钢纤维混凝土技术论文精选(九篇)

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第1篇：钢纤维混凝土技术论文范文

【关键词】转换层大梁大体积混凝土配制；施工控制

广州某花园4#楼地下室一层，地面30层，建筑面积3.6万m²,在二层进行结构转换；转换层为粱式结构,主要有三种梁规格，即900×3500、1800×2350、10000×2150，混凝土强度等级为C40，设计要求掺12％UEA补偿混凝土收缩，1800×2350粱再掺0.8％钢纤维予于增加抗裂性和抗剪强度，转换大粱几何尺寸大，混凝土标号高、组份多，配制和施工这部分混凝土成为整个主体工程的关键。本文介绍该转换层大粱大体积混凝土的配制与施工。

1 混凝土的配制

1.1 原材料的选择

转换层大粱截面尺寸大，混凝土标号高，单方水泥用量多，水泥水化产生的热量大，容易引起较大的温度梯度。为避免出现温度裂缝，我们对原材料进行优选，同时采用掺粉煤灰和高效碱水剂多掺技术，尽可能降低水泥用量。我们选用的原材料：

1.1.1 水泥：大体积混凝土宜采用低水化热水泥，如矿渣或粉煤灰水泥，但因条件限制，只能选用525#普通硅酸盐水泥。

1.1.2 粉煤灰：火电站I级粉煤灰。此灰具有较好的活性，能替代部分水泥量，同时可改善混凝土可泵性。

1.1.3 钢纤维：在混凝土基体中，钢纤维的破坏是由基体中拨出而不是拉断，因此钢纤维的增强效果与其外观形式、长度、直径、长径比等几何参数有关。长径比大，增强效果好，但纤维太长影响拌合物质量，直径太细易在拌合过程中被弯折，太粗则在同样体积含量时其增强效果差。为此我们用选剪切型直条钢纤维，长度28mm，长径比约6O。

1.1.4 石子：由于转换大粱混凝土量大．需采用泵送施工，同时1800×2350粱为钢纤维混凝土，钢纤维在基体中的分布有沿粗骨料界面取向的趋势，若骨科粒径大而纤维短，钢纤维所起的作用就不明显。因此我们选用0.5-2.0cm碎石。

1.1.5 徽膨胀剂：福州市建科所生产的uEA。

1.l.6 碱水剂：根据施工工艺，转换梁混凝土需采用泵送连续浇捣，拌合物初凝时间要求不早于5小时。为此我们选用福建省建研院生产的Tw 一6高效缓凝泵送剂，减水率大于15％，缓凝3-4小时。

1.2 配合比的确定

由于混凝土组份多，为尽快找到各组份间的最佳配合，我们运用正交设计技术进行试验。采用的因素水平见表一。

因素水平表 表一

注：(1)粉煤灰、碱水剂，UEA的掺量均为占水泥量的重量百分比。(2)钢纤维掺量为混凝土中所占体积率。

根据因素水平表进行试验，试验结果经统计分析，得到各组份间的最佳匹配，出具混凝土配合比(见表二)。

注：(1)混凝土初凝时坷6-8小时；(2)拌合物坍落度16-18cm 3.钢钎维体积率0.8％。

2 混凝土施工

2.1 混凝土浇捣工艺

2.1.1 900×3500转换大梁同时跨越两层楼板(即夹层楼板和二层楼扳)，混凝土量大，钢筋密集，混凝土不容易浇捣，因此我们在取得设计同意后，运用叠合原理将该粱分二次浇捣，施工缝设在距梁底1.5m 高处。第一擞浇捣1.5m高度以下和夹层粱板棍混凝土，在梁中形成叠合面，并通过在叠合面设置企口，进一步保证了此粱的完整性。第二次浇捣900×3500余下部分及其它粱和二层板混凝土。此部分混凝土由二台泵完成，每台泵负责5个区，最长搭接时间2.5小时，不会出现施工冷缝。浇捣程序见图一。

2.1.2 叠合面处理：因该叠合面处原设计就配有l4 Ø 25钢筋，足够用来作叠合面抗裂筋，故无需另加配抗裂钢筋。叠合面混凝土在初凝后终凝前需用钢丝刷刷毛，待终凝后再次将松动的砂粒刷除干净，并凿除松动的石子和松散混凝土。

2.1.3 节点处理：钢纤维混凝土粱与其它梁的交接处浇筑钢纤维混凝土。

混凝土浇捣顺序图

2.2 混凝土质量保证措施

2.2.1 混凝土的拌制：拌制微膨胀混凝土时，搅拌时问比普通混凝土延长1―1.5min。拌制钢纤维混凝土时，采用先干拌后湿拌法，即将钢纤维、水泥、粗细骨料、UEA先干拌均匀而后加水和减水剂湿拌，干拌时间不少于1.5min，湿拌时间不少于2min。

2.2.2 振捣：混凝土采用机械振捣，振捣时间以混凝土能密实为准，不宜过振。因为铜纤维有沿振捣棒插入方向排列的趋势，振捣时间过长会引起钢纤维下沉和取向不利

2.2.3 浇捣中质量抽查：除按GBJ50204 -92(混凝土结构工程及验收规范)留置试块和抽查拌合物坍落度外，在拌制地点和浇筑地点检查钢纤维体积率，每台班至少二次。

2.2.4 温度监测

（1）测温点的布置：由于转换粱混凝土量大，标号高，水泥水化易产生较高温升。为此我们选取具有代表性的部位布置测温点，对混凝土内部温度进行监控。根据混凝土量和粱的截面尺寸，我们在900 x 3500及1800×2350二根粱内部可能产生最大应力部位(即梁中)各布置一个测温点，每点沿梁高度方向均匀埋设5个热电偶。为监测1800×2350粱二侧与中心的温度差，在梁中横向布置一个测温电点，也均布5个热电偶。

（2）监测程序：混凝土浇筑后1-5天，每2小时测一次：5一l0天每4小时测一次：10―30天，每8小时测一次。

（3）控制标准：混凝土里外温差不大于25℃，每天降温不大于1.5℃ 。

2.2.5 保温保湿措施

为保证混凝土有足够的湿度和内外最大温差和降温速率符舍要求，我们采取 下措施：

（1）转换粱底模采用松木板制作，在浇混凝土前将底模充分湿润，并在底模下铺设一层塑料薄膜，以便保持松木板中的水分和起保温隔热作用。因胶合板具有良好的保温保湿性能，故我们采用胶合板作边模。若此措施不满足温控要求，再在模外侧钉挂草帘或用碘钨灯照射。

（2）混凝土表面覆盖料薄膜和草袋，根据实际需要增减塑薄膜和草袋的层数。

3 体会

3.1 配制多组份混凝土，采用正交试验法，能以较少试验次数探清各组份间的最佳匹配，可节约大量物力，人力。

3.2 TW一6泵送减水剂具有增塑，缓凝，低引气等特点，可防止混凝土拌合物在泵送管道中离析或阻塞，改善泵送性能，同时能在不同程度上降低混凝土成本。

3.3 钢纤维混凝土的施工关键在确保钢纤维在基体中分布均匀，浇捣不得留置施工缝。因为钢纤维有沿界面分布的趋势。

3.4 转换层大梁大体积混凝土的施工，只要方案可靠，方法正确，组织周密合理，完全可避免温度裂缝的出现，混凝土质量就有保证。

参考文献

[1]娄宇．高层建筑中粱式转换层的试验研究及理论分析：[学位论文]．南京：东南大学土木工程系．1996

[2]申强．预应力桁架转换层结构抗震性能的试验研究和理论分析；[学位论文]．南京：东南大学土木工程系，1996

[3]杜肇民，高智，张宽虎．张忠利 折曲撑框架在低周反复荷载下的抗震性能试验研究与设计建议．建筑结构学报．1992(5)：2～ 5

第2篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键词：钢纤维混凝土 ；自由落锤； 抗冲击性能；试验；研究

中图分类号：TU528.572文献标识码： A 文章编号：

混凝土作为一种多孔性的脆性材料, 长期以来，在路面混凝土、桥面混凝土等频繁承受动力荷载的结构中，混凝土通常是由于抗冲击性能不足而丧失其使用性能。因此，掌握混凝土的动载性能对设计承受冲击荷载的结构是非常重要的。论文通过对层布式钢纤维混凝土进行抗冲击性能试验，研究了混凝土集料、不同层位、不同钢纤维掺量对混凝土的抗冲击性能的影响，试验结果表明，层布式钢纤维对混凝土抗冲击性能有极大的提高作用。

1 原材料及试验方法

1．1原材料

水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径为5mm~26.5mm的连续级配卵石，细骨料选用细度模数为2.9的中砂，混凝土配合比见表1。钢纤维采用武汉宝龙恒基材料工程有限责任公司生产的新型钢纤维，技术指标见表2。

表1 混凝土配合比

表2钢纤维技术指标

1．2试验方法

混凝土材料的抗冲击性能是指在反复冲击荷载的作用下，混凝土材料吸收动能的能力。目前国外混凝土抗冲击试验方法主要有爆炸试验(explosive test)、却贝摆锤冲击试(Charpy pendulum test)、射弹试验(projectile impact test)和落锤冲击试验(drop-weight test)。由于落锤冲击试验的简便性，得到了美国ACI 544 委员会(American Concrete Institute Committee544) 的推荐。我国对钢纤维混凝土的抗冲击性能研究相对较少，没有现成的落锤式冲击试验机。《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005) 等有关规范对路面水泥混凝土抗冲击韧性的试验方法和试验流程也没有作出规定。对此，本次试验采用自制自由落锤冲击试验。

图1冲击试验装置

自制自由落锤冲击试验装置（如图1）。该方法的试验过程为：制作圆柱体试件，高度h=64mm，直径D=150mm，试件浇筑24h后脱模，放入标准养护室养护28d，实验前4h将试件从养护室取出晾干。将1个4.5kg重的钢锤自457mm的高度自由落下，冲击放置在试件中心的钢球(钢球为传力球，直径64mm，防止落锤直接砸在试件上造成试件局部破坏)，每完成1次冲击即为1个循环。仔细观察试件表面，当试件表面出现第1条裂缝时的冲击次数即为初裂冲击次数N1。然后继续反复进行冲击循环，直至试件被破坏并与试验装置中4块挡板的任意3块接触时(或有一条裂缝大于3mm)，这一冲击次数即为破坏冲击次数N2。

每组设6个平行试件。鉴于混凝土材料的变异性和离散性较大，为保证冲击试验得出数据的可靠性，试验采用格拉布斯法对数据进行取舍，即对每组试件冲击次数xi由小到大进行排序，并按式(1)、式(2)计算统计量g：

当最小值x1 可疑时，则：

(1)

当最大值xi 可疑时，则：

(2)

式中：为冲击次数的算术平均值；x1 为冲击次数的最小值；xi 为冲击次数的最大值；S 为冲击次数的标准偏差。

在显著水平=0.05下，求得可疑值的临界值g0 (，n)。若满足式(3)：

(3)

则可依值舍去。

式中：n 为每组试件的试件数。当舍弃后试件数小于3时，则重新成型试件试验。对于有效数值，取它们的平均值作为结果数值。

然后计算钢纤维混凝土的抗冲击性能(以冲击功计)。

冲击功的计算式为：

W = N2 mg h (4)

式中：W ——冲击功，J；

N2 ——破坏冲击次数；

m——钢锤质量m=4.5 kg；

g——重力加速度g=9.8m/s2；

h----冲击锤下落高度h=457mm。

2 钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响

通过自由落锤冲击试验反复冲击试件直至破坏，测试混凝土吸收动能的能力。为了深入探讨各层钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响，制作了以下几组试件，每组六个平行试件（见表3）。

