为了研究碳纳米管(CNTs)在超高性能混凝土(UHPC)中的分散效果及其对UHPC力学性能的影响,进行了不同CNTs掺量UHPC的动力黏度、抗压强度和抗折强度试验。结果表明:CNTs在UHPC基体中的分散效果随着CNTs掺量的增加而不断变差,且会导致较高CNTs掺量的UHPC力学性能降低;当CNTs掺量为0.1%时,CNTs增强UHPC的力学性能最佳。

针对UHPC收缩大、抗裂性差等问题,将经预湿水处理的高吸水性树脂SAP掺入UHPC中,对比研究了SAP掺量对UHPC性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:SAP能有效缓解UHPC的扩展度经时损失;随着SAP掺量的增加,UHPC的扩展度逐渐增加,而抗压强度逐渐降低,且SAP对UHPC早期抗压强度的影响更大;SAP可改善UHPC的自收缩,且掺量越大,改善效果越明显;掺量为0.1%、0.2%的SAP均能改善UHPC的抗氯离子渗透性能,但当掺量超过0.2%时,SAP会降低UHPC的抗氯离子渗透性能和抗冻性能。

对比了甘肃本地五大产地机制砂的基本性能,研究了不同产地机制砂对UHPC性能的影响。结果表明:不同产地机制砂由于原石的不同,性能会存在一定差异,其中差异最为突出的是压碎值,最大相差高达80%;不同产地机制砂制备UHPC的7 d抗压强度在112.80~161.60 MPa间、28 d抗压强度在102.50~153.80 MPa间;不同产地机制砂制备UHPC的7 d抗折强度在22.00~29.10 MPa间、28 d抗折强度在22.80~29.20 MPa间;不同产地机制砂UHPC的微观结构和水化产物也存在一定差异,但微观结构基本为孔隙率较小的致密结构。在UHPC材料设计与质量控制中,应考虑机制砂产地的差异性。

试验研究了钢纤维掺量(0、1%、2%)对超高性能混凝土(UHPC)收缩性能的影响,对比分析了5种常用的混凝土收缩预测模型对UHPC的适用性,并基于试验数据建立了适用于UHPC的收缩预测模型。结果表明:掺钢纤维UHPC的收缩应变低于未掺钢纤维的对比组,且钢纤维掺量越大,对UHPC的减缩效果越显著;5种常用的混凝土收缩预测模型对UHPC的适用性较低,其中,ACI 209(92)模型高估了UHPC的40 d后收缩应变,B3模型、CEB-FIP 90模型和中国建科院模型低估了UHPC的收缩应变,GL2000模型对90 d龄期时的收缩应变预测值与试验值相对较为接近;建立的指数函数形式的UHPC收缩应变计算模型的精度较高。

为了解决正交异性钢桥面的疲劳破坏病害,提出了一种基于免蒸养超高性能混凝土(UHPC)的钢桥面组合结构,结合实际工程给出了栓钉布置和钢筋间距的优化方案,总结了适用于钢桥面铺装的UHPC材料性能指标;对于大面积摊铺问题,设计了UHPC专用铺装施工设备,并进行了工艺性试验;通过有限元模拟分析了润扬大桥不同铺装体系下的变形情况,并与实桥监测数据进行了对比。结果表明:免蒸养UHPC结合完善的养护工艺能够抑制早期收缩裂缝的产生与发展;UHPC铺装相较于原环氧沥青混凝土铺装,钢桥面板的最大拉应变下降了53.3%,最大肋间相对挠度下降了42%;UHPC铺装能大幅提高桥面系的刚度,降低正交异性钢桥面板和铺装层的疲劳开裂风险。

基于国内外现有研究,从准静态力学性能、动态力学性能、黏结性能、耐久性这四个方面对超高性能混凝土(UHPC)基本性能的研究成果进行了综述,同时还对其未来的研究方向进行了展望。

为满足广州鹤洞大桥(东西引桥)大中修工程H线引桥用超高性能混凝土(UHPC)预制桥面板的设计指标要求,通过原材料优选、配合比设计及力学性能试验,研究了石英砂级配和掺量、复合掺合料掺量及内养护剂掺量对UHPC工作性和力学性能的影响,制备了各项性能指标均满足设计及施工要求的UHPC。同时,其24 h立方体抗压强度达到设计强度的70%以上,满足拆模起吊要求。

研究了钢渣微粉替代石英粉对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明:水胶比分别为0.18、0.19的UHPC试件的28 d抗压强度均在120 MPa以上,且水胶比为0.19的UHPC的工作性更好,流动度为195 mm;钢渣微粉替代石英粉对UHPC试件的抗压强度无明显影响;在钢渣微粉掺量为100%的情况下,控制水胶比为0.20、水灰比为0.35、胶砂比为1.63时,可配制28 d抗压强度为147.5 MPa的UHPC。

总结分析了超高性能混凝土(UHPC)现有研究成果,综述了其超高性能机理、单调拉伸和循环荷载下的本构关系、低周期疲劳状态下的损伤过程及微观损伤机理等,并对未来的研究方向提出了建议。

研究了两种类型的再生微粉(混凝土粉和砖粉)取代部分硅灰对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)力学性能和微观结构的影响。结果表明:混凝土粉的掺入降低了UHPC的力学性能,而砖粉取代15%硅灰时,UHPC的28 d抗压强度和抗折强度分别达到了130 MPa和24 MPa,略高于基准组;相较于混凝土粉,在UHPC中掺入15%的砖粉能够优化混凝土的内部结构;砖粉良好的微集料填充作用和火山灰效应增强了界面过渡区的黏结性能和水化产物的纳观力学性能,从而改善UHPC的微观结构。