王俊顏，耿莉萍，郭君淵，劉 超，劉國(guó)平

(1.先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 201804; 2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092; 3.上海羅洋新材料科技有限公司，上海 200092)

UHPC的軸拉性能與裂縫寬度控制能力研究

王俊顏1，耿莉萍1，郭君淵2，劉 超2，劉國(guó)平3

(1.先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 201804; 2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092; 3.上海羅洋新材料科技有限公司，上海 200092)

為研究3種類型超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，簡(jiǎn)稱UHPC)的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其裂縫寬度控制能力，包括高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和應(yīng)變軟化UHPC.采用軸拉試驗(yàn)方法測(cè)試狗骨頭形試件，得到UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線和縫寬-應(yīng)變曲線.試驗(yàn)結(jié)果表明：高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線均包括彈性段、應(yīng)變強(qiáng)化段和應(yīng)變軟化段，應(yīng)變軟化UHPC只有彈性段和應(yīng)變軟化段；UHPC應(yīng)變強(qiáng)化段和應(yīng)變軟化段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是裂縫緩慢擴(kuò)展和迅速擴(kuò)展的臨界點(diǎn)；提高UHPC的極限拉伸應(yīng)變，即延長(zhǎng)其應(yīng)變強(qiáng)化段，有助于提高其裂縫寬度控制能力；高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC拉伸應(yīng)變?cè)?.42%之前，其裂縫寬度均小于0.05 mm.對(duì)比C50混凝土(極限應(yīng)變、極限強(qiáng)度分別為0.012%、2.3 MPa)，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC優(yōu)異的裂縫寬度控制能力避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中受正常使用狀態(tài)裂縫寬度驗(yàn)算限制的影響，同時(shí)可在鋼筋屈服前與其全程協(xié)同工作，這使得鋼筋增強(qiáng)高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC在某些需要對(duì)裂縫寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制的結(jié)構(gòu)類型中具有很高的應(yīng)用價(jià)值.

超高性能混凝土；軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線；應(yīng)變強(qiáng)化；應(yīng)變軟化；裂縫寬度控制

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，簡(jiǎn)稱UHPC)是一種具備高強(qiáng)度、高韌性、低孔隙率、高耐久性的纖維增強(qiáng)水泥基材料，被公認(rèn)為未來(lái)極具發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值的一種新型結(jié)構(gòu)材料[1].UHPC 20世紀(jì)70年代起源于丹麥，八九十年代在歐洲進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究，并開(kāi)始在小型工程和制品上應(yīng)用[2].最初丹麥Aalborg Portland公司將其UHPC配方產(chǎn)品注冊(cè)為Densit商標(biāo)，之后法國(guó)眾多公司研發(fā)出了自己的UHPC產(chǎn)品，如Ductal、BSI、Ceracem、CEMTEC等，并涌現(xiàn)出了眾多應(yīng)用案例.UHPC結(jié)構(gòu)憑借其輕巧美觀、高耐久、低碳排放等特性，越來(lái)越受到各國(guó)的重視.

UHPC基體中大量均布的鋼纖維(圖1)使UHPC在基體受拉開(kāi)裂后仍具備高抗拉強(qiáng)度，甚至超過(guò)基體強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)類似金屬的拉伸應(yīng)變強(qiáng)化特性，這是UHPC區(qū)別于高性能混凝土或者普通纖維混凝土的最大特征.作為新型結(jié)構(gòu)材料，UHPC在結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的基礎(chǔ)是相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范或指南.2002年法國(guó)土木工程協(xié)會(huì)(AFGC)與土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理局(SETRA)率先頒布法英雙語(yǔ)版本的UHPC設(shè)計(jì)指南[3]，成為最早的UHPC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，2013年發(fā)布該指南修訂版[4].2016年瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的MCS-EPFL機(jī)構(gòu)頒布了最新的UHPC設(shè)計(jì)指南.這些設(shè)計(jì)指南中無(wú)一例外都把UHPC材料的軸拉力學(xué)性能作為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的一項(xiàng)指標(biāo)，例如法國(guó)規(guī)范2013版把UHPC分為高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和應(yīng)變軟化UHPC 3個(gè)等級(jí)，而瑞士2016規(guī)范同樣規(guī)定了UO(應(yīng)變軟化)/UA(強(qiáng)化極限應(yīng)變大于1 500微應(yīng)變)/UB(強(qiáng)化極限應(yīng)變大于2 000微應(yīng)變)3種等級(jí).

