板鑿除,放置鋼筋網(wǎng)再澆筑與原來面板標(biāo)號相同的混凝上,夯搗密實后,磨光拉紋,兩側(cè)應(yīng)設(shè)置縮縫,縫內(nèi)填充瀝青材料防止雨水滲入;對于基層已遭破壞的裂縫,或發(fā)生斷板爛板及脹縫破壞的路面,需將混凝土板大面積鑿除,結(jié)合實際對基層進行處理后,再沿用以上辦法處理。

三、結(jié)束語

水泥混凝土路面養(yǎng)護工作必須貫徹“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的方針。因為水泥混凝土路面一次性投資大，出現(xiàn)病害不好修復(fù)，所以對設(shè)計、施工、養(yǎng)護管理每一個環(huán)節(jié)都要認真負責(zé)。根據(jù)路面實際情況和具體條件，以及水文、地質(zhì)、氣候、交通和公路等級等情況，采取預(yù)防性、經(jīng)常性的保養(yǎng)和相應(yīng)修補，對于較大范圍路面修理，應(yīng)安排大、中修或?qū)ｍ椆こ?，使路面處于良好的技術(shù)狀況。

參考文獻

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[2]郝曉彬，歐陽偉. 水泥混凝土路面施工. 人民交通出版社. 2010