表3 单层钢纤维混凝土抗冲击试验

图2冲击次数与层位的关系图3冲击功与层位的关系

从表3和图2、图3中可以得到如下结论：

(1)布置钢纤维层的混凝土比素混凝土的抗冲击性能有了极大的提高，无论是初裂冲击次数还是终裂冲击次数均有了很大的增加。抵抗的冲击功最大提高了6.4倍；在出现初裂缝后吸收功的能力提高了48.3倍。在冲击过程中，钢纤维层能有效地减小混凝土的裂隙程度，增强材料介质连续性，减小冲击波被阻断引起的局部应力集中现象，可以阻碍混凝土裂缝的扩展。混凝土初裂后，高性能的钢纤维使混凝土保持一定整体性，继续吸收冲击功，故钢纤维大大提高了混凝土的抗冲击韧性，另外，层布钢纤维混凝土优良的抗冲击性能还表现为裂而不碎的良好抗裂性。

(2)随着钢纤维层的由下到上的层位变化，材料的抗冲击性能提高很明显，而且从图中线段可以看出，随着钢纤维层的逐步上移，终裂次数增长趋势越大，抗冲击性能越好。这说明上层的钢纤维抗冲击性能好。从图4、图5可以看到试件在冲击作用下，首先由于水泥基体的抗拉强度低，所以发生开裂的是水泥基体，即上表面出现细微的裂纹，素混凝土此时裂纹很快发展，试件破坏形式为一分为二；在层布式钢纤维混凝土中，原先由水泥基体承受的荷载立即传递给连接在裂纹处的钢纤维，钢纤维可以很快承力并抑制裂纹的扩展，试件表现出裂缝后仍保持相对完整性。随着冲击次数的增多，水泥基体中的裂纹增多，损伤增加，钢纤维承受的荷载也相应增加，钢纤维变形增大，直至被拔出或拉断；此时试件破坏形式大多是三条裂缝从中心向外，相互的角度约为120º，也有部分试件是四条裂缝自中心向外，相互呈90º。在钢纤维被拉长及被拔出的过程中将消耗大量的冲击能量，表现为层布式钢纤维混凝土抗冲击性能的提高。

图4素混凝土终裂照片

图5 层布钢纤维混凝土终裂照片

3 集料对对混凝土抗冲击性能的影响

对比试验集料选择石灰岩碎石（碎石的级配同卵石的级配相同）。单层钢纤维混凝土抗冲击试验、上层钢纤维掺量对冲击韧性试验的结果见表4和表5。

表4单层钢纤维混凝土抗冲击试验结果（碎石）

表5上层钢纤维掺量对冲击韧性试验的结果(碎石)

注：1、由于混凝土材料的变异性和离散性，表3、4、5中的数据为有效数值的平均值；

2、每组试件上、下层布钢纤维，下层钢纤维含量为1.4kg/m2；

3、上(下)层钢纤维离试件顶(底)面20mm。

通过对比卵石与碎石的冲击试验，为方便对比，得如下图5.11~图5.20。

图6上层掺量对初裂冲击次数对比 图7单层对初裂冲击次数对比

图8 上层掺量对终裂冲击次数对比图9 单层对终裂冲击次数对比

图10 上层掺量对冲击功对比 图11 单层对冲击功对比

图12 冲击后卵石断裂面 图13 冲击后碎石断裂面

从试验过程及图6~图13可以得出以下结论：

(1)对于素混凝土，卵石比碎石的初裂和终裂冲击次数略高，约高40次。

(2)单层钢纤维的卵石与碎石初裂次数相差不大；除上布钢纤维层，卵石明显大于碎石外，中、下布钢纤维初裂次数基本相同。体现了材料本身的变异性和离散性。

(3)对比图12和图13的破坏断面，可以看出卵石的断面中开裂一般是沿着卵石的边缘，而碎石的破坏均是贯穿石块，说明碎石胶结的好。

(4)观察图6、图8和图10，三幅图有一个共同的特点，就是上、下层布钢纤维比单层有明显较大的提高，其冲击韧性提高的很快。

4 结论

（1）随着上层钢纤维掺量的不断增加，钢纤维混凝土的初裂冲击次数和终裂冲击次数增加十分明显，并且增加的趋势也在加大。

（2）上层掺量1.8kg/m2的混凝土比无上层的单层混凝土的初裂次数增加了3.2倍；终裂次数增加了4.6倍。说明掺量的增加极大提高了混凝土的抗冲击性能。

（3）上层钢纤维对冲击韧性的改善好过下层；另外，钢纤维层的加入不仅可以有效改善混

凝土的断裂韧性和抗冲击性能，也改变了混凝土基体的粘结性能，使混凝土材料更具有整体

性，提高结构的疲劳性能和耐久性。

（4）对比层布式钢纤维混凝土，碎石比卵石抗冲击性能提高从1.4倍至2.5倍不等，说明碎石集料的抗冲击性能高于卵石。

参考文献

[1] JTG E30-2005 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[ S]．北京：人民交通出版社，2005

[2] 王佶，李成江，李存瑞．不同纤维层布式钢纤维混凝土抗弯韧性的研究[J]．武汉理工大学学报，2006，28(7):82-85

第3篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键词：超高性能混凝土；制备技术；材性；工程应用；细观力学分析

中图分类号：TU528.2文献标志码：A

0引言

混凝土是一种水泥基复合材料，它是以水泥为胶结剂，结合各种集料、外加剂等而形成的水硬性胶凝材料。混凝土是当今用量最大的建筑材料，与其他建筑材料相比，混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。从社会发展和技术进步的角度来看，在今后相当长的时间内，混凝土仍是应用最广、用量最大的建筑材料。然而，由于混凝土自重大、脆性大和强度（尤其是抗拉强度）低，影响和限制了它的使用范围；同时，对于低强度的混凝土，在满足相同功能时用量较大，这加剧了对自然资源和能源的消耗，另外也增加了废气和粉尘的排放，增大了对能源的需求和环境的污染。

20世纪以来，随着社会经济的发展，工程结构朝更高、更长、更深方向发展，这对混凝土的强度提出了新的要求。为满足这种要求，随着科技的进步，混凝土的强度得到了不断的提高。在20世纪20年代、50年代和70年代，混凝土的平均抗压强度可分别达到20，30，40 MPa。20世纪70年代末，由于减水剂和高活性掺合料的开发和应用，强度超过60 MPa的高强混凝土（High Strength Concrete，HSC）应运而生，此后在土木工程中得到越来越广泛的应用[15]。

然而，单纯提高混凝土抗压强度，并不能改变其脆性大、抗拉强度低的不足。采用纤维增强的方法，产生了纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete，FRC）[4，6]，其所用纤维按材料性质可划分为金属纤维、无机纤维和有机纤维等，最常用的是金属纤维中的钢纤维。随着社会的发展，许多特殊工程，如近海和海岸工程、海上石油钻井平台、海底隧道、地下空间、核废料容器、核反应堆防护罩等，对混凝土的耐腐蚀性、耐久性和抵抗各种恶劣环境的能力等也提出了更高的要求。因此，人们又提出了将HSC包含在内的高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）的概念。

在HPC应用发展的同时，人们并没有停止对混凝土向更高强度、更高性能发展的追求。1972～1973年，Brunauer等在《Cement and Concrete Research》杂志上发表了有关Hardened Portland Cement Pastes of Low Porosity的系列论文，报道了抗压强度达到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减水剂，该技术没有在工程中得到推广应用[3]。Bache采用细料致密法（Densified with Small Particles，DSP），通过发挥硅灰与高效减水剂的组合作用，以达到减小孔隙率的目的，制备出强度为150～200 MPa的混凝土，其产品在市场上以DENSIT商标的混凝土制品出现[3，7]。Birchall等[8]开发出无宏观缺陷（Macro Defect Free，MDF）水泥基材料，抗压强度可达到200 MPa。MDF水泥基材料问世后，引起了有关学者的广泛关注，并开展了许多有关这类材料优异性能和高强机理的研究。此外，Roy在1972年获得了抗压强度达到650 MPa的水泥基材料。美国的CEMCOM公司采用不锈钢粉也制备出超高强材料DASH47[3]。20世纪90年代，法国Bouygues公司在DSP，MDF及钢纤维混凝土等研究的基础上，研发出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）[910]。RPC分为2个等级，强度在200 MPa以内的称为RPC200，强度在200 MPa以上、800 MPa以下的称为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，有关水泥基向更高强度发展的研究报道仍不断地出现，然而具有工程应用前景的并不多：有些因为价格太高，有些因为制备技术太复杂，而有些则在强度提高的同时某些性能指标下降。因此，以RPC制备原理为基础的UHPC材料的研究与应用，是当今水泥基材料发展的主要方向之一。美国国家科学基金会于1989年投资建立了一个“高级水泥基材料科技中心”，并为该中心提供了1 000万美元的科研经费[5]。美国联邦公路局以RPC为研究对象，对UHPC开展了系统的研究，进行了1 000多个试件的测试，研究内容包括配制技术、强度、耐久性和长期性能等力学性能[12]。在此基础上，美国密歇根州交通技术研究院开展了进一步的研究[13]。法国土木工程学会在大量研究的基础上，于2002年制订了超高性能纤维混凝土的指南（初稿）[14]。日本土木工程协会也于2004年制订了相应的设计施工指南（初稿），并于2006年出版了英文版本[15]。韩国提出了一个超级桥梁（Super Bridge 200）的计划，希望通过应用UHPC建造桥梁，减少20%的工程造价，在10年内节省20亿美元的投资，减少44%二氧化碳的排放量和减少20%的养护费用[16]。中国从20世纪90年代开始了UHPC的研究，取得了一系列的成果，国家标准《活性粉末混凝土》已在征求意见[17]。

2004年9月在德国的卡塞尔举行的UHPC国际会议上，与会专家认为UHPC虽然被命名为混凝土材料，但是却可以认为是一种新型材料，是新一代水泥基建筑材料[18]。2009年在法国马赛举行的超高性能纤维增强混凝土（Ultrahigh Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）国际会议上，与会专家认为因UHPFRC低碳环保且性能优异，可以用来建造低碳混凝土结构，在未来必将得到大力发展[19]。尽管UHPC自出现以来，不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海洋等工程之中，然而应用发展远低于预期。以应用最多的桥梁为例，自1997年第一座UHPC桥――加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC桥建成以来，十几年间全世界也仅建成30余座，且以中小跨径与人行桥为主[20]。在中国，UHPC实际工程应用也极少，以桥梁为例，仅在铁路上有1座梁桥的应用，目前1座公路梁桥正在建设之中。在中国处于大规模工程建设的背景下，UHPC在中国的应用显得更为滞后。这种应用不理想的状况，究其原因：一方面，有关UHPC的研究主要集中在发达国家，而这些国家已完成大规模的基础设施建设，推动其研究与应用的市场动力不足；另一方面，发展中国家虽然有较大的基础设施建设的需求，但是基础研究不足和UHPC价格较高，影响了其在工程中的应用。

在今后相当长一段时间内，中国仍处于大建设时期，随着对节能减排、可持续发展要求的不断提高，对混凝土性能的要求也将越来越高，因此UHPC具有广阔的应用前景。2014年3月4日，住房和城乡建设部、工业和信息化部召开了高性能混凝土推广应用指导组成立暨第一次工作会。会议认为，高性能混凝土推广应用是强化节能减排、防治大气污染的有效途径，能提高建筑质量，延长建筑物寿命，提升防灾减灾能力，有利于推动水泥工业结构调整。在节能减排方面，据专家估算，以目前中国每年混凝土的使用量4×109 m3测算，通过推广高性能混凝土，合理使用掺合料，每立方米混凝土可节约水泥25 kg，实现年节约水泥1×108 t，进而减少消耗石灰石1.1×108 t、粘土6×107 t，节约标准煤1.2×107 t，减少排放二氧化碳7.5×107 t[21]。若能推广应用UHPC，成效显然更大，同时也能为中国UHPC技术、混凝土材料与工程结构领先于世界做出积极的贡献。因此，开展UHPC的制备技术与工程应用基础研究，具有重要的意义。为此，国家自然科学基金委员会与福建省人民政府设立的“促进海峡两岸科技合作联合基金”2013年资助了“超高性能混凝土制备与工程应用基础研究”项目。在该项目的指南建议、项目申请、项目获批后的研究计划制订中，笔者查阅了大量的研究资料，结合前期研究成果，对UHPC的研究现状有了较为全面的了解。为促使该项目的顺利进行，并推动中国UHPC研究与应用的不断发展，整理撰写了本文。

