超高性能混凝土國(guó)外研究及應(yīng)用狀況

　　1、國(guó)外研究現(xiàn)狀

　　1986年～1993年，法國(guó)政府組織了政府研究機(jī)構(gòu)、高等院校和建筑公司等單位，承擔(dān)了高性能混凝土的研究項(xiàng)目“高性能混凝土2000”，投入研究經(jīng)費(fèi)550萬(wàn)美元。挪威皇家科技研究院和工程研究基金持續(xù)資助高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土的研究。日本建設(shè)省于1993年～1998年進(jìn)行了一項(xiàng)綜合開發(fā)計(jì)劃“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的超輕質(zhì)、超高層化技術(shù)的開發(fā)”(簡(jiǎn)稱“新RC計(jì)劃”)。為實(shí)施該項(xiàng)研究計(jì)劃，共成立了五個(gè)分科會(huì)，其中高強(qiáng)混凝土材料分會(huì)由水泥協(xié)會(huì)、建筑協(xié)會(huì)建設(shè)省研究所、建材實(shí)驗(yàn)中心、化學(xué)外加劑協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)和多所高等院校以及有關(guān)公司參加。1994年，美國(guó)聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出了一個(gè)在基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中應(yīng)用高性能混凝土的建議，并決定在10年內(nèi)投資2億美元進(jìn)行研究和開發(fā)。瑞典在1991年～1997年由政府和企業(yè)聯(lián)合出資5200萬(wàn)法郎，實(shí)施高性能混凝土研究的國(guó)家計(jì)劃。

　　挪威在使用和研究高強(qiáng)混凝土和超高強(qiáng)混凝土方面更是走在世界前列，他們?cè)诒焙Ｓ吞锏暮Ｉ香@井平臺(tái)上，曾進(jìn)行了立方體抗壓強(qiáng)度超過(guò)100MPa的超高強(qiáng)混凝土施工，并于1989年就制訂和實(shí)施了抗壓強(qiáng)度高達(dá)105MPa的SHPC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；前面提到的英國(guó)帝國(guó)公司與牛津大學(xué)合作研制成功的無(wú)宏觀缺陷(MDF)水泥，其抗壓強(qiáng)度300MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)50MPa-200MPa。近些年來(lái)，國(guó)際上又出現(xiàn)了活性粉末混凝土(RPC)，其抗壓強(qiáng)度已達(dá)800MPa。

　　二十世紀(jì)末，法國(guó)的Lafarge公司研究成功了一種超高強(qiáng)、低脆性和優(yōu)異耐久性的新型混凝土——活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC)。RPC由石英砂、石英粉、硅灰、水泥、高效減水劑和鋼纖維組成，成型工藝與普通混凝土相似，其抗壓強(qiáng)度可與鋼材相媲美。RPC制作的結(jié)構(gòu)自重與鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)，而造價(jià)僅為鋼結(jié)構(gòu)的三分之一，應(yīng)用前景十分廣泛。

　　2、國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，超高性能混凝土除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究外，也逐步在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用。90年代，美國(guó)、加拿大、日本、挪威、前蘇聯(lián)各國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等，成為應(yīng)用UHPC最多的國(guó)家。美國(guó)的芝加哥、西雅圖、紐約、休斯敦，加拿大的多倫多，德國(guó)的法蘭克福等均有多幢UHPC建筑；日本不僅應(yīng)用UHPC建造高層住宅，而且用其制造預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、預(yù)應(yīng)力混凝土樁、桁架、管、電桿等。目前應(yīng)用UHPC最好的國(guó)家是挪威，其已有C105級(jí)超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，此為目前世界上強(qiáng)度等級(jí)第二高的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(德國(guó)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已達(dá)C110級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)為當(dāng)今世晃之最)。超高性能混凝土在工程實(shí)踐中已經(jīng)得到了應(yīng)用，有代表性的為：法蘭克福BFG行政大樓建造并應(yīng)用了C115的UHPC；1993年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局發(fā)起了在全國(guó)公路橋梁建設(shè)中推廣應(yīng)用高性能混凝土的計(jì)劃，1996年美國(guó)公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)和美國(guó)聯(lián)邦公路管理局聯(lián)合立了高性能混凝土工作小組，以實(shí)施HPC在公路工程中的應(yīng)用。美國(guó)制備了130MPa的高性能混凝土并已應(yīng)用于高層建筑，美國(guó)的P.Mendis還介紹了強(qiáng)度達(dá)150MPa的高性能混凝土。以下為UHPC在國(guó)外應(yīng)用的部分經(jīng)典實(shí)例：