目前國(guó)內(nèi)對(duì)UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的試驗(yàn)研究相對(duì)較少，對(duì)于不同軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的UHPC的裂縫寬度控制能力的認(rèn)識(shí)和探索還不充分，這制約了UHPC在國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用.本文根據(jù)法國(guó)規(guī)范研究了UHPC的3種軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其裂縫寬度控制能力，目標(biāo)是為在我國(guó)制定UHPC設(shè)計(jì)規(guī)范提供基礎(chǔ).

圖1 UHPC軸拉試件斷面圖

1 試驗(yàn)概況

1.1 UHPC原材料

UHPC主要包括超高強(qiáng)水泥基體材料以及纖維，相同的基體通過(guò)不同的纖維增強(qiáng)方案(纖維長(zhǎng)度、直徑、種類、表面構(gòu)造、異型化、摻量)可以實(shí)現(xiàn)拉伸高應(yīng)變強(qiáng)化、低應(yīng)變強(qiáng)化或者軟化，而相同纖維增強(qiáng)方案在不同基體中也可能呈現(xiàn)拉伸應(yīng)變強(qiáng)化或應(yīng)變軟化.

本文重點(diǎn)在于研究不同軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線特性的UHPC的裂縫寬度控制能力，因此直接采用了上海羅洋新材料科技有限公司提供的常溫養(yǎng)護(hù)型超高性能混凝土預(yù)混粉料產(chǎn)品(商品名為TENACAL?，泰耐克)，然后通過(guò)不同的纖維摻量制備出3種典型UHPC，即高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、應(yīng)變軟化UHPC，其中UHPC基體配合比見(jiàn)表1，鋼纖維的體積摻量分別為2.5%、2.0%、1.5%，參數(shù)見(jiàn)表2.

表1 UHPC基體配合比

表2 鋼纖維特征參數(shù)

1.2 軸拉試件制備

UHPC的攪拌程序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)→投入粉料→加水和減水劑→攪拌3～5 min(物料達(dá)到流化狀態(tài)→投入纖維、繼續(xù)攪拌2 min以上)→出料.攪拌完成后，將攪拌物澆筑在骨頭形鋼模中，試樣尺寸如圖2所示.骨頭型試件中間段截面尺寸為50 mm×100 mm，均大于纖維長(zhǎng)度的三倍值，有助于纖維在試件中的三維均勻分布，降低纖維取向分布的影響.試驗(yàn)每組UHPC類型成型9根試件，室溫下靜置24 h后拆模，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28 d齡期后進(jìn)行直接拉伸試驗(yàn).同時(shí)根據(jù)GB/T 31387—2015 《活性粉末混凝土》[5]測(cè)試了3種類型UHPC材料的28 d抗壓強(qiáng)度(100 mm立方體抗壓試件)和彈性模量(100 mm×100 mm×300 mm棱柱體試件)，測(cè)試結(jié)果如表3所示.

圖2 UHPC軸拉試件尺寸

Tab.3 Three types of UHPC 28 days compressive strength and elastic modulus

3種類型UHPC28d抗壓強(qiáng)度/MPa彈性模量/GPa高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC155.448.9低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC137.648.5 應(yīng)變軟化UHPC125.747.4

1.3 軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線、縫寬-應(yīng)變曲線測(cè)試方法