1UHPC制备基本原理与技术指标

1.1UHPC制备基本原理

对普通混凝土的研究，人们认识到混凝土作为一种多孔的不均匀材料，孔结构是影响其强度的主要因素，而固体混合物的颗粒体系所具有的高堆积密实度是混凝土获得高强度的关键。因此，减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度、掺入纤维是UHPC制备的基本原理和主要方法，以RPC为例，其获得超高性能的主要途径有以下几种[9]：

（1）剔除粗骨料，限制细骨料的最大粒径不大于300 μm，提高了骨料的均匀性。

（2）通过优化细骨料的级配，使其密布整个颗粒空间，增大了骨料的密实度。

（3）掺入硅粉、粉煤灰等超细活性矿物掺合料，使其具有很好的微粉填充效应，并通过化学反应降低孔隙率，减小孔径，优化了内部孔结构。

（4）在硬化过程中，通过加压和热养护，减少化学收缩，并将CSH转化成托贝莫来石，继而成为硬硅钙石，改善材料的微观结构。

（5）通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。

中国正在制订的国家标准《活性粉末混凝土》（征求意见稿）[17]中对RPC的定义为：以水泥、矿物掺合料、细骨料、高强度微细钢纤维或有机合成纤维等原料生产的超高性能纤维增强细骨料混凝土。从上述定义可见，它对养护制度、配合比中的一些组分并没有严格的限制，如有些结构需要现场浇注，蒸压养护较为困难而采用常规养护时，如果骨料强度高且表面粗糙，也可得到强度为200 MPa的RPC[22]。

UHPC基于RPC的制备原理，如采用小粒径骨料，掺入钢纤维和采用蒸压养护等，但是对骨料的粒径、养护制度、配合比中的组分等则没有严格的限制，如采用常规养护工艺也可配制出强度超过150 MPa的UHPC。文献[23]中采用常规材料，不采用热养护、预压等特殊工艺，也制备出强度超过200 MPa，可泵送浇注的UHPC，其技术包括选择低需水量的水泥和硅灰、合理的砂浆水泥比、硅灰水泥比和水灰比等。文献[24]中采用普通材料和常温养护，制备出坍落度为268 mm，90 d强度为175.8 MPa的混凝土。文献[25]中采用常规材料和养护，制备出抗压强度超过200 MPa的混凝土，掺入质量分数为1%的钢纤维的抗拉强度可达到15.9 MPa。

1.2UHPC技术指标

在UHPC的研究中，有些继续采用RPC的名称，有些直接称之为UHPC，还有一些则称之为UHPFRC，如法国与日本的相关指南[1415]，有的则认为UHPFRC就是RPC，是UHPC与FRC相结合的产物[26]，目前对这些名词还没有统一公认的定义。从内涵来看，RPC，UHPC与UHPFRC有许多相同之处；相对来说，UHPC的范围大些，RPC和UHPFRC的范围小些，这也可以直接从字面上看出来。本文中在引用参考文献时，保持原文献的材料名称，在进行综述分析时，则统称为UHPC。

关于UHPC或RPC的技术指标，目前也没有统一公认的定义。法国UHPFRC指南[14]中，定义它为具有150 MPa以上抗压强度，有纤维加强以确保非脆，采用特殊骨料的高粘性材料。日本UHPFRC指南[15]中，定义它为一种纤维加劲的水泥基复合材料，抗压强度超过150 MPa，抗拉强度超过5 MPa，开裂强度超过4 MPa，并给出了基本组成：最大粒径小于2.5 mm的骨料、水泥和火山灰，水灰比小于0.24；掺入不低于2%体积掺量、长度为10～20 mm、直径为0.1～0.25 mm、抗拉强度不小于2 GPa的加劲纤维。

中国的国家标准《活性粉末混凝土》（征求意见稿）[17]中对RPC按力学性能的等级划分见表1。从表1可知，它对抗压强度要求最低为100 MPa，比法国、日本的抗压强度150 MPa要低。

表1活性粉末混凝土力学性能的等级划分

Tab.1Grade Classification of Mechanic Properties of RPC等级1抗压强度标准值/MPa1抗折强度/MPa1弹性模量/GPaR10011001≥121≥40R12011201≥141≥40R14011401≥181≥40R16011601≥221≥40R18011801≥241≥402制备技术

2.1材料组分与配合比

如同其他混凝土材料的研究一样，UHPC的研究也是从材料制备开始的。各国研究者结合当地的材料开展了大量的配合比设计，中国也开展了许多的研究，如文献[27]～[32]。

UHPC作为一种高技术的新型材料，成本较高是影响其工程应用的一个重要因素。文献[33]中对一些RPC试验的原材料进行分析，发现其成本均在4 000元・m-3以上，最高达到8 000元・m-3，远高于普通混凝土的价格。为此，提出了RPC性价比计算方法，并以钢纤维掺量为主要参数进行研究。

由于RPC中的钢纤维为细钢纤维，且为了防锈而镀铜，其较高的价格是RPC材料成本较高的主要原因，因此，许多研究围绕钢纤维及其替代品展开。文献[34]中采用碳纤维替代部分钢纤维进行RPC的配制，发现RPC的抗折强度下降而抗压强度有所提高。文献[35]中采用碳纤维替代钢纤维配制RPC，结果表明，最终破坏形态表现出很大的脆性破坏。此外，还有学者对聚丙烯纤维RPC和混杂纤维RPC开展了研究，将低模量的聚丙烯纤维、中模量的耐碱玻璃纤维和高模量的钢纤维混杂掺入RPC，可使RPC的一些力学性能得到一定程度的改善而提高[3642]。美国规范在AASHTO Type Ⅱ梁中采用80级焊接钢筋网以取代UHPC中的钢纤维，其抗剪强度超过采用钢纤维的UHPC梁，且施工方便，成本大大降低[43]。

为降低成本，研究人员还开展了采用替代材料减少UHPC中水泥、硅灰用量的研究，如钢渣粉、超细粉煤灰、石粉、偏高岭土、火电厂微珠、超细矿渣、稻壳灰等，不仅能降低造价，而且利于环保[4450]。

文献[51]中开展低水泥用量的RPC研究，用粉煤灰取代了60%的水泥，在凝结硬化过程中施加压力，得到338 MPa的RPC。在RPC中采用粉煤灰和矿渣替代水泥和硅灰，可减少高效减水剂的用量，并减少RPC的水化热和收缩[40]。文献[52]中采用棕榈油灰取代50%的胶凝材料，配制的UHPC具有158.28 MPa的抗压强度、46.69 MPa的弯拉强度和13.78 MPa的直拉强度。文献[53]中采用稻壳灰取代硅灰，在标准养护制度下，可制备出强度超过150 MPa的UHPC，当采用水泥+10%硅灰+10%稻壳灰时，得到的UHPC性能最好。在RPC的凝结硬化过程，加入部分水化水泥基材料（PHCM），能促进水泥水化，增加CSH生成量，使RPC具有较高的早期强度[54]。

由于胶凝材料（水泥和硅灰）表面特性不同，可选择多种减水剂进行耦合使用，其效果更好[55]。在UHPC配合比设计中采用修正的安德烈亚森颗粒密实模型，可以降低胶凝材料的用量，如养护28 d后，仍有很多水泥没有水化，则可采用一些便宜的材料来替代，如石粉[56]。文献[57]中提高RPC的硅灰含量，使配制的RPC强度得到提高的同时，其表观密度降低到1 900 kg・m-3。

另外，为减少对天然骨料的开采，研究人员还探索利用其他材料来替代UHPC中的石英砂等，如采用烧结铝矾土[40]、机制砂石[58]和丘砂[5960]等。文献[61]中采用铁矿石尾矿替代UHPC中的天然骨料，由于较差的界面，工作性和强度下降。文献[62]中将废弃混凝土块放入UHPC中，可减少早期收缩，制成自约束收缩UHPC。文献[63]中采用超细水泥制备了新型超高性能混凝土SCRPC，避免了硅灰的使用，且便于现场养护与施工。

2.2拌制与养护技术

与普通混凝土不同的是，RPC由于采用基体材料+细粒径组分材料+钢纤维进行配制，在拌制过程中容易聚团，影响RPC成型的均质性和材料性质，是备受工程界关心的一个主要问题。各国学者对需要采用的搅拌设备、混合料的拌制时间与顺序等也开展了相应的研究，如Collepardi等[64]的研究表明，搅拌1 min后添加减水剂的RPC，其工作性能要优于即时掺入减水剂的RPC[64]。文献[65]中介绍了常规搅拌工艺配制的RPC的特性，制定了加料顺序。文献[66]中研究了3种不同的投料搅拌方法，试验结果表明，不同的投料次序对RPC的抗折强度和抗压强度有一定影响，尤其对RPC流动性的影响较大。此外，RPC浇注时钢纤维方向分布对RPC的拉抗强度等性能有较大影响。为寻找有效控制钢纤维方向的方法，文献[67]中通过数值分析和试验研究，探讨了通过挤压改变钢纤维排列方向的方法；文献[68]中采用管壁效应和混凝土流动方向等方法，改变钢纤维在试件内的排列方向，试件成型后的X射线图像表明，该措施取得了良好效果。

高温、加压养护制度是UHPC获得高性能的重要手段，温度越高、时间越长，参加反应的硅灰越多，内部结构也就越密实。文献[69]中指出，与90 ℃热养护相比，在20 ℃标准养护条件下的UHPFRC试块，抗压强度降低20%，抗弯强度降低10%，断裂能降低15%。高温、加压养护制度是RPC获得高性能的重要手段，如RPC中含有火山灰活性物质，在不同养护制度下，RPC的力学性能有较大差异[1415]。以29Si磁共振方法（29Si NMR）量测水泥、硅灰、石英粉等胶结粉体在不同养护条件下的水化程度，可确立有效且经济的养护方式[70]。Richard等[10]的研究表明，90 ℃热养护能加速火山灰反应，并改变已形成水化物的微观结构，高温养护（250 ℃～400 ℃）能促使结晶水化物的形成与硬化浆体的脱水。Dallaire等[71]的研究表明，RPC试件在加压50 MPa和400 ℃的条件下养护48 h后，其抗压强度可达到500 MPa。Cheyrezy等[72]通过热重分析和X射线衍射对热养护下传统RPC的微观结构进行分析，认为传统RPC在养护温度介于150 ℃～200 ℃之间时，孔隙率最小。对采用蒸汽养护、滞后蒸养与降温蒸养以及常规养护这4种养护方式进行了对比试验，结果表明，蒸养对材性的影响最大，而采用蒸养但滞后蒸养与降温蒸养对材性的影响较小[72]。蒸养能提高材料的抗压强度、抗拉强度和弹性模量，减小徐变，加快收缩速度，提高抗渗能力[12]。然而，蒸汽或蒸压养护给施工带来困难，也提高了制备成本。因此，不采用蒸汽或蒸压养护时，如何获得RPC材料的高性能，也成为研究的一个热点。吴炎海等[7377]也都开展了不同养护制度和龄期对RPC材料性能影响的研究，结果表明，蒸养对提高材料性能具有极其有利的作用，并提出了相应的最佳养护条件。

