维普资讯 http://www.cqvip.com ４ 低温建筑技术 ２ＯＯ７年第３期（总第１１７期） 钢管活性粉末混凝土在现代结构中的应用 黄育，董太群 （中国人民解放军７３６７０部队，江苏南京２１００４２） 【摘要】通过与几种工程材料的比较，可以看出活性粉末混凝土的优异性能，概括了钢管混凝土的性能， 提出了钢管活性粉末混凝土的特性，并探讨了其在现代工程与结构中的应用。 【关键词】活性粉末混凝土；钢管活性粉末混凝土；应用 【中图分类号】ＴＵ５２８．５７ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００１—６８６４１２ｏｏ７）ｏ３—０ＯＯ４—０２ ＡＰＰＩＪ．ＣＡ ｌＮ ｏＦ 【ＥＥＬ Ｐｌ】ＰＩＥ ＥＩＡＣＩ１ Ｅ Ｐｏ ，ＤＥＲ ＣＯＮＣＲＩ Ｅ ＩＮ Ｍ［０ｌＤＩｃＩｉＮ Ｓ１１ＲＩ 瓜Ｅ ＨＵＡＮＧ Ｙｕ，ＤＯＮＧ Ｔａｉ—ｑｕｎ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｓ，ＰＬＡＵＳＴ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎ－ ｃｒｅｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｉｔ’ｓ ａｐｐｈｃｍｉｏｎ ｉｎ ｍｏｄｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 活性粉末混凝土是继高强、高性能混凝土后，于２０世纪 表３ ＮＣ、ＨＰＣ、ＲＰＣ、ＤＳＰ耐久性比较【 儿 １ ９ｏ年代由法国大承包商ＢＯＵＹＧＵＥＳ公司率先开发出的一种 超高强、高韧性、高耐久、体积稳定性良好的新型水泥基复合 材料，是一种ＤＳＰ材料与纤维增强相复合的高新技术混凝 土，由于增加了组分的细度和反应活性，因而被称为活性粉 末混凝土（简称ＲＰＣ） Ｊ。１９９８年８月在加拿大召开的高性 能混凝土与活性粉末混凝土国际研讨会上，与会专家一致认 为：作为一类新型混凝土，ＲＰＣ具有广泛的应用前景 ’ 。钢 管活性粉末混凝土使ＲＰＣ的优越性能和经济效益得以充分 可见，ＲＰＣ的抗压强度是ＨＳＣ的３～１２倍，更重要的是 发挥，给钢管混凝土结构技术的发展增添了新的活力。 其抗折强度和断裂能大大提高。掺加钢纤维后，ＲＰＣ的韧性 １几种材料性能比较 和能量的吸收能力将得到显著提高。Ｉ 材料具有以下优 作为新一代水泥基复合材料，ＲＰＣ具有其它混凝土无法 越性： 比拟的优越性。具体比较见下表１～表３。 （１）利用ＲＰＣ超高强度，可以有效地减小结构构件的 自重，从而节省工程造价。根据对雷岛桥的经济分析 Ｊ，当 表１ ＲＰＣ与ＭＤＦ、ＤＳＰ、ＨＳＣ主要力学性能比较【 １ １ ＲＰＣ的强度达２００ＭＰａ以上时，其用量仅为钢筋混凝土的１／２ ～１／３，在掺加适量钢纤维的情况下，其性能几乎可以跟钢材 相媲美，而价格只及钢材价格的１／５。ＲＰＣ具有高抗剪强度， 去除辅助配筋的情况下，可以承受剪切荷载，因此在设计中 可以采用更薄的截面和具有创新性的截面形式，此外，ＲＰＣ 还具有良好的抵抗炮弹冲击能力。 （２） ＲＰＣ优越的性能使其在石油、核电、市政、海洋等 工程有着广阔的应用前景。例如，由于ＲＰｃ的孔隙率极低， 是制备核废料储存容器的理想材料，由于它耐磨性能和低的 渗透性，可以生产各种耐腐蚀的压力管和排水管等…。 （３）ＲＰＣ具有良好的塑性，其极限应变值为Ｉ－ＩＲ２的２～３ 材料种类 玻璃陶瓷及岩石ＮＣ 金属 ＲＰＣ 钢 倍，从某种意义上讲，这比具有极高的抗压强度更为重要。 ２钢管混凝土的主要力学性能 断裂能／Ｊ．ｍ一 ５ ＜１００ ８０～１３０＞１００００ ３００Ｏ０ １０００３０ 钢管混凝土是在钢管内填入混凝土而形成的一种介于 注：据Ｂｏｕｙｇｕｅｓ公司称在１０００Ｊｉｍ２以内的任何东西可认为是脆性的。 钢结构和钢筋混凝土结构之间的新型组合结构，在受力过程 维普资讯 http://www.cqvip.com 黄育等：钢管活性粉末混凝土在现代结构中的应用 ５ 中钢管和混凝土两种材料相互制约，使钢管内的混凝土处于 和增大桥梁结构跨越能力的有效措施。 约束受力状态，承载力大幅度提高，延性得到改善，充分发挥 ４钢管活性粉末混凝土的应用 两种材料的优点。 ４．１在高层建筑结构中的应用 ２．１受压构件承载力大幅度提高 在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很强的相容性， 薄壁钢管单独受压时，容易发生局部失稳，其承载力较 它既可在混凝土结构体系中因地制宜地取代部分钢筋混凝 低。钢管混凝土强度提高的原因，主要是构件受压时，由于 土柱，以解决高层建筑底部的柱截面过大的问题和钢筋高强 钢管和混凝土的泊松系数不同，随着荷载的增加，钢管由弹 混凝土柱的脆性破坏问题；也可在钢结构体系中取代钢柱， 性工作状态进入塑性工作状态，其泊松系数由０．２８３增大到 以减少钢材用量和减轻风致振动等。 ０．５后就保持不变，而混凝土的泊松系数大约由０．２增大到 试验表明用活性粉末混凝土制作的结构和构件，承载力 ０．５以后仍继续增大。这是由于钢管的套箍约束作用使得 极大，特别是与钢管复合后所制成的钢管ＲＰｃ承压构件，其 受压钢管混凝土构件中的核芯混凝土产生紧箍力，钢管和混 承载力更为巨大。文献［６］表明用经修正后的钢管超高强混 凝土都处在三向应力状态下工作，因而抗压强度和变形能力 凝土承载力计算公式计算可得，核芯混凝土为１５０ＭＰａ的钢 都得到极大的提高，构件的承载能力大大提高。实验资料 管超高强混凝土柱的承载力是同条件下核芯混凝土为 ［４］，表明，柱截面含钢率大于４％的钢管混凝土轴向抗压强 ３０ＭＰａ钢管混凝土柱承载力的５倍。而活性粉末混凝土 度比钢管和混凝土单独承载力之和大７０％以上。因而它特 （ｒｔｒ￣）的强度远不止１５０ＭＰａ，可预见钢管活性粉末混凝土在 别适用于轴心受压和小偏心受压。 超高层建筑结构中有着广泛的应用前景。 ２．２具有良好的塑性和抗震性能 ４．２在桥梁建设领域的应用 塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土 ＲＰｃ的第一个工程应用，是１９９７年在加拿大Ｑｕｅｂｅｃ省 构件中的核芯混凝土由于处于三向受压状态，破坏时呈现塑 Ｓｈｅｒｂｏｏｋｅ市中心ｒ６ｇｏｇ Ｒｉｖｅｒ的一座跨度为６０ｍ的步行／自 性特征。钢管混凝土短柱轴心受压试验表明 Ｊ，试件压缩到 行车桥。用ＲＰｃ２０ｏ预制构件（采用３０ｍｍ厚无纤维ＲＰｃ桥 原长的２／３，纵向应变达３ｏ％以上时试件仍有承载力。剥去 面板、钢管直径１５０ｍｍ的预应力ＲＰｃ钢管混凝土桁架、纤维 钢管后，内部混凝土虽有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并 ＲＰｃ加劲肋和纤维ＲＰｃ梁）现场组装了一座长７０ｍ的单跨 未松散，且仍有约５％的承载力，用槌敲击后才粉碎脱落。 人行混凝土桁架桥，大大减轻了自重，节约了大量钢材，造价 抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性 也大为降低，而且提高了高湿环境作用下的耐久性。 