圖3 UHPC軸拉試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的離散性

本文采用的軸拉試驗(yàn)裝置有效避免了軸拉試驗(yàn)過(guò)程中的偏心失穩(wěn)問(wèn)題，以高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的試件為例，每根試件的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用插值法篩選出3 000個(gè)點(diǎn)，應(yīng)變的取值范圍為0～1%，然后繪制9根高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖4(a)所示.采用繪圖軟件Origin9.0對(duì)9根應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行平均和離散性處理，如圖4(b)所示.結(jié)合圖4(a)、(b)可知，9根高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線在0%～0.25%的軸拉應(yīng)變范圍內(nèi)離散性很小，超過(guò)0.25%應(yīng)變之后離散性變大，原因是由于接近峰值應(yīng)力時(shí)，多點(diǎn)分布微裂紋中開(kāi)始要出現(xiàn)局部開(kāi)展的單條裂紋而進(jìn)入應(yīng)變軟化段，其不穩(wěn)定性導(dǎo)致曲線出現(xiàn)了一定的離散.

圖4 高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC曲線

2.2 3種類型UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其裂縫寬度-應(yīng)變曲線

圖6為典型的高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、應(yīng)變軟化UHPC的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和縫寬-應(yīng)變曲線.

1)3種類型UHPC軸拉試驗(yàn)現(xiàn)象

由圖6知，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC應(yīng)力-應(yīng)變曲線的彈性階段近似于直線.隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線達(dá)到彈性段極限后曲線斜率發(fā)生明顯偏移而形成雙折線，這時(shí)說(shuō)明UHPC基體發(fā)生初裂，初裂拉伸應(yīng)變?cè)?.025%(250微應(yīng)變)左右.隨后曲線進(jìn)入應(yīng)變強(qiáng)化平臺(tái)段，這是由于纖維對(duì)微裂紋進(jìn)行橋接，因此維持了UHPC拉伸應(yīng)力的持續(xù)增長(zhǎng).應(yīng)變強(qiáng)化期間有多條微裂紋產(chǎn)生，然而這些裂紋均為肉眼不可見(jiàn)狀態(tài)，裂縫寬度均小于0.05 mm(見(jiàn)圖5)且增速緩慢(UHPC結(jié)構(gòu)中裂縫寬度W小于0.05 mm的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響很小[6-7]).應(yīng)變強(qiáng)化段延續(xù)到0.42%時(shí)，這時(shí)某個(gè)微裂紋開(kāi)始擴(kuò)展成為主裂縫，且縫寬隨試件變形的增大而迅速增大.低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC軸拉之后隨即進(jìn)入應(yīng)變軟化段，伴隨嗞嗞嗞的纖維被拉出的撕裂過(guò)程類似于高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC，初裂拉伸應(yīng)變和極限拉伸應(yīng)變分別為0.02%、0.11% .應(yīng)變軟化UHPC，應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)基體發(fā)生初裂，初裂應(yīng)變即為極限應(yīng)變，曲線隨即進(jìn)入應(yīng)變軟化階段，試件只有一條裂縫而不像應(yīng)變強(qiáng)化型抗拉試件有多條微裂紋，因此試件拉伸變形的增長(zhǎng)可能大部分轉(zhuǎn)化為裂縫寬度的增長(zhǎng).

圖5 0.05 mm裂縫寬度示意

由圖6的縫寬-應(yīng)變曲線知，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC裂紋寬度擴(kuò)展顯著低于低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC以及應(yīng)變軟化UHPC.

2)3種類型UHPC的軸拉力學(xué)性能參數(shù)及其裂縫寬度控制能力

表4為由圖6計(jì)算的典型3種類型UHPC軸拉曲線的特征參數(shù)(根據(jù)文獻(xiàn)[8]，將線彈性段和應(yīng)變強(qiáng)化段的曲線分別擬合成直線，所得交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為彈性極限應(yīng)變 ，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限強(qiáng)度 ，將峰值應(yīng)力定義為極限強(qiáng)度 ，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)闃O限應(yīng)變 ).由表知，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、應(yīng)變軟化UHPC的彈性極限強(qiáng)度分別為10.3、9.1、8.0 MPa；彈性極限應(yīng)變分別是0.025%、0.020%、0.018%(250微應(yīng)變、200微應(yīng)變、180微應(yīng)變)；極限強(qiáng)度分別為12.2、9.8、8.0 MPa；極限應(yīng)變分別為0.42%、0.11%和0.018%.