养护时的压力对UHPC的性能也有影响。研究结果表明，在凝结过程施加5～25 MPa的预压力时，RPC的抗弯强度可提高34%～66%，韧性可提高3.39～4.81倍，这是由于预压力可消除孔隙和自由水，使颗粒更加紧密[78]。蒸压时间、温度和压力均会影响RPC的性能；对于每一个压力和温度，存在一个临界蒸压时间；蒸压时间过长，反而会使其力学性能有所下降[79]。蒸压养护对提高RPC抗压强度作用明显，但是其抗折强度和韧性反而低于28 d标准养护的RPC，这可能与蒸压养护对提高钢纤维和水泥石的粘结作用不大有关[22，79]，而在RPC中增加粉煤灰和矿渣用量可减少蒸压情况下其抗折强度和韧性的降低[79]。3超高性能机理

3.1微观结构

文献[80]中从测量的纳米尺度力学性能出发，采用四层次多尺度微观结构模型，精确计算UHPC的刚度，且证实了纤维基体界面是无缺陷的。此后，许多学者采用SEM，EDS微区元素点分析与X射线衍射等试验，对RPC的微观结构开展了研究，进一步揭示了RPC形成高性能的基本原理。

RPC密实度与强度之间存在着高度的相关性[8081]，但是最大密实度并不代表最高强度，强度取决于其微观结构和水化阶段的性能[8283]。蒸压养护能降低CSH凝胶中的CaO/SiO2，使RPC中形成针状和片状的托勃莫来石[40，84]。电导率与水化度存在一种函数关系，当水化度达到26%时，孔隙不连续，采用超声波技术可以监测凝结硬化过程RPC的孔隙半径的变化[81，85]。UHPC孔结构可用表面分维来表示，且建立了混凝土的纹理、硅酸盐链长（表面分维）和CSH量的关系[85]。

高温可促进水泥、硅灰和石英粉的化学反应，当温度达到250 ℃时，RPC中出现硬硅钙石。随着养护温度的增加，CSH平均链长增加[8687]。碱激发水泥RPC （ARPC）在抗压强度相同情况下，具有更高的抗弯性能、断裂能以及与钢筋的粘结性能；由于ARPC的CaO/SiO2较低，其纳米的孔结构有利于水分的逸出，内部孔压力较低，因此具有更好的抗火性能[8889]。

3.2纤维增强增韧机理

研究结果表明，未掺入钢纤维的UHPC，在进行受压试验时由于内部积聚的能量太大而呈现爆炸性破坏，表现出较普通混凝土和高强混凝土更大的脆性。因此，UHPC一般掺有纤维，故它也可视为基体与纤维的复合材料。纤维主要以细钢纤维为主，直径较小，为0.20～0.22 mm，长细比较大，为55～70，而UHPC基体的胶凝粒径小，因而它与基材间的粘结滑移、纤维的拉拔、纤维桥接和裂缝的偏转作用以及对混凝土材性的增强机理都有其自身的特性。为此，对纤维的增强增韧机理开展了大量的研究。

文献[90]中研究了钢纤维分布角度分别为0°，30°，45°，60°，90°时对RPC断裂性能的影响。结果表明：当分布角度为0°时，构件的平均应变最大，其变化规律为0°～60°降低，60°～90°增加；轴拉构件在0°～40°之间为延性破坏，60°～90°之间为脆性破坏，40°～60°则处于中间状态，RPC的伪应变强化效应与钢纤维的分布特征有较大的关系，但是纤维分布方向对抗压强度的影响较小。

大量的研究表明，钢纤维对UHPC的抗拉强度和韧性有明显的提高作用，这种提高作用，在不影响钢纤维分布均匀性的前提下（一般在3.5%～4%之间），与钢纤维的掺量成正比[9193]。受拉破坏时，在开裂口处由于钢纤维的桥搭作用，与普通混凝土相比，它的抗拉强度和韧性有很大的提高，其破坏形式是钢纤维被拔出破坏，而不是拉断破坏[9496]。

对抗压强度，钢纤维也有一定的增强作用，但是一般认为存在一个界限掺量，当超过这个掺量时，抗压强度不升反降。对于这个界限掺量，各国学者有不同的看法，从2%到4%都有[97100]。

为探讨纤维对UHPC强度（尤其是抗拉强度）影响的细观作用机理，一些研究对纤维与UHPC基体的相互作用开展了研究。文献[101]中提出了一种新型的抗拉试验方法（在夹具和试件间采用转换板，使拉应力均匀）用于测试纤维的拔出试验。通过优化UHPC基体的材料配制比例，镀铜直纤维与UHPC的最大等效粘结应力可达到22 MPa，纤维的最大拉应力可达到1 840 MPa，拉出所需要的能耗为71 J・mm-2，其粘结强度、纤维最大应力和拉出耗能分别为HSC的7倍、4倍和20倍；此外，UHPC的拉拔荷载位移曲线达到最大荷载后没有出现像HSC曲线的突然下降现象，表明UHPC与纤维的摩擦因数更大，其密实性较HSC更好[102]。文献[103]中研究镀铜直纤维、变形纤维（弯勾纤维和扭转纤维）物理化学界面的粘结性能，变形纤维的粘结强度47 MPa是直纤维的5倍。通过优化UHPFRC的配合比，直纤维的粘结强度可以从10 MPa提高到20 MPa。硅灰对粘结性能有利，最优的硅灰水泥比为20%～30%，当硅灰水泥比为30%时，其粘结强度可提高14%[104]。文献[105]中认为，掺入质量分数为3%的钢纤维，其抗压强度、弹性模量、收缩性能和界面性能最好，并给出了粘结应力滑移模型。4材料性能研究

4.1拉、压强度等基本力学性能

在强度等力学性能方面，主要研究内容有抗压强度、抗拉强度、韧性、弹性模量和应力应变曲线、极限应变、泊松比、平均断裂能、延性、热膨胀系数等，其中，抗压强度、抗拉强度是UHPC最基本的力学性能，已开展了大量的研究。

在材料性能的测试方面，与普通混凝土和高强混凝土一样，UHPC也存在着尺寸效应问题，因此如何根据其特点，制定统一的测试标准，已成为研究的主要内容。由于UHPC基体组成材料的最大粒径不超过1 mm，因此除了一般混凝土测试方法外，研究人员还采用了砂浆或胶砂的测试方法。中国学者常采用边长为150 mm（混凝土标准试件）、100 mm（混凝土非标准试件）、70.7 mm（建筑砂浆试件）和40 mm（胶砂试件）等立方体试件和尺寸为150 mm×150 mm×300 mm和100 mm×100 mm×300 mm等棱柱体试件[106112]；国外研究人员常采用Φ76×153，Φ100×200，Φ90×180等圆柱体试件[12，109111]。文献[110]中的研究结果表明，如果不掺入纤维，RPC的尺寸效应与普通混凝土或高性能混凝土大致相同，但是如果掺入纤维，RPC的尺寸效应变得明显。文献[112]中认为，与掺入纤维的UHPFRC相比，不掺入纤维的UHPC抗压强度的变异系数较大。总的来说，小尺寸试件所测的强度要大于大尺寸试件，但是各尺寸试件所测强度之间的比值，目前还没有统一的结论。

文献[108]中认为，边长分别为70.7 mm和40 mm的试件对应的是建筑砂浆和水泥胶砂试件规格和测试方法，与现有普通混凝土或高强混凝土的测试方法之间存在一定的差异，不应作为RPC抗压强度的测试试件。鉴于一般检测机构或实验室的压力机能力，文献[17]，[106]，[108]中均建议采用边长为100 mm的RPC立方体试块为标准测试试件。根据不同形状试件的测试结果可知，立方体试件的抗压强度大于棱柱体的抗压强度，文献[108]中汇总了65个试验样本，得出二者之间的比值为0.87，略高于《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）[113]中规定的高强混凝土C80的二者比值0.82。

目前混凝土抗拉强度主要的测试方法有轴拉试验、劈裂试验和抗折试验3种。由于混凝土材料的抗压强度高，抗拉强度低，且抗拉强度测试难度较大，在结构中发挥的作用较小，因此抗拉强度的测试并没有得到重视，各种测试结果之间的关系以及工程中的应用标准还不统一。虽然UHPC的拉压比与普通混凝土的拉压比相差不大，但是其抗拉强度绝对值已达到10 MPa或更高，在结构受力中能发挥一定的作用，因此，UHPC的抗拉强度研究受到了重视。UHPC的抗拉强度测试方法，基本沿用了普通混凝土的3种测试方法，研究结果表明，同普通混凝土一样，UHPC测得的抗拉强度从高到低依次为轴拉强度、劈拉强度以及弯拉强度，但是对于各种测试结果之间的比值量化关系，目前为止还没有公认的定论[12，91，100，108]。

除抗压强度、抗拉强度外，许多研究者对UHPC的其他材性进行了综合性的研究。美国联邦公路局[12]和美国密歇根州交通技术研究院[13]对UHPC的强度、耐久性、长期性能等力学性能进行了较为系统的研究，为其在美国桥梁工程中的应用奠定了理论基础。文献[114]中研究了RPC200的棱柱体抗压强度、立方体抗压强度、劈拉强度、弹性模量、峰值应变、泊松比等参数，并建立了弹性模量和峰值应变的拟合公式。文献[115]中采用超声波技术来测定UHPC的弹性模量和泊松比。文献[110]中认为，ACI公式可以预测UHPC的弹性模量。

Fehling等[116]研究了不同钢纤维掺量UHPC的受压应力应变曲线，认为不掺入钢纤维UHPC受压破坏时呈现爆炸性，无曲线下降段；掺入钢纤维UHPC的应力应变曲线则存在明显的下降段，但是随着钢纤维掺量和分布的不同，曲线下降段的斜率不同。对于应力应变曲线的上升段，不同养护方式所对应的系数也是不一样的[110]。Prabha等[109]通过MTS测得不同钢纤维种类和掺量RPC的单轴受压应力应变全曲线，认为RPC的应力应变曲线上升段近似呈直线，下降段的形状则取决于钢纤维含量和种类。纤维的形状（光滑、弯钩、扭转）对抗拉强度、峰值应变和耗能能力的影响较小，而纤维的体积掺量起决定性的作用；光滑纤维与UHPC基体的粘结强度高，所以未必需要弯钩和扭转的纤维[117]。Fujikake等[118]采用伺服控制试验机，研究了不同应变率对RPC受拉应力应变全曲线的影响。结果表明，初裂抗拉强度和极限抗拉强度都随着加载速率的提高而增加。

文献[119]中对抗拉和抗压本构关系测试方法进行了改进，研究发现，钢纤维对抗拉强度提高明显，但是对抗压强度和弹性模量提高不明显。文献[120]，[121]中由弯曲试验采用反向分析方法来量化UHPFRC的受拉应力应变关系，并将计算结果与直拉试验结果（DTTs）进行了比较，发现峰值应力和对应的应变略微偏大。

Liang等[31，33，108]研究了不同砂胶比、水胶比、钢纤维掺量对RPC强度的影响。结果表明：随砂胶比的增大，RPC的抗折强度、抗压强度均减小；随水胶比的增大，RPC的抗折强度增大，但是抗压强度在水胶比为0.18时达到最大值；随钢纤维掺量的增大，RPC的轴拉强度、劈拉强度和抗折强度均增大，但是抗压强度在钢纤维掺量2%时达到最大值。

4.2体积稳定性

收缩、徐变等体积稳定性是RPC长期性能研究的主要内容[1213，122124]。研究结果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽养护的RPC收缩和徐变均减小，收缩的速度较普通混凝土快，在24 h内可完成总收缩量的1/2，这有利于预应力RPC构件工厂化生产时生产效率的提高；随着水灰比和高效减水剂掺量的增加，RPC收缩增大[125]。对于温度20 ℃、相对湿度50%下养护的RPC，标准试件（75 mm×75 mm×280 mm）1 d的总收缩为377×10-6，7 d的总收缩为488×10-6，其早期收缩占总收缩的77%；与标准试件相比，小试件（25 mm×25 mm×280 mm）的总收缩较大[126]。