　　伊利諾斯州屋蓋和Two Union squar大廈

　　美國(guó)于2001年在伊利諾斯州用RPC材料建成了18m直徑的圓形屋蓋，該屋蓋未采用任何鋼筋，設(shè)計(jì)中考慮了RPC的延性，直接承受拉、彎應(yīng)力及初裂應(yīng)力?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝用時(shí)11d， 若采用鋼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝則需要35d，因此大大縮短了施工工期。該屋蓋因其先進(jìn)的建筑材料和結(jié)構(gòu)形式獲得2003年Nova獎(jiǎng)提名。

　　美國(guó)西雅圖市的Two Union squar大廈應(yīng)用了強(qiáng)度高達(dá)135MPa的超高強(qiáng)混凝土。該建筑58層，高230.15m，其主要特點(diǎn)是采用了超高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土柱子。由于采用了超高強(qiáng)混凝土，整個(gè)工程降低結(jié)構(gòu)造價(jià)30%，此工程已成為超高性能混凝土用于超高層建筑的范例。

　　首爾橋

　　在韓國(guó)的首爾，一座采用RPC、跨度為120m的拱橋已建成。該橋由6段拼裝而成，每段長(zhǎng)20m，高113m，薄壁箱梁截面，壁厚只有30mm，不使用普通鋼筋。這種尺寸采用普通混凝土是實(shí)現(xiàn)不了的。該橋不僅只用了其材料強(qiáng)度的一半(抗壓強(qiáng)度：230MPa，抗彎強(qiáng)度；50MPa)，而且其高耐久性使其在運(yùn)營(yíng)中可節(jié)省大量的維修費(fèi)用。

　　加拿大Sherbrooke步行橋

　　使用RPC的第一個(gè)大型建筑結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)60.1m，橋面寬4.2m，橫跨Mougog河的單跨步行橋。這座橋位于加拿大Quebec省Sherbrooke市，是由美國(guó)、加拿大、瑞士、法國(guó)共同進(jìn)行RPC開發(fā)的一項(xiàng)試點(diǎn)工程，于1997年11月27日正式開通。當(dāng)?shù)貧夂驐l件惡劣，濕度大，冬季嚴(yán)寒，最低溫度達(dá)-40℃，雪天須經(jīng)常灑鹽水化冰，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性要求很高，因而使用RPC200進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橋的構(gòu)造由RPC預(yù)制梁、預(yù)制板和鋼管約束RPC組合而成。設(shè)計(jì)者采用三維空間桁架的設(shè)計(jì)思想，由預(yù)加應(yīng)力抵抗桁架桿件的主拉應(yīng)力及上承支撐的撓曲應(yīng)力；而其他由剪應(yīng)力和次撓曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力直接由RPC承擔(dān)。預(yù)應(yīng)力RPC在極大地減輕結(jié)構(gòu)自重的同時(shí)，保證了結(jié)構(gòu)的整體剛度。各基本構(gòu)件均按常規(guī)混凝土工藝預(yù)制，只有施加預(yù)應(yīng)力所使用的小型錨具是為這項(xiàng)工程特別設(shè)計(jì)的。該橋建成后至今使用狀態(tài)良好。這一工程最突出的特點(diǎn)是完全用RPC制造，而未使用傳統(tǒng)的受力鋼筋，經(jīng)預(yù)制用起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝。這一設(shè)計(jì)使得RPC基于密實(shí)的微觀結(jié)構(gòu)，所具有的優(yōu)越力學(xué)性能得到充分的發(fā)揮，從而為RPC提供了廣闊的發(fā)展空間。