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关于UHPC构件制作的几点建议

时间:2020-09-16

随着UHPC在结构中应用的逐步拓展,如何正确应用UHPC材料的问题日益凸显,其根本问题还是未能将UHPC作为纤维增强复合材料来正确地理解、对待和使用;简单、机械化地“拿来式”应用必然带来低级的、教条式的错误认识,将错误认识加以宣传就是误导。诚请材料工程师和结构工程师在使用UHPC之前深入思考、充分讨论,正确合理地利用UHPC。

关于UHPC构件制作的几点建议

01 关于带肋钢筋问题

  有些研究人员在进行UHPC构件试验时,有时会出现以下现象:

(1)构件发生了脆断;

(2)抗弯构件未出现多裂缝;

(3)抗疲劳性能未有明显改善;

(4)抗剪能力不理想等。

  诸如此类,因此便认为UHPC和HPC差不多,甚至还不如OPC好用,这便是没有正确打开UHPC的使用模式造成的,结构设计理念还停留在OPC和自己经验之上。

建议:

  将UHPC作为纤维增强复合材料来对待,正确进行构件和结构设计。

尝试:

(1)不用带肋钢筋:

  将带肋钢筋改为钢绞线或强度级别略低的光圆钢筋,看看构件性能是否有所改善?

  受力主筋采用带肋钢筋,构造筋或箍筋改为低级别光圆钢筋,看看构件性能是否有所改善?

  检查所用钢筋是否满足自己设计要求,不要光看材料检验报告。

(2)调整纤维参数(应事先进行验算,目前这方面的经验十分缺乏):

  不同构件类型,不同截面尺寸,不同性能要求,应巧妙选用纤维参数,不要一种纤维用到底,但也请千万不要走回普通SFC(钢纤维混凝土)的路子上。

  纤维种类:宜根据构件受力和截面尺寸考虑,不用熔抽、铣削、剪切型钢纤维,不用碳纤维和其他有机、矿物纤维。

  纤维掺量:宜根据构件配筋和最大骨料尺寸来考虑,过大过小都是浪费。

  纤维直径:宜根据拔出增强机制和局部受力事先进行估算,然后由试验确定。

  纤维长细比:过大则容易拉断,不会出现想要的伪“塑性”;过小,则不具有抗拔出作用(钉扎、桥接)。

(3)巧用钢筋网片

  从复合材料角度考虑,不要死按OPC或SFC规范,因为过去的OPC或SFC规范中的参数都是在原来OPC或中低强度HPC基础上试验得来,若采用同样的本构关系,势必人为将UHPC降格成脆性高强HPC来用,这不是材料问题,是使用者的问题。

(4)注意纤维取向

  避免UHPC的各向异性是每位工程师的职责。

  利用UHPC的纤维定向特性必须在其他方向上有合适约束(除非其本身性能已满足使用要求)。

关于UHPC构件制作的几点建议

02 关于钢纤维的使用问题

  当前市场上供应的UHPC用钢纤维基本上可以算作是一种规格,即Φ(0.18~0.2)×(13~20)mm、抗拉强度大于2000MPa的短切钢纤维,典型尺寸是Φ0.2×13mm;需要注意的是,它是基于国外最大骨料粒径<2.5~5mm的UHPC复合材料、经大量长期试验优化而来;在进行不同构件制作时,应进行适当调整。不过,需要注意以下几点:

(1)当直径不变时,企图一味地通过增加纤维长度来提高材料或构件“延性”的做法是错误的。

(2)当长度不变时,企图一味地通过增加纤维直径来提高材料或构件韧性的做法是错误的。

(3)不考虑纤维规格,拿纤维掺量来规定构件性能的做法是错误的。

  建议:考虑纤维空间分布均匀性、考虑构件受力特点和配筋布设、考虑最大骨料尺寸及含量,由材料试验和构件试验一起来确定纤维的规格和掺量。

关于UHPC构件制作的几点建议

03 关于UHPC在结构中应用的几点建议

  循序渐进、高水平地开展UHPC在结构中的应用非常重要,建议如下:

  优先考虑抗弯拉、抗冲击、抗疲劳场合下的应用,不要企图用UHPC的本身特性来提高构件的抗剪,结构抗剪仍需按抗剪设计要求进行、由试验具体确定。

  优先考虑在轻、薄、长、透结构中的应用:首先宜避免大体积UHPC的应用。

  优先考虑三明治结构的应用:加固、补强及新型结构开发。

  优先考虑受力复杂节点的应用:宜避免纤维取向的各向异性。

  优先考虑预制构件的应用:在没学会走之前,先别一上来就跑,否则会跌很多跟头,将来一定后悔。

  不优先考虑有机纤维和矿物纤维的使用:先把钢纤维用对、用好,但相关的试验研究不能等、不能停。

  不优先考虑复合及混杂纤维的使用:除非有防火需要。若着重于受力性能的改善,除非有充分试验依据,否则不要一上来就考虑复合或混杂纤维的使用。切记!

  希望将来有专业人士列出UHPC的详细使用禁忌表单,真诚希望材料工程师和结构工程师一起努力,将UHPC用对、用好、用精。

以上分享,抛砖引玉,欢迎各位同仁交流探讨。


感谢中国混凝土与水泥制品协会UHPC分会赵筠秘书长供图。

本文作者:清华大学土木系 路新瀛教授


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