在RPC中掺入SAP（Superabsorbent Polymer）和SRA（Shrinkagereducing Admixture）可使RPC的自收缩降低[127]。在阻止水蒸发方面，采用石蜡效果比较好。在凝结时间试验中，当抗穿透压力为1.5 MPa时，UHPC的应力开始发展，这个时间比初凝时间早0.6 h，该时间被定义为零应力点；自收缩应变比总应变大，15 d时为6.13×10-4。超声波技术可用于测量其早期抗拉强度和弹性模量[128]。文献[129]中认为：零应力点是浇注后6 h；从6～15 h，自收缩应变为5.77×10-4；由于自干燥，30 d时，自收缩应变为7.53×10-4；因为玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的刚度最低，只有普通钢筋的1/4，采用GFRP的自收缩应力只有采用普通钢筋变形的66.5%～70.1%；钢筋表面特性对自收缩影响不大。文献[130]中认为，掺入纤维可以减少SRA从UHPC中的渗出，减少早期收缩，从而提高UHPC的抗裂性。高温养护加速了水化和自干燥过程，所以UHPC自收缩增加[131]。

对于预测长期性能来说，采用拉伸徐变比抗拉强度更合适，因为拉伸徐变更为敏感且重要。热处理和钢纤维对拉伸徐变性能的影响较大，由于纤维基体界面在热处理下变得致密，短直钢纤维能降低UHPC的拉伸徐变[132]。对于徐变，虽然徐变系数较小，但是由于材料的强度提高，早龄期加载产生的徐变变形还是相当可观的，因此，工程应用中应尽可能地采用晚龄期加载。

4.3耐久性

对于RPC的耐久性研究，其主要集中在抗除冰盐腐蚀、抗氯离子渗透能力以及抗冻融循环能力等方面[1213，133136]。

大量的研究均表明：RPC具有非常致密的细观结构和很强的抗渗透能力以及很好的抗冻融循环能力[137]；UHPC的耐水性比普通混凝土好（以渗出的钙为指标）[138]，UHPC具有很好的水密性和愈合裂缝的能力[139]，UHPC耐硫酸盐、氯盐，但是不耐高浓度硫酸[140]。文献[141]中指出：UHPC的抗弯强度是抗压强度的16%～18%；将冻融循环1 098次构件与放置于20 ℃的水中养护1年的构件相比，其抗压强度和弹性模量反而增加。文献[142]中指出，气体渗透法比孔结构能更准确评价UHPFRC的耐久性；UHPFRC的耐久性较普通混凝土和砂浆好。

4.4其他性能

研究人员对UHPC的其他性能也开展了研究，如高温、抗爆抗冲击、粘结性能等。

UHPC立方体抗压强度在温度达到100 ℃时开始下降，在200 ℃～500 ℃之间时增加，温度超过600 ℃后又开始下降。当温度低于300 ℃时，UHPC立方体抗压强度随着纤维掺量的增加而增加，但是当温度高于300 ℃时，UHPC立方体抗压强度随着纤维掺量的增加而降低。UHPC立方体抗拉强度在200 ℃时开始下降，在200 ℃～300 ℃之间时增加，温度超过300 ℃后又开始下降。当温度低于600 ℃时，UHPC立方体抗拉强度随着纤维掺量的增加而增加，但是当温度高于600 ℃时，UHPC立方体抗拉强度随着纤维掺量的增加而降低。在火灾环境下，UHPC抗拉强度降低速度比其抗压强度快，UHPC强度降低速度和质量损失率低于普通混凝土和高性能混凝土[143145]。在UHPC中复掺钢纤维和聚丙烯纤维，聚丙烯纤维在高温下融化后，为蒸汽提供逸出通道，提高了UHPC的抗火性能，但是其效果不如高强混凝土和高性能混凝土[146]。

UHPC抗爆性优于普通混凝土[147]，穿透深度小于C30混凝土的1/2[148]，钢纤维可避免它在动荷载下产生粉碎性破坏[149150]。Lai等[151]建立了受冲击后RPC的本构关系，并模拟了其冲击破坏过程。Tai[152]建立了动能量耗能能力与高应变率、钢纤维含量之间的关系。文献[153]中研究了弯曲荷载和剪切荷载下的UHPC动力特性，给出了动力增长系数的变化规律。文献[154]中的研究发现，UHPC在动载下的抗压强度、劈拉强度对应变率和应力率很敏感。文献[155]中采用离散元编制并验证了模拟弹体侵彻的程序CORTUF。

UHPC的粘结性能包括它与钢筋的粘结性能和它与其他混凝土的粘结性能。文献[156]，[157]中研究了光圆钢筋与RPC的粘结性能。文献[158]中研究了高强钢筋与RPC的粘结性能，结果表明，与普通混凝土相比，高强钢筋与RPC的荷载滑移曲线上升段较陡，下降段平缓或有回升。文献[159]中研究了碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）筋与UHPFRC的粘结，发现光圆CFRP筋的粘结强度与磨砂CFRP筋的相差不多；随着CFRP筋直径和锚固长度的增大，粘结强度降低，破坏发生在CFRP筋外层。此外，有些学者还研究了RPC的断裂性能[96]、抗裂评价方法[160]、疲劳损伤[161]等。5工程应用研究

5.1基本构件的受力性能

配筋RPC梁和预应力RPC梁受力性能的研究，主要集中在RPC较高的抗拉能力对结构正截面和斜截面抗裂性能与极限承载力影响的分析上，研究结果表明，在设计计算中应以充分考虑RPC材料优良的抗拉能力[162172]。与普通梁相比，UHPFRC梁具有更好的极限荷载、刚度和抗裂性能[171]。浇注UHPC方法不同，即从梁的中间部位开始浇注和从梁的端部开始浇注，钢纤维的方向不同，UHPC梁的抗弯性能也不同[172]。文献[173]中研究了UHPC梁的扭转性能，发现随着配箍率的增加，极限扭转强度和扭转刚度增加，且极限扭转强度随着纵筋配筋率的增加而增加。

与配普通钢筋相比，采用高强钢筋的UHPC梁具有较好的延性和较高的富余承载力[174]。在梁中采用UHPC作为受拉钢筋，可承担30 MPa的弯曲拉伸强度，且没有任何滑移现象，梁具有较好的延性[175]。与没有钢骨的UHPC梁相比，预应力钢骨UHPC梁具有较高的富余抗剪承载力、裂后刚度以及较好的剪切延性[176]。

对UHPC梁板的抗冲击能力也进行了研究，在没有箍筋情况下，冲击荷载作用下的RPC梁产生很多细小的裂缝，发生延性的弯曲破坏[177]。在RPC梁中，加载速度的增加将使其极限荷载、荷载位移曲线下降段的斜率和极限挠度得到提高[178]。文献[179]中研究了UHPFRC在冲击荷载和静力荷载下的反应；在冲击荷载下，板的强度和断裂能远大于静力荷载时的。文献[180]中对UHPFRC板在冲击荷载下的性能进行了数值模拟，在该模型中考虑了UHPFRC的应变软化，并进行了参数分析。文献[181]中比较了普通混凝土柱和UHPC柱在冲击荷载下的性能，并进行了仿真分析。

第4篇：钢纤维混凝土技术论文范文

论文摘要：随着人们对建筑质量的要求越高，也越来越重视建筑工程中的腐蚀现象。由于多种因素，在建筑工程中，腐蚀无所不在。本文就腐蚀混凝土结构的因素进行分析，进一步指出预防腐蚀混凝土结构的处理办法。

1 腐蚀混凝土结构的因素：

1.1 素混凝土结构

素混凝土的基本组成材料是水泥、砂、石和水。影响素混凝土结构的耐久性的主要因素为碱-集料的反应（混凝土中碱含量超标，暴露在水或潮湿环境使用时，其中的碱与碱活性集料间发生反应，引起膨胀）。

1.2 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体，它的腐蚀形态可分为两种：一是由混凝土的耐久性不足，其本身被破坏，同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏；二是混凝土本身并未腐蚀，但由于外部介质的作用，导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子，从而使钢筋表面的钝化作用丧失，引起钢筋的锈蚀。从化学成分来看，钢筋的锈蚀物一般为Fe（OH）3、Fe（OH）2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等，其体积比原金属体积增大2～4倍。由于铁锈膨胀，对混凝土保护层产生巨大的辐射压力，其数值可达30MPa（大于混凝土的抗拉极限强度）使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝（俗称顺筋裂缝）。这些裂缝进一步成为腐蚀性介质渗入钢筋的通道，加速了钢筋的腐蚀。钢筋在顺缝中的腐蚀速度往往要比裸露情况快，等到混凝土表面的裂缝开展到一定程度，混凝土保护层则开始剥落，最终使构件丧失承载能力。

影响混凝土中性化（包括碳化）速度的因素很多，但主要的因素是混凝土的密实度，即抗渗性能。混凝土愈密实，即抗渗性能愈高，则外界的气体只能作用于混凝土表面，向内部渗透比较困难。影响混凝土密实度的主要因素是混凝土的水灰比和单位水泥用量。水泥品种对混凝土的中性化速度有一定的影响；不同品种的水泥，因其掺合料的品种及含量不同，水解时生成的碱性物质数量不同，使混凝土的中性化速度也就不同了。

普通硅酸盐水泥的熟料含量多，掺合料的含量一般不大于15%，其碱度比其它品种的水泥高，中性化速度相对的要慢。火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，由于掺合料中的活性氧化硅与水泥熟料中水解时产生的氢氧化钙结合，从而降低了混凝土孔隙中的液相碱度，加快了碳化或中性化的速度。

1.3 预应力混凝土结构

预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构的腐蚀类型外，由于采用高强度钢筋和钢筋在高应力条件下工作，所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆。

1.3.1 应力腐蚀

应力腐蚀是钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成的脆性断裂。这种破坏与单纯的机械应力破坏不同，它可以在较低的拉应力作用下破坏；这种破坏又与单纯的电化学腐蚀破坏不同，它可以在腐蚀性介质很弱的情况下而破坏。

腐蚀性介质与钢筋作用，在钢筋表面形成一个大小不等弥散分布的腐蚀坑后，每个腐蚀坑相当于一个缺口，钢筋在拉应力的作用下，形成应力的不均匀分布和应力集中，在缺口的边缘，当钢筋平均应力不高时，其集中的应力即可达到断裂应力的水平，而引起钢筋的断裂。由于缺口的存在，形成了拉应力三轴不相等状态，阻碍了钢筋塑性变形的开展，使塑性变形性能在钢筋断裂前不能充分发挥出来，延伸率、冷弯等塑性指标均有明显下降。预应力钢筋的腐蚀是拉应力与腐蚀性介质共同作用的结果，腐蚀因素对钢筋断裂的最初形成起主要作用，而拉应力则促进了腐蚀的发展。

1.3.2 氢脆

氢脆是预应力钢筋在酸性与微碱性的介质中发生脆性断裂的另一中类型。氢脆与应力腐蚀的机理完全不同。应力腐蚀发生在钢筋的阳极，而氢脆发生在钢筋的阴极区域。氢脆是由于钢筋吸收了原子氢，而使其变脆，所以称为氢脆。钢筋在腐蚀过程中，表面可能有少量氢气产生，在通常情况下，生成的原子氢会迅速结成分子氢，在常温下是无害的，但当这一过程受到阻碍时，氢原子就会向钢筋内部扩散而被吸收到金属内部的晶格中去，如果钢筋内部有缺陷存在，氢原子很可能重新结合成为氢分子。氢分子的生成产生很大的压力，出现“鼓泡”现象。使钢筋变脆。产生氢脆的钢筋在受到超过临界值的拉力作用时，便会发生断裂。硫化氢是能引起预应力钢筋氢脆的介质之一。