和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件 建造大跨和超大跨桥梁是钢管活性粉末混凝土应用又 一强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明， 重要领域。研究表明，在结构形式、截面大小保持相同情 结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失 况下，提高混凝土强度，可增大桥梁的跨度。在相同条件下， 局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用 钢管活性粉末混凝土不仅提高了构件和结构的强度，且减轻 很厚的钢板以确保局部稳定性，但常在发生塑性弯曲后丧失 结构和构件的自重，对建造大跨和超大跨桥梁更有意义。 局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。而 ５结语 钢管混凝土构件在大轴压力情况下具有更好的耗能能力和 钢管活性粉末混凝土结构，受到结构与工程界关注。然 延性，特别适合于抗震和抗爆结构。 而，钢管活性粉末混凝土的研究工作刚刚起步，理论尚未成 ３钢管活性粉末混凝土的特性 熟，钢管混凝土的设计与施工规范对其是否适用，还有待进 一活性粉末混凝土的优点是强度高，可以节约水泥，减少 步研究。但是，随着研究不断深入，钢管活性粉末混凝土 构件截面尺寸，减轻结构自重等。如果将ＩＬＰＣ灌入钢管形 结构理论将更加成熟和完善，今后工程应用必将更加广泛。 成钢管ＩＬＰＣ，则ＩＬＰＣ受到钢管的有效约束，其延性将大为增 参考文献 强。此外，钢管具有很强的抗剪和抗扭能力，通过二者的结 ［１］覃维祖，曹峰．一种超高强混凝土一活性粉末混凝土［Ｊ］．工业 合，可以有效地克服不掺钢纤维ＲＰｃ脆性大和延性差的弱 建筑，１９９９，２９（４）：１６一ｌ８． 点，使其优越性能和经济效益得以充分发挥。 ［２］ 安明哲，王庆生，丁建彤．活性粉末混凝土配制原理及应用前景 钢管活性粉末混凝土与传统的钢筋混凝土结构和钢管 ［Ｊ］．建筑技术，２Ｏ００，３２（１）：ｌ５一ｌ６． 混凝土结构相比，具有如下显著的特点 Ｊ： ［３］吴中伟．纤维增强一水泥基材料的未来［Ｊ］．混凝土与水泥制 （１） 钢管的套箍约束作用能最有效地克服核芯活性粉 品，１９９９，（１）：５—６． 末混凝土的脆性。 ［４］钟善桐．钢管混凝土结构［Ｍ］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版 （２） 活性粉末混凝土组成成份中没有粒径大于１ ｔｕｒｎ 社。１９９４． 的粗骨料，流动性好，更适应于钢管混凝土的灌注，使之内部 ［５］张静，吴炎海．钢管活性粉末混凝土的特性和应用前景［Ｊ］．福 结构更均匀。 建建材，２００２，７８（４）：１２—１４． （３）钢管兼有纵筋和箍筋的功能，其用钢量较省，而且 ［６］谭克锋，蒲心诚，蔡绍怀．钢管超高强混凝土的性能与极限承载 能力的研究［Ｊ］．建筑结构学报，１９９９，（１）：ｌ０一ｌ５． 因有钢管分隔，管内高强混凝土浇灌与管外梁板结构的普通 混凝土浇灌互不干扰，无交错浇灌的麻烦。 ［收稿日期］２００５—０５—３１ （４）钢管活性粉末混凝土具有极高承载力，减轻结构 【作者简介］黄育（１９７９一），男，江苏江都人，硕士研究生，从 自重，将是解决建筑物、构筑物大轴压力柱截面积过大问题 事高性能混凝土研究。