本文在3種類型UHPC的縫寬-應(yīng)變曲線上取A點(diǎn)和B點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比.其中A點(diǎn)表示裂縫寬度W為0.05 mm，B點(diǎn)表示應(yīng)變?yōu)?.2%(鋼筋屈服應(yīng)變)，并將其對(duì)應(yīng)的參數(shù)值列于表4中.

當(dāng)裂縫寬度為0.05 mm時(shí)，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的應(yīng)變值(分別為0.4%和0.1%)十分接近極限應(yīng)變值(分別為0.42%和0.11%)，這說(shuō)明應(yīng)變強(qiáng)化和應(yīng)變軟化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是裂縫緩慢擴(kuò)展和迅速擴(kuò)展的臨界點(diǎn).由此可見(jiàn)，提高UHPC的極限拉伸應(yīng)變，即延長(zhǎng)其應(yīng)變強(qiáng)化段，有助于提高其裂縫寬度控制能力.與兩種應(yīng)變強(qiáng)化型UHPC相比，應(yīng)變軟化UHPC的極限拉伸應(yīng)變即為其彈性極限應(yīng)變(0.018%)，其裂縫寬度擴(kuò)展到0.05 mm時(shí)的應(yīng)變僅為0.04%，并且其裂縫寬度-應(yīng)變曲線近似于線性，說(shuō)明其拉伸試件的變形增長(zhǎng)大部分轉(zhuǎn)化為裂縫寬度的增長(zhǎng).

另一方面，當(dāng)軸拉應(yīng)變達(dá)到0.2%(鋼筋屈服應(yīng)變)時(shí)，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和應(yīng)變軟化UHPC的裂縫寬度分別為0.02、0.1和0.5 mm，這從另一個(gè)側(cè)面反映出UHPC的裂縫寬度控制能力取決于其極限拉伸應(yīng)變值的大小，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變強(qiáng)化乃至高應(yīng)變強(qiáng)化有助于提高UHPC的裂縫寬度控制能力，這對(duì)于UHPC在負(fù)荷大變形條件下的耐久性及其重要.

圖6 3種類型UHPC應(yīng)力-應(yīng)變曲線，縫寬-應(yīng)變曲線

UHPC類型fct,el/MPaεct,el/%fpc/MPaεpc/%A(W=0.05mm)B(ε=0.2%)σ/MPaε/%σ/MPaW/mm高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC10.30.02512.20.4212.20.411.00.02低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC9.10.0209.80.119.60.18.90.1 應(yīng)變軟化UHPC8.00.0188.00.0187.80.047.10.5

注：εct,el-線彈性極限應(yīng)變;fct,el-彈性極限強(qiáng)度;εpc-極限應(yīng)變;fpc-極限強(qiáng)度;W-裂縫寬.

3 高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC與C50混凝土對(duì)比

為研究高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC與普通C50混凝土軸拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的差異，本文成型3根C50混凝土軸拉試件，采用相同的試驗(yàn)方法測(cè)定了其軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，與高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖7和表5.

由圖7和表5可知，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的極限強(qiáng)度和極限應(yīng)變分別為C50的5.3倍、35.5倍，該“類金屬”的變形性能確保UHPC結(jié)構(gòu)中高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC在鋼材屈服前能與之協(xié)同工作(鋼筋屈服應(yīng)變0.2%)，即在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗彎極限承載力計(jì)算時(shí)，可考慮受拉區(qū)UHPC的抗拉貢獻(xiàn)，這與普通混凝土在0.012%(120微應(yīng)變)后開(kāi)裂即完全退出工作的受力性能產(chǎn)生巨大差異，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論將不再適用鋼筋增強(qiáng)UHPC結(jié)構(gòu).