1.4 纤维混凝土结构

纤维混凝土的腐蚀机理与普通混凝土基本相同，但纤维的直径较细，且均匀分布，其耐久性相对普通混凝土要强一些。开裂的纤维混凝土构件在潮湿的环境下，裂缝处的混凝土碳化后，碳化区的钢纤维开始锈蚀。有研究表面，钢纤维混凝土中钢筋的锈蚀较普通混凝土钢筋的锈蚀减轻，其原因除了钢纤维阻裂作用的影响外，还在于细小纤维在混凝土中乱向均匀分布，从而改变了钢筋电化学锈蚀的离子分布状态，阻止了钢筋的锈蚀。

1.5 轻骨料混凝土结构及加气混凝土

轻骨料混凝土的腐蚀机理与类型基本与普通混凝土相同，由于大多数轻骨料抵抗气体扩散能力较低，腐蚀性气体较易渗入内部，因此必须控制轻骨料混凝土的密实度。

加气混凝土的显气孔较多，不致密，吸水率高，碳化速度较快，在正常使用条件下尚需对钢筋进行表面涂覆保护层，而且加气混凝土表面气孔多，不容易进行保护，所以在腐蚀环境下不宜使用加气混凝土。

2 预防混凝土结构腐蚀的办法

对混凝土结构腐蚀预防应针对其不同的结构组成制定不同的办法。

2.1 原材料的选择

2.1.1 水泥

水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料。水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蚀，水泥砂浆和混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物质组份不同，因而它们对各种腐蚀性介质的耐蚀性就有差异。正确选用水泥品种，对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义

2.1.2 粗、细集料

发生碱-集料反应的必要条件是碱、活性集料和水。粗、细集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。集料与水泥石接触的界面状态对混凝土的耐蚀性有一定影响。

混凝土中所采用粗细集料，应保证致密，同时控制材料的吸水率以及其它杂质的含量，确保材质状况。

2.1.3 拌合及养护用水

混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。

海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。

2.1.4 外加剂

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性质的物质。

混凝土外加剂的范围很广，品种很多，我国外加剂的品种目前已超过百种，其中包括减水剂、早强剂、加气剂、膨胀剂、速凝剂、缓凝剂、消泡剂、阻锈剂、密实剂、抗冻剂等。

在建筑防腐工程中，外加剂的使用主要是为了提高混凝土密实性或对钢筋的阻锈能力，从而提高混凝土结构的耐久性。实践证明，采用加入外加剂的方法，可以在一定范围内达到提高混凝土结构的耐腐蚀能力，是一种经济而有效的技术措施。

但由于外加剂的化学组成，来自外加剂中的氯盐可能使混凝土结构中的钢筋脱钝，给结构物带来隐患。在进行外加剂选择时需对其中氯盐的含量进行检测，并做相关实验。

2.2 防腐混凝土的配合比设计

为提高混凝土的密实性和抗中性化能力，混凝土的强度等级宜大于或等于C25。受氯离子腐蚀或其它大气腐蚀时，钢筋混凝土构件中可掺入钢筋阻绣剂。对于预应力混凝土结构，其混凝土强度等级不小于C35，后张法预应力混凝土构件应整体制作，不得采用块体拼装的构件。

混凝土配合比的设计，应按以下两种情况进行：一是按设计要求的强度（即按正常要求的强度）进行配合比设计；二是按密实度的要求（即按最大水灰比和最小水泥用量的要求）进行配合比设计，但强度等级往往大于前者。腐蚀环境中的混凝土配合比设计，必须取用上述两种情况中强度等级的较高者。

第5篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键词：公路养护，沥青路面，破碎技术，应用研究

 

0.引言

水泥路面和沥青路面是目前最为常见的路面形式，这两种路面结构形式各有优缺点，因此在实际应用中都大量采用，对它们的结构选择也时有争论。从洛阳地区来看，全市13000多公里的公路中，沥青路面和水泥路面几乎平均各占一半，但从高等级公路和行政等级较高的国省道干线公路来看，采用沥青路面的比例明显提高。沥青路面由于其投资相对较省、养护便捷、行车舒适等特点越来越得到更多的应用和重视。因此在公路养护中，水泥路面如何被更好的改造成沥青路面也成为我们关注的热点，该问题的关键是如何解决水泥路面引起的反射裂缝问题。

本文首先介绍了目前比较常用的几种水泥改沥青路面方法，然后着重就多锤头破碎技术在水泥改沥青路面中的应用技术进行介绍，以及在洛阳地区公路养护中的应用情况。论文参考网。

1.水泥改沥青路面的几种常见的方法

水泥改沥青路面一般有三类方法，一是采用挖除原水泥板块后按照常规的沥青路面施工方法，路基处理后加铺基层再做沥青面层；二是在原水泥路面的基础上先处理好反射裂缝直接沥青面层，反射裂缝一般采用铺纤维布或者加铺碎石层等；三是采用碎石化技术，在原有的水泥路面破碎后，在其破碎后的表面直接铺筑沥青路面。这三类方法在我们的公路养护过程中都曾应用过，从应用情况来看，碎石化技术的质量效果、经济成本、施工便捷和不提高路面便于政策处理等方面优势明显。论文参考网。下面就简单介绍以下在洛阳地区应用比较多的碎石化技术中的一种一多锤头破碎技术。

2.多锤头破碎技术应用

近几年来，多锤头破碎技术在洛阳地区公路养护进行了大量实践，在洛阳地区是2003年开始，从实施完成的路段，经过2-3年的使用，效果还是比较好的，几乎没有出现明显的病害，反射裂缝得到有效控制。根据我们的应用和有关要求，破碎后加铺的沥青路面一般要求15厘米以上（最少要求12厘米以上）。我们采用的路面结构形式为原水泥路面破碎后下灌3-3.5kg/m2乳化沥青，直接加铺15厘米的沥青混凝土路面。

2.1设备及破碎前的准备工作

（1）碎石化技术采用的设备主要包括多锤头破碎机(MHB-15)，压实设备（Z型钢轮压路机，振动钢轮压路机）。

（2）碎石化前的准备工作

主要包括清除存在的HMA面层，隐蔽构造物的调查与标记，与桥梁连接段的路面，交通管制。

2.2碎石化的主要工艺流程

破碎试验路段一试坑检查一确定破碎工艺控制一破碎施工-

Z型压路机压实一光轮压路机压实一交路面施工

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颗粒（肉眼观测）表面最大尺寸不超过7.5厘米，中间不超过22.5厘米，底部不超过37.5厘米。若破碎后的块径超过最大尺寸，应该用其他合适的方法进行再破碎或清除，然后用密级配的破碎粒料替换并压实到规范要求。

（2）原来挖补的部分有许多是超厚的，对于这些部分，破碎尺寸达到正常厚度板的中间层22.5厘米且裂缝间距小于45Cm时被认为是合适的。

（3）破碎时最好是从混凝土路面的高处向低处破碎，以避免摊铺沥青混凝土后影响排水。

（4）与相邻车道的连接：破碎一个车道的过程中实际破碎宽度应超过一个车道，与相邻车道搭接一部分，宽度至少是15厘米。

（5）清除原有填缝料：在铺筑HMA以前所有松散的填缝料、涨缝材料或其他类似物应进行清除。

（6）凹处回填：不应修整破碎后混凝土路面或试图平整路面以提高线形，这样将破坏混凝土路面碎石化以后的效果。在压实前发现的5厘米的凹地应用密级配碎石粒料回填并压实。

（7）破碎混凝土路面的养护：除了指定的用于开放横穿交通的区域外，破碎后的混凝土路面的任何路段均不得开放交通（包括不必要的施工运输）。

2.4碎石化技术对沥青路面施工的要求

（1）撒布乳化沥青透层油：破碎并压实后，建议散布50%慢裂乳化沥青透层油。根据路况，一般建议撒布量为3 Kg/m2左右。破乳并撤布一薄层石屑后，用光轮压路机静压两遍。论文参考网。

（2）摊铺的时间要求：摊铺应在透层稳固后进行，除非天气允许或监理工程师另有批准，在混凝土破碎和摊铺HMA底层之间的最长间隔时间不宜超过48小时。

（3）HMA罩面之前破碎混凝土路面的压实。

在HMA罩面铺设之前，重新进行压实，振动压实2遍，由罩面施工造成的混凝土路面扰动，也应在摊铺之前进行再压实，或改变罩面程序以减少对混凝土路面的扰动。

（4）破碎后混凝土路面的扰动：施工车辆的通行次数和载重量应降低到最小程度。

3.应用过程的几点思考

水泥改沥青路面有许多方法，都有各自的优缺点和适用的范围，在选择方案时要根据实际情况进行比较。多锤头破碎技术是碎石化技术的一种方案之一。碎石化技术在水泥改沥青路面中具有大大缩短施工时间，节约路基材料同时解决碎块垃圾的处理问题。在我们的应用过程中也有以下几点体会：

一是重点要确保水泥破碎后的碎石尺寸的控制，以利破碎的水泥块之间相互齿合，并且裂纹纹路要避免与路面垂直，以达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，要重视试验路段的选择和控制。

二是采用沥青路面很重要的考虑因素就是重视防水，特别是对于洛阳等雨水比较多的地区，碎石化前安排好排水处理系统。

三是一定要重视交通管制工作。由于采用多锤头破碎技术一个很重要的原因就是考虑该路段交通流量大，边施工边通车，不能长时间封闭交通，但在施工过程中还是要保证一定的时间封闭交通，确保在沥青面层未完成前，不要有车辆驶入。

四是原路面情况调查和病害处理。多锤头的MHB破碎机工作时的影响深度一般在80厘米，侧向影响不超过深度值，不会对其影响范围外的建筑造成结构上的破坏，但要调查原路面情况，既要保证水泥混凝土板块的均匀破碎，又要避免对该层以下的路基及路基下可能存在的设施和结构以及周边设施的任何冲击和损害。同时处理好原路面较严重的病害，使基层结构的承载力基本均匀。

五是路面的压平和新沥青路面铺筑工艺也会影响应用多锤头破碎技术修复的公路质量。因为是直接在破碎后的水泥路面上铺筑沥青路面，由于破碎的路面不平整性也会影响沥青路面的平整度的质量效果，一般都有下封层和沥青调整层，但沥青面层的压实和铺筑工艺要求更高。

【参考文献】

[1]周志刚.交通荷载下沥青类路面疲劳损伤开裂研究[D].中南大学,2003.

[2]刘悦.旧水泥混凝土路面沥青加铺层温度应力分析[D].长安大学,2000.

[3]李中秋.水泥混凝土路面维修技术研究[D].河北工业大学,2002.

[4]马华堂.纤维混凝土的力学性能及其在路面工程中的应用[D].大连理工大学,2002.

[5]陈峙峰.旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计及其应用技术研究[D].大连理工大学,2003.

[6]张永清.高等级公路基础设施技术保障对策研究[D].长安大学,2002.

[7]管新建.钢纤维混凝土的力学性能及路面工程应用研究[D].郑州大学,2003.

[8]刘丹.水泥混凝土路面接缝及结构优化研究[D].武汉理工大学,2003.

