摘 要

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concretes, UHPC)源于1991年法国的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC),是一种具有韧性高、抗压强度高和耐久性能好等优异性能的新型材料。UHPC的徐变和收缩极小,热养护后UHPC的徐变系数不到0.2,基本没有收缩。UHPC不但具有比普通混凝土高的极限抗拉强度,而且具有更好的峰值后软化特性。自其问世以来，国内外在UHPC的组成材料、配比、制作、养护及其物理力学性能的研究较多,但对配筋UHPC构件的基本力学性能、设计计算理论以及工程应用方面的研究较少。为了打破现有研究领域的缺陷，本文提出一种UHPC梁正截面承载力的计算方法，并且对其防火性能进行了简要研究。

关键词：超高性能混凝土；普通配筋设计；预应力配筋设计；防火性能

Abstract

UHPC (Ultra-High Performance Concretes) originated from Reactive Powder Concrete (RPC) in France in 1991. It is a new material with high compressive strength, high toughness, and good durability. Mainly through the comparison of conventional concrete with ordinary reinforcement and ultra-high performance of concrete with ordinary reinforcement and pre-stressed steel with or without the addition of some cases of steel fiber to understand the new material UHPC in practical applications of excellence; from ordinary concrete Based on the principle of steel fiber reinforcement, the steel fiber reinforcement of ultra-high-performance concrete is briefly discussed. The characteristics of UHPC at high temperatures in fire mainly include high temperature bursting and mechanical strength changes.

Key words: ultra-high performance concrete; common reinforcement design; prestressed reinforcement design; high temperature performance.

目录

第一章 绪论 1

1.1国内外研究现状 2

1.2研究目的及意义 3

1.3混凝土发展历程概况 3

第二章 普通水泥混凝土 4

2.1常规混凝土 4

2.2预应力混凝土 5

2.2.1混凝土的强度要求 5

2.2.2预应力钢材的要求 5

第三章 超高性能混凝土UHPC 8

3.1超高性能混凝土简介 8

3.2钢纤维种类 9

3.3 UHPC的钢纤维增强原理 11

3.4 钢纤维的复合力学理论 12

3.5钢纤维的纤维间距理论 12

第四章UHPC构件的预应力配筋计算原理介绍 13

4.1 无钢纤维 13

4.2 有钢纤维 14

4.3预应力混凝土相对界限受压区高度 16

第五章 UHPC鱼腹梁配筋计算 18

5.1 构件概况 18

5.2构件材料及各种参数 18

5.3 UHPC构件的普通钢筋配筋设计 19

5.4 UHPC构件的预应力配筋设计 21

第六章 UHPC的防火性能 28

第七章 结论 29

参考文献 30

致 谢 31

绪论

1.1国内外研究现状

近年来，国内外学者做出了大量的科学研究关于钢纤维对UHPC力学性能的影响，还有关于蒸养超高性能混凝土及其冻融破坏情况。在高绪明的报告中，研究了不同长径比钢纤维对UHPC流动性、抗压强度和抗弯拉强度的影响。孙小凯指出，103MPa基体超高性能混凝土，钢纤维体积率为2.0%时，超细纤维和端弯纤维分别主导混凝土在承载力和延性上的表现^【1】。黄政宇等人探究了热养护期对UHPC收缩的影响^【2】。苏家战等人的报告中得出UHPC试验梁的屈服和破坏荷载、延性和抗裂性均随着钢纤维掺量和配筋率的增加而提高^【3】。孙小凯等人参照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^【4】。

而防火性能方面，就目前可接触的资料研究数据，关于超高性能混凝土的防火性能研究的可参考的文献较少，但应该可从普通混凝土结构防火性能基理研究方向出发，探究UHPC的抗高温性能规律，为使用UHPC材料的结构物在火灾坏境下作出损伤评估。熊涛，张智慧对混凝土结构的防火性能研究中提到，当发生火灾时，在高温作用下，混凝土中的水泥石和钢筋发生收缩，其他材料发生膨胀，在同一结构中，有几类材料强度不同，导致混凝土结构内部产生裂缝^【5】。当混凝土结构表面温度超过400℃，混凝土结构出现严重变形。朋改非等人探究火灾高温下UHPC性能表现，得出最新研究发现,组合养护是有效改善UHPC火灾高温性能的新方法,可避免爆裂发生。MO Alkaysi等人研究影响UHPC和钢纤维之间粘结强度的因素得出增加埋置钢纤维会导致标称峰值粘结强度的降低^【6】。Hao-wen Ye等人发现聚丙烯的添加不仅可以增强混凝土强度和弹性，还能在周围环境温度升高时提供通风的管道^【7】。另外Doo-Yeol Yoo等人报告中描述了使用玻璃纤维增强聚合物（GFRP）增强以及混杂增强（钢筋 GFRP）的纤维增强超高性能混凝土（UHPFRC）的抗弯性能均有优秀表现^【8】。

1.2 研究目的及意义

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete),是上世纪90年代中斯由法国公司采用常规的水泥等材料开发出的一种新型超高强度、高耐久性、高韧性、体积稳定性良好的水泥基材料^【9】。就工程应用来说，在建筑行业中很重要其中一个性质----工程的经济性，这就希望将不可再生资源的开采量减到最低，从而可以保证可再生资源的再生和建筑垃圾和残留的减少。

钢筋混凝土是世界上使用最为广泛的建筑材料。近年来，得益于高效减水剂的研制进展，大大促进了一种新的混凝土家族成员的发展----超高性能混凝土。