¿El estado actual de la investigación y el desarrollo del hormigón de alto rendimiento?
El hormigón de altas prestaciones es un nuevo concepto de hormigón desarrollado a finales de los 80 y principios de los 90 basado en el diseño de durabilidad de estructuras de hormigón en algunos países desarrollados. Con la durabilidad como principal indicador de diseño, este hormigón puede proporcionar proyectos de infraestructura con una vida útil de más de 65.438+0.000 años. A diferencia del hormigón tradicional, el hormigón de alto rendimiento tiene excelentes propiedades como alta durabilidad, alta trabajabilidad, alta resistencia y gran estabilidad volumétrica, y se considera el hormigón más completo del mundo. Hasta ahora, se ha utilizado en muchos proyectos importantes, especialmente en proyectos como puentes, edificios de gran altura y edificios portuarios. Por lo tanto, ha producido beneficios obvios en términos de período de uso seguro, racionalidad económica y adaptabilidad a las condiciones ambientales. , ha sido utilizado por estudiosos de varios países. Lo que se acepta se considera el futuro.
1 Antecedentes del hormigón de alto rendimiento Aunque el hormigón tradicional tiene una historia de casi 200 años y ha experimentado varios avances importantes, hoy se enfrenta a graves desafíos sin precedentes:
(1 ) Con Con el desarrollo de la ciencia, la tecnología y la producción modernas, se utilizan diversas estructuras de hormigón ultralargas, ultraaltas y ultragrandes y entornos hostiles en edificios de gran altura, puentes que cruzan el mar, túneles submarinos, plataformas petrolíferas en alta mar, reactores nucleares, proyectos de tratamiento de residuos tóxicos y peligrosos, etc. La demanda de construcción de grandes estructuras de hormigón aumenta día a día. Estos proyectos concretos son difíciles de construir, tienen entornos operativos hostiles y son difíciles de mantener. Por lo tanto, se requiere que el hormigón no sólo tenga un buen rendimiento constructivo, sino también que produzca el menor número posible de defectos durante el vertido.
Y tiene buena durabilidad y larga vida útil.
(2) Desde la década de 1970, muchos países industrializados se han enfrentado al problema del envejecimiento de algunas estructuras de hormigón armado, especialmente infraestructuras como los puentes construidos en los primeros años, que requieren enormes inversiones en reparaciones o actualizaciones. En 1987, un informe gubernamental del Servicio Nacional de Asesoramiento sobre Materiales de EE. UU. declaró que: De los 575.000 puentes que había en los Estados Unidos en ese momento, alrededor de 253.000 presentaban daños de distinto grado, algunos de los cuales tenían menos de 20 años, y el número El número de puentes dañados aumentó cada año en 35.000 asientos. El informe "Estado de las carreteras y puentes de la nación" de 1991 presentado al Congreso de los Estados Unidos declaró que el costo de reparar o reemplazar los puentes defectuosos existentes requeriría una inversión de $ 9,1 mil millones; si el proceso de reparación se retrasa, el costo aumentará a $ 65,438 +; 0,365, 438+ mil millones de dólares estadounidenses. Todos los proyectos concretos existentes en Estados Unidos valen aproximadamente 6 billones de dólares, con costos de mantenimiento anuales de hasta 30 mil millones de dólares.
En Canadá, se estima que costará 500 mil millones de dólares reparar todos los proyectos de infraestructura dañados por el deterioro. En el Reino Unido, se investigaron 271 casos de deterioro y daño de ingeniería, de los cuales la corrosión por carbonatación representó el 17%, la corrosión ambiental por cloruros representó el 33%, la corrosión interna por cloruros representó el 5%, la corrosión por congelación del concreto representó el 10% y la abrasión del concreto representó del 10%, el daño por reacción álcali-agregado del concreto representa el 9% y la corrosión química por sulfato representa el 4%.
El problema de la durabilidad del hormigón en la ingeniería estructural en mi país también es muy grave. En la década de 1990, el Ministerio de la Construcción organizó un estudio de las estructuras domésticas de hormigón y descubrió que la mayoría de los edificios industriales y las estructuras al aire libre necesitan reparaciones importantes después de 25 a 30 años de uso. La vida útil de los edificios en medios nocivos es de sólo 15 a 20 años. Los edificios civiles y los edificios públicos tienen mejores condiciones de uso y mantenimiento y generalmente pueden durar 50 años.
En comparación con los edificios, la durabilidad y las enfermedades de los puentes al aire libre son más graves. Según la Encuesta Nacional de Carreteras de 2000, a finales de 2000 había 278.809 puentes de carreteras y 9.597 puentes de carreteras peligrosos en el país. El coste anual real de mantenimiento era de 3.800 millones de yuanes, pero en realidad sólo se pagaban 800 millones de yuanes.
Los puertos, muelles, puertas y otros proyectos están ubicados en el entorno marino. La corrosión por iones de cloruro provoca la corrosión de las barras de acero, lo que provoca grietas y corrosión más graves en los componentes. A partir de 1980, la Cuarta Oficina de Navegación del Ministerio de Transporte y otras unidades llevaron a cabo un estudio de 18 terminales en el sur de China, mostrando que más del 80% de las barras de acero de las terminales estaban grave o gravemente corroídas, y algunas terminales estaban sólo 5 -A 10 años de su finalización.
(3) Al ser el material creado por el hombre más consumido, no se puede ignorar el impacto de su uso en el medio ambiente ecológico. Todas las materias primas del hormigón tradicional provienen de recursos naturales. Por cada 1t de cemento utilizado, se necesitan aproximadamente 0,6t de agua, 2t de arena y 3t de grava.
Para producir 1 t de cemento Portland se necesitan alrededor de 1,5 t de piedra caliza, una gran cantidad de carbón y electricidad, y se emite 1 t de CO2. El aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera es una de las causas del efecto invernadero global. Aunque en comparación con materiales de construcción como acero, aluminio, plástico, etc., ¿producción? El hormigón de Kunming causa relativamente poco o mucho menos consumo de energía y contaminación, y el hormigón en sí también es un material limpio. Sin embargo, debido a su enorme consumo, la sobreexplotación de minerales, arena y agregados de grava ha provocado la destrucción de recursos en muchos lugares y ha afectado gravemente al medio ambiente y al paisaje natural. Actualmente es difícil obtener arena y grava calificadas en algunas grandes ciudades. Por otro lado, la forma de tratar los residuos de hormigón tras la demolición de proyectos antiguos también supone una amenaza para el medio ambiente debido al deterioro prematuro del