第6篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键词：高层结构抗震，抗震规范，高层抗震注意问题，纤维增强混凝土

1引言

地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害，它对人类社会的危害首先是引起建筑物的破坏或倒塌，导致严重的人身伤亡和财产损失；其次是引起火灾、水灾等次生灾害，破坏人类社会赖以生存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。近十年来，地壳运动进入活跃期，世界各地都爆发了不同程度的地震，而我国更是世界上大陆地震最多的国家之一，20世纪以来，全球发生7级以上地震1200余次，其中十分之一在我国。例如，1976年7月28日的唐山7.8级地震，2008年5月12日的汶川8.0级地震，2010年4月14日的玉树地震，都给人们的生命财产安全带来巨大的损失。同时，由于地震破坏的后果严重，我国抗震规范在2008年与2010年都进行了不同程度的修正，目的是加强建筑结构的安全性。因此，为保障地震作用下人们的生命财产损失降至最低，有必要对建筑物的抗震设计进行研究，本文就高层结构的一些常用抗震设计方法进行了讨论。

2结构抗震设计方法的发展

结构抗震设计方法的发展历史是人们对地震作用和结构抗震设计能力认识不断深化的过程，对结构抗震设计方法发展历史进行回顾，有助于对结构抗震设计原理的认识，

结构抗震设计方法经历了静力法、反应谱法、延性设计法、能力设计法、给予能量平衡的极限设计方法、基于损伤设计方法和近年来正在发疹的基于性能/位移设计法几个阶段[1]。这些抗震设计方法在发展阶段相互交错与渗透，对齐进行系统化整理，结构抗震设计方法可以分为以下几类[2]：

基于承载力设计方法

基于承载力和构造保证延性设计方法

基于损伤和能量设计方法

能力设计法

基于性能/位移设计方法

根据清华大学叶列平教授的研究，第（5）种方法在结构抗震设计中较前几种方法优点更为突出，并且在各国规范中应用最广泛。

3高层抗震设计的设防目标

长期的地震观测表明，在同一地区不同强度地震的重现期是不同的。强度小的地震重现期，一般10~50年左右发生一次，即所谓频遇地震或“小震”；强度较大的地震，重现期较长，一般100~500年发生一次，即所谓偶遇地震或“中震”；而强度特别大的强烈地震，重现期一般为数千年，即所谓罕遇地震或“大震”。

高层建筑的使用寿命一般为50~100年，高层住宅的寿命更短，因此要求结构在“大震”作用下不破坏显然四不合适和不经济的。这就提出了对于不同强度地震的重现期，结构应具有不同的抗震性能，即所谓抗震设防目标。目前国际上公认的较为合理的抗震设防目标是：

（1）在频遇地震作用下，结构地震反应应处于弹性阶段，结构无损坏或轻微破坏，且结构变形很小，不会导致非结构构件的破坏，震后可无条件继续使用；

（2）在偶遇地震作用下，结构和非结构构件损伤在一定限度内，震后经修复可继续使用；

（3）在罕遇地震作用下，结构不产生倒塌，非结构构件无脱落或落下，保证人身安全，

上述抗震设防目标与我国抗震设计规范中的“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”是一个含义。现在的问题是这种单一的抗震设防目标已不能适应现代工程结构对抗震性能的需求。许多重要建筑对大震作用下的性能要求也不再是不倒塌，而是应满足一定性能指标要求，以保证其仍具有一定的建筑功能和使用功能，这即是基于性能抗震设计方法研究的目的。

高层抗震设计方法的几点讨论

4.1遵循建筑抗震设计规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件。它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然收抗震有关科学理论的引导，向技术经验合理性的方向发展，但它更是具有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位。正是基于这种认识，现代规范的条文有的被列为强制性条文，有的条文中应用了“严禁、不得、不许、不宜”等体现不同程度限制性和“必须、应该、宜于、可以”等体现不同程度灵活性的用词。任何结构的抗震设计都必须以抗震规范为基础，按其规定条文执行。

4.2高层建筑抗震设计应注意的问题

高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类型、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系，高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制，在设计过程中应注意以下几点：

应当注意抗震缝的设计，必须留有足够的防震缝宽度；

平面形状和刚度不对称，会是建筑物产生显著的扭转、震害严重，设计中应避免这种情况，不能避免时应对抗震薄弱处进行加强；

凸出屋面的塔楼受高振型的影响，产生显著的鞭梢效应，破坏严重，设计中加以注意；

高层部分和底层部分之间的连接构造是否合理；

框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不够等容易导致剪切破坏或柱头压碎；

沿竖向楼层质量与刚度变化太大容易导致楼层变形过分集中而产生破坏；

地基的稳定性尤为重要；

伸缩缝和沉降缝宽度过小（W昂王与防震缝一切三缝合一）使得碰撞破坏很多；

不应在建筑物端部设置楼梯间，楼板有大洞口会因刚度不均匀而产生扭转；

中间部分楼层柱子截面和材料改变或取消部分剪力墙，都会产生刚度或承载力的突变，形成结构薄弱层。

4.3采用纤维增强混凝土

对于高层建筑，混凝土材料由于其自身缺陷，地震作用下易于发生脆性破坏，引起结构损伤，因此从建筑材料角度分析，可以在某些关键部位采用韧性材料代替混凝土提高整体结构的吸收能量能力与抗震能力。抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧性特征，例如，木材、轻钢、型钢、钢筋混凝土、复合材料等都可以从某些方面达到抗震目的。而在我国，森林覆盖面积少，人居木材占有量少，而钢材成本较高，这些材料的使用都有相当的局限性。而在钢筋混凝土结构的关键部位采用一些韧性较高、延性较好、抗性强度高的纤维增强混凝土对提高结构的抗震性能具有非常明显的作用[3]。目前，我国的纤维增强混凝土种类繁多，例如，钢纤维混凝土、聚丙烯增强混凝土、聚合物增强砂浆、超高韧性水泥基复合材料等，这些材料的研究与发展对高层结构的抗震也起着重要作用。

结束语

本文在回顾结构抗震设计方法发展历史的基础上，探究了高层结构的抗震设防标准，并讨论文高层抗震设计中应该注意的问题。高层抗震是个很复杂的课题，涉及的考虑因素众多，由于笔者参加工作时间较短，相关工程经验较少，本文仅提供一般性的参考，如有不到之处，敬请指正。

参考文献

白绍良. 对新西兰、欧共体、美国、日本和中国规范钢筋混凝土结构抗震条文的初步对比分析. 重庆大学, 2000.

小古俊介, 叶列平. 日本基于性能结构抗震设计方法的发展. 建筑结构, 2000年第6期.

Parra-Montesinos G.. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites: an Alternative for Seismic Design of Structures. ACI Structural Journal, 2005, 102(5):668-675.

第7篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键词:铁路 隧道 溶洞 处理

        0 引言

        某隧道为云南省某新建单线铁路隧道，全长8435m，设计行车速度为120km/h。该隧道位于云贵高原边缘与横断山脉交接的大理、丽江地区，地势东高西低，北高南低，山脉和水系多呈南北向展布。属溶蚀、剥蚀构造中山、低中山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全，沉积类型繁多，其间岩浆活动剧烈，岩浆岩规模巨大。沉积岩、早期火成岩因受高温高压动力变质作用普遍有不同程度的变质。测区构造复杂，断裂、褶皱发育，致使岩体节理发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、错落体、危岩落石、泥石流、岩溶、岩堆。水文地质条件复杂，地表水、地下水发育不均，部分地下水、地表水对混凝土具侵蚀性。

        1 溶洞的概况

        该隧道出口段施工至某里程时，掌子面围岩为Ⅲ级，岩性为灰岩、白云质灰岩，厚层状，岩层层理清晰，岩体完整。上半断面发育有一个溶洞，洞内充填块石、碎石夹黏土随爆破开挖自溶洞洞口涌出，涌出量于80m3，洞径约3.5米，块石直径为0.2～1.2m，最大块经3m，含泥量约占90%；有少量的浑浊的岩溶水沿洞壁流出。经在掌子面布设3个水平探孔探明，前方溶洞无水，充填物主要为块石、碎石及黏土等，判断为充填型溶洞。 

        2 隧道溶洞处理方案

        2.1 处理方案选择原则

        2.1.1 安全性。确保施工安全与运营安全，围岩累计变形量不大于10cm，衬砌完工后隧道不渗不漏。

        2.1.2 可操作性强。要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平，并尽可能降低施工难度。

        2.1.3 灵活性好。根据断面形状和尺寸，因地制宜地选择施工方案，而不局限于一种固定的模式，一旦一种方案不能实时或实时效果差时，能较好地转换为替代方案。

        2.1.4 具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同，能顺利地进行施工工艺、工序的转换。

        2.1.5 经济性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。

        2.2 处理施工方案 首先保留并加固坍塌体，防止坍方扩大，然后施做套拱和超前大管棚，保证正洞开挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌体，进入隧道正常开挖、支护工序，并对隧道基底进行注浆加固处理，增强隧底承载力；溶洞段通过后，进行拱部坍腔回填处理。

        处理顺序为：封闭掌子面施作套拱施作超前大管棚挖除坍塌体洞身开挖、支护边墙及基底加固处理坍塌溶腔回填处理。

        3 溶洞处理关键施工技术

        3.1 喷射混凝土封闭掌子面 在未探明前方地质情况之前，为防止前方出现涌水突泥情况发生，首先保留并加固坍塌体，依靠坍塌体的支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面，厚度为20cm，掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面作用，坍体暂不挖除。

        3.2 施作套拱和超前大管棚 为保证施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物，从而形成复合稳定的固结体，使周围地层的力学性质得到改变，稳定性能加强；管棚尾端设钢格栅混凝土套拱，前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用。

        首先在DK79+185位置施作导向墙。导向墙长1.5m，厚80cm，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用。在钢格栅加上焊接37根1.5m长φ127的无缝钢管作为导向管，间距及外插角同大管棚，完成后浇注C25模筑混凝土。大管棚共37根，每根长20m，外插角为5°，大管棚环向间距为0.3m，注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力为0.8～1.0Mpa。

        管棚钢管采用φ108无缝钢管，节长3m和6m两种，第一根钢管加工呈锥形，采用丝扣连接（丝扣长15cm，必须使用标准地质丝扣）。同一横断面内接头数量不超过50%，相邻钢管的接头相错量不小于1m，机械顶进。钢管前部四周钻注浆孔，孔径15mm，孔间距15～20cm，呈梅花型布置，钢管尾部留1.5m的止浆段不钻孔。

        3.3 洞身开挖及支护 注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长3～5m，开挖后立即施做初期支护结构，并采用喷射混凝土立即封闭掌子面。

第8篇：钢纤维混凝土技术论文范文

[关键词]混凝土碳化；影响因素；防治措施

[中图分类号]Tu528[文献标识码] A

目前在我国建筑材料行业领域中，对于建筑材料质量的评价指标名目繁多，而混凝土作为建筑行业中最为常见的建筑材料之一，混凝土的强度和耐久性是评价混凝土质量优劣的重要指标。在现行的国家规范和行业规范中，对于混凝土的强度指标有着详细而严格的试验方法和计算方法。强度不符合标准的混凝土，即为不合格，而混凝土的耐久性指标却没有像强度指标那样有严格的规定和要求。强度相同的混凝土，其耐久性因各种原因会千差万别，甚至差异巨大。抗碳化能力是衡量混凝土耐久性的重要指标，抗碳化能力差会直接影响建筑物的寿命，缩短其使用年限。本文在分析影响混凝土碳化因素后，提出几点延缓混凝土碳化的建议。

1混凝土碳化的机理与危害

在自然界中空气里包含的二氧化碳、二氧化硫等酸性气体，会与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土的PH值逐渐降低，混凝土逐步中性化，这个过程被称之为混凝土的碳化。众所周知，混凝土内部有很多细小的、并不完全贯通的毛细孔，空气中的酸性气体与混凝土毛细孔中以液态形式存储的氢氧化钙、水化硅酸钙等物质发生化学反应，使混凝土的PH值由12――13逐渐降低至8.5――9，这时的混凝土，被称为“已碳化”，或称为“碳酸盐化”。混凝土的碳化过程可用下列化学方程式表示：