結(jié)合圖6應(yīng)力-應(yīng)變、縫寬-應(yīng)變曲線說(shuō)明，高強(qiáng)應(yīng)變強(qiáng)化UHPC在達(dá)到極限拉伸應(yīng)變前，有著更優(yōu)異的裂縫寬度控制能力.根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]、JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]中正常使用極限狀態(tài)下對(duì)構(gòu)件最大裂縫寬度限值的規(guī)定，對(duì)允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，其最大裂縫寬度限值的最小值均為0.1 mm(分別是二a環(huán)境下三級(jí)裂縫控制等級(jí)的預(yù)應(yīng)力混凝土和Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境下采用鋼絲或鋼絞線的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件)，而高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC在鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)變0.2%時(shí)，裂縫寬度僅0.02 mm，在整個(gè)應(yīng)變強(qiáng)化段內(nèi)裂縫寬度則始終小于0.05 mm.因此高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC與鋼筋配合使用可避免正常使用狀態(tài)裂縫寬度驗(yàn)算限制所帶來(lái)的影響，也使得鋼筋增強(qiáng)高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC結(jié)構(gòu)在某些需要對(duì)裂縫寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制的結(jié)構(gòu)類型中具有很高的應(yīng)用價(jià)值.

圖7 高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、C50混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線

Fig.7 The stress-strain curve of high strain-hardening UHPC and C50 concrete

表5高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC與C50性能差異

Tab.5 The performance difference of high strain-hardening UHPC and C50

材料特性高應(yīng)變強(qiáng)化UHPCC50比值極限應(yīng)變/%0.420.01235.5極限強(qiáng)度/MPa12.22.35.3

4 結(jié) 論

1)本文采用的試驗(yàn)方法可以很好測(cè)試UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其曲線離散性較低.

2)高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC和低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC的軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線均包括彈性段、應(yīng)變強(qiáng)化段和應(yīng)變軟化段，在應(yīng)變強(qiáng)化段之前的裂縫寬度均小于0.05 mm，進(jìn)入軟化段之后裂縫寬度迅速擴(kuò)展.應(yīng)變軟化UHPC只有彈性段和軟化段，并且拉伸過(guò)程中至始至終只有一條裂縫.

3)本文研究采用的高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、低應(yīng)變強(qiáng)化UHPC、應(yīng)變軟化UHPC的彈性極限強(qiáng)度分別為10.3、9.1、8.0 MPa；彈性極限應(yīng)變分別是0.025%、0.020%、0.018%；極限強(qiáng)度分別為12.2、9.8、8.0 MPa；極限應(yīng)變分別為0.42%、0.11%和0.018%.

4)應(yīng)變強(qiáng)化和應(yīng)變軟化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是裂縫緩慢擴(kuò)展和迅速擴(kuò)展的臨界點(diǎn).提高UHPC的極限拉伸應(yīng)變，即延長(zhǎng)其應(yīng)變強(qiáng)化段，有助于提高其裂縫寬度控制能力.

5)對(duì)比C50混凝土(極限應(yīng)變、極限強(qiáng)度分別為0.012%、2.3 MPa)，高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC優(yōu)異的裂縫寬度控制能力避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中受正常使用狀態(tài)裂縫寬度驗(yàn)算限制的影響，同時(shí)可在鋼筋屈服前與其全程協(xié)同工作，這使得鋼筋增強(qiáng)高應(yīng)變強(qiáng)化UHPC結(jié)構(gòu)在某些需要對(duì)裂縫寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制的結(jié)構(gòu)類型中具有很高的應(yīng)用價(jià)值.

[1] 閻培渝.超高性能混凝土(UHPC)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].混凝土世界，2010(9):36-41.

YAN Peiyu. Research and development in UHPC [J]. China Concrete 2010(9):36-41. DOI: 10.3969/j.issn.1674-7011.2010.09.009.

[2] 趙筠, 廉慧珍, 金建昌. 鋼-混凝土復(fù)合的新模式—超高性能混凝土(UHPC/UHPFRC)之一:鋼-混凝土復(fù)合模式的現(xiàn)狀、問(wèn)題及對(duì)策與UHPC發(fā)展歷程[J]. 混凝土世界, 2013(10):56-69.

ZHAO Jun, LIANHuizhen, JIN Jianchang. A new model of steel-concrete composite structure-ultra-high performance concrete (UHPC/UHPFRC): the status quo, problems and countermeasures and the development process of UHPC [J]. China Concrete, 2013 (10): 56-69.

[3] Ultra high performance fibre-reinforced concretes: AFGC/SETRA2002[S].France: AFGC/SETRA, 2002.

[4] Ultra high performance fibre-reinforced concretes: AFGC/SETRA 2013 [S].France: AFGC/SETRA, 2013.

[5] 全國(guó)混凝土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 活性粉末混凝土:GB/T 31387—2015[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2015.

National standardization technical committee for concrete. reactive powder concrete: GB/T 31387—2015 [S]. Beijing: China Standard Press, 2015.

[6] RAFIEE A. Computer modeling and investigation on the steel corrosion in cracked ultra high performance concrete [D]. Kassel: University of Kassel, 2012.

[7] MAKITA T, BRüHWILER E. Tensile fatigue behaviour of ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) [J]. Materials and Structures, 2014, 47(3):475-491.

[8] PARK S H, DONG J K, RYU G S, et al. Tensile behavior of ultra high performance hybrid fiber reinforced concrete [J]. Cement and Concrete Composites, 2012, 34(2):172-184.

[9] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010—2010 [S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010.

Code for design of concrete structures: GB 50010—2010 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010.

[10]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范:JTG D62—2004 [M]. 北京：人民交通出版社, 2004.

Code for design of reinforced concrete andprestressed concrete highway bridges and culverts: JTG D62—2004 [M].Beijing: China Communications Press, 2014.

(編輯趙麗瑩)

Experimentalstudyoncrackwidthcontrolabilityofultra-highperformanceconcrete

WANG Junyan1, GENG Liping1, GUO Junyuan2, LIU Chao2, LIU Guoping3

(1.Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials (Tongji University), Ministry of Education, Shanghai 201804, China; 2. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Shanghai Royang Innovative Material Technologies Co., Ltd., Shanghai 200092, China)

The axial tensile stress-strain curves and crack width control ability of three types of ultra-high performance concrete (UHPC) were investigated, including high strain-hardening UHPC, low strain-hardening UHPC and strain-softening UHPC, respectively. The tensile stress-strain curves and crack width-strain curves of the UHPC were attained from tests on dog-bone shape specimens. The results show that the tensile stress-strain curves of high strain-hardening UHPC and low strain-hardening UHPC include three stages (elastic, strain hardening, strain softening), while the strain softening UHPC has only elastic stage and softening stage. The turning point of strain hardening stage and strain-softening stage is the critical point of slow propagation and rapid expansion of the cracks. The ultimate tensile strain improvement of UHPC can improve the crack width control ability. When the tensile strain of high strain-hardening UHPC is below 0.42 %, the crack width is less than 0.05 mm. In comparison with C50 concrete (ultimate strain and ultimate tensile strength are 0.012% and 2.3 MPa, respectively), the impact of the crack width checking in serviceability limit state on high strain-hardening UHPC can be avoided by its excellent crack width control ability, and the high strain-hardening UHPC can work together with steel under tensile loading before steel yield. It is meaningful to use reinforced high strain-hardening UHPC in those structures with high demand of crack width control.

ultra-high performance concrete; tensile stress-strain curve; strain-hardening; strain-softening; crack width control

10.11918/j.issn.0367-6234.201705148

TU528

A

0367-6234(2017)12-0165-05

2017-05-25

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(51609172)；上海市浦江人才計(jì)劃(16PJ1409900);上海市科委項(xiàng)目(17DZ1204200)

王俊顏(1982—)，男，特聘研究員，博士生導(dǎo)師

王俊顏，14529@#edu.cn