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）

混凝土在碳化过程中，由于二氧化碳和氢氧化钙反应时释放出大量的水分会对碳化层表面产生一定的拉应力，会使混凝土表面出现细小的裂缝。同时在碳化过程中随着混凝土内部PH值逐渐降低，碳化的深度也会逐步扩展到混凝土内部，进而破坏钢筋的保护层，从而使钢筋发生锈蚀。一旦混凝土内部的钢筋发生锈蚀，钢筋的体积就会较原先的体积增大3――4倍，随着钢筋体积的增加，会使混凝土保护层沿钢筋敷设方向产生胀裂现象，甚至出现混凝土保护层成块脱落的严重后果。同时由于钢筋的锈蚀会导致其截面减小，从而降低了构件的承载能力，甚至可能会造成构件的整体失效。

2混凝土碳化的影响与研究

在实际工作中，混凝土自然碳化过程非常缓慢，试验周期长，为研究混凝土碳化带来许多不便，所以在现阶段对于混凝土碳化的研究大部分是在实验室模拟碳化环境下人工快速碳化的基础上进行的。然而自然碳化和人工快速碳化由于两者的碳化条件有着诸多不同，所以大家对两种碳化条件的差别和相关性都十分重视。在经过10年的自然碳化研究的基础上，对比人工快速研究，发现混凝土在两种碳化条件下，其碳化规律可以用公式Xc=表示。这个公式表明了人工碳化和自然碳化的内在联系，同时也证明了混凝土在自然条件下的碳化也是可以进行预测的。

混凝土的碳化是空气中的二氧化碳等酸性气体通过混凝土的孔隙与氢氧化钙进行中和反应，逐渐使混凝土碳酸盐化。所以在混凝土的碳化过程中，二氧化碳与混凝土接触的面积、与混凝土的反应速度等因素都直接影响混凝土的碳化速度。主表现在以下几个方面：

3防治混凝土碳化的措施

3.1根据建筑物本身设计使用环境的不同，应选择与之相适应的水泥品种和级别。在满足施工条件的前提下，应优先选择普通硅酸盐水泥。这是因为普通硅酸盐水泥成分中的熟料含量高，搀和量较低，碱度高于其他品种，所以其碳化速度相对较慢。其他品种的水泥，如矿渣硅酸盐漂水泥和粉煤灰硅酸盐水泥中的搀和料成分中含有的活性氧化硅与氢氧化钙反应，会降低混凝土的碱度，导致混凝土碳化速度的加快。

3.2配制混凝土时应选择材质密实，级配好的优质骨料，这样所形成的混凝土结构密实孔隙率小，增强了混凝土的耐久性。另外根据实验可知轻骨料的混凝土较其他混凝土碳化速度快，在拌制时需添加外加剂，如加气剂或引水剂等，以提高混凝土的密实性，进而减缓轻骨料混凝土的碳化速度。

3.3在防治混凝土碳化的措施中，适宜的温度、合理的养护、正确的方法都是影响混凝土碳化的因素。例如夏季施工时，应采用湿草袋等保水材料对混凝土进行覆盖保湿；冬季施工时，应采用保温材料对混凝土进行保温覆盖，避免养护不到位而引起的混凝土裂缝。

3.4根据不同的使用环境，混凝土的钢筋保护层可适当增加厚度，并且在混凝土外表面涂刷抗渗性和耐久性好的有机防渗材料，以阻滞二氧化碳等酸性气体的侵入。同时，对于重要的构件要定期检查，对于容易碰撞的部位要设置包角等防护措施。

综合以上论述，混凝土的碳化对于混凝土的耐久性有着巨大的影响，要想有效控制混凝土的碳化，作为工程技术人员，就要从工程设计、材料制作、具体施工等各个环节严加控制。应严格控制水灰比和选择合理的原材料，加强混凝土的日常养护，这样混凝土的碳化深度也就可以得到很好的控制。

参考文献：

[1]黄盛林.泵送混凝土的碳化实验研究[J].新余高专学报，2010，（10）：76-78.

[2]徐善华，牛荻涛，王庆霖.钢筋混凝土结构碳化耐久性分析[J].建筑技术开发，2002，（8）：16-18.

[3]刘丽芳，张国军，尚书利，陈建兵.粉煤灰对泵送混凝土碳化深度的影响[J].粉煤灰综合利用，2005，（6）：32-33.

第9篇：钢纤维混凝土技术论文范文

关键字：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

中图分类号： TU37 文献标识码：A 文章编码：

水泥混凝土路面具有承载能力大、刚度大、强度高、稳定性好、养护维修费用低等特点。如何修补好损坏的水泥混凝土路面，是摆在公路施工与养护工作者面前的一个严峻课题。先来分析水泥路面产生病害的原因：

一、水泥路面产生病害记产生原因

1.1表层类病害与成因

表层类病害的首要表现是路面的网裂、纹裂、板面起皮、坑洞。其原因是行车荷载反复用力、施工抹面不均匀、混凝土的耐磨性差以及养护缺失所造成路面起纹裂；混泥土中过多的泥沙、混凝土的用料耐磨性差以及路面表面结合料缺失造成了路面出现露骨、磨光、麻面等病害。

1.2接缝类病害与成因

路面的接缝类病害主要表现是填缝料损坏、错台、唧泥和拱起等。病害产生的主要原因是路面在使用过程中产生的气温差距造成了填缝料的空隙，给了泥沙、碎石等可趁之机，致使路面的面板接缝处破损，雨水入侵导致了唧泥；唧泥的产生使路基土面被消减，土质变软的路基发生错台的可能性随之增大；拱起，由于混凝土板收缩裂缝张开，板膨胀后产生较大的压应力，出现纵向压区失稳所造成。

1.3断裂类病害与成因

路面的断裂类病害可以归纳为纵、横、交叉裂缝和板角断裂。纵向裂缝主要是由于填料土质不均匀、膨胀性土、湿度不均匀、压实不足、冻土等多种原因形成；横向裂缝常由于混凝土的失水处理不及时、切缝迟延等因素造成；交叉裂缝产生的原因主要是与水泥混凝土的强度不足、路基和基层稳性差和强度等因素有关系；板角的支撑强度和反复的荷载作用是导致板角断裂的主要原因；龟裂产生的主要原因是混凝土浇筑后对表面覆盖不及时，在气温急剧升高或是大风的天气下，表面水分散发加快，路面体积急剧收缩所致。

此外，车辆超载也是造成水泥路面断板、碎板的主要原因。由于经济的发展, 车流量不断增加, 特别是市场竞争急烈, 运输户只雇经营利益, 绝大部分的货车进行改装, 加高车厢, 加厚大梁等等, 严重超载, 据路政部门检测统计双轴车辆总重量均在 23～ 24t、三轴车辆总重均在 35～ 45t, 荷载大大超过路面设计荷载, 造成混凝土板块疲劳, 形成水泥板断裂、破碎, 大大缩短正常使用年限。

二、水泥混凝土路面病害的预防对策

对于水泥混凝土路面病害的预防主要从以下几个方面抓起：完善科学的施工方案、加强施工过程的规范以及后期的维护管理到位等方面。

2.1施工技术方面的预防对策

2.1.1路基的预防措施

路面依存的基础是道路路基，路基的稳定会延长路面的使用寿命。主要的措施是：要有合理、科学的路基设计，路基拥有良好的排水功能，适当加高路基的高度，防止雨水等入侵路面的内部；路基要压实，对于软土路基做科学处理，保持路基的干燥；做好边坡防护工作、修筑挡土结构物、对土体进行加筋等防护。

2.1.2路面裂缝的预防措施

严格把关路面的原材料，选择的集料应该是坚硬、耐磨、洁净、低收缩、低热的不具有碱活性且的水泥，并且加入网状纤维或改性聚丙烯单细纤维等防裂材料使用。严格控制施工过程，确保工程质量符合标准。严格掌握混凝土路面切缝时间和切缝深度，在天气异常条件下施工时要注意覆盖潮湿材料对于路面水分的保护，防治路面出现龟裂。严格控制水泥混混凝土的搅拌均匀度，尤其是模板四周及边角处要振捣压实。可以尝试上下层布钢纤维混凝土的工艺能够提高混凝土抗折强度约40%。严格控制拆模时间、交通开放时间，以确保路面的粘合度、硬实度达到最高标准。

2.2施工管理方面的预防对策

2.2.1材料选择管理

选材的合理，关系着公路路面的工程质量。混凝土配合比设计的科学，是保证路面质量的关键；水泥的选择型号也关系这路面未来的承载能力。例如，对于超重型路面，可采用标号52.5以上普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥；对于水泥混凝土中的外加剂添加量也是选材的关键所在，质地坚硬、细度模数宜在2.5以上的洁净的河沙是细骨料的外加剂。

2.2.2施工过程的预防措施

路面施工大都是机械施工，因此施工人员要熟练操作机械，保证机械的精确程度，保证传力杆、拉杆的位置、间距符合规格。严密关注天气变化，避免突变天气造成的整体断裂、空隙或是强度不足。施工过程尽量现场平整、有序，防止前期混凝土板在初凝期因行车振动造成板体断裂，严格按照时间拆除模板。后期按照规范压平路基，避免出现基层的干裂或是裂缝。为减少开放交通后的填土沉降可以采用透水性砂砾填筑台背后的路堤保持硬度。

2.3养护管理方面的预防对策

此处的养护管理具有双重含义，一是对于水泥混凝土的养护；二是对于路面清扫、修复的养护。水泥混凝土的养护主要是通过施工管理进行，其次采用养护剂进行路面养护，以保证路面表层具有防水养护膜，以避免路面出现裂缝等病害。对于路面的人工养护主要是及时清扫，死角要干净，保证路面的干净，严格监管接缝处的填料动态，防止病害发生；重视路面排水系统维护，保持排水设施的完备与顺畅，防止积水造成路面的损害。

公路的养护、管理部门, 除了日常的养护工作外,应定时组织有进行路况调查, 及时制定养护工作计划,确定养护内容, 规范养护工作, 提高养护队伍素质和机械化的水平, 确保公路养护的质量, 此外, 还应加强路政的管理, 严格控制超载车辆的行驶。

2.4修补水泥混凝土路面应注意的其他问题

2.4.1由于修补水泥混凝土路面是在不断交通的情况下施工，因此要求重新浇筑混凝土的强度不小于旧混凝土的强度。原材料标准、配合比、施工工艺和质量标准应符合有关设计施工规范的规定。当混凝土试块抗压强度达到设计强度的80%后，方可开放交通。

2.4.2发现公路水泥混凝土出现损坏,及时进行修补

对于水泥混凝土板裂缝的现象,可采用灌浆处理。对裂缝的彻底处理,可在裂缝两边各30～40cm范围内将混凝土板凿除,放置钢筋网再浇筑与原来面板标号相同的混凝上,夯捣密实后,磨光拉纹,两侧应设置缩缝,缝内填充沥青材料防止雨水渗入;对于基层已遭破坏的裂缝,或发生断板烂板及胀缝破坏的路面,需将混凝土板大面积凿除,结合实际对基层进行处理后,再沿用以上办法处理。

三、结束语

水泥混凝土路面养护工作必须贯彻“预防为主、防治结合”的方针。因为水泥混凝土路面一次性投资大，出现病害不好修复，所以对设计、施工、养护管理每一个环节都要认真负责。根据路面实际情况和具体条件，以及水文、地质、气候、交通和公路等级等情况，采取预防性、经常性的保养和相应修补，对于较大范围路面修理，应安排大、中修或专项工程，使路面处于良好的技术状况。

参考文献

[1]郭志成.水泥混凝土路面设计和施工中若干问题的探讨[J],安徽建筑;2006年05期

[2]郝晓彬，欧阳伟. 水泥混凝土路面施工. 人民交通出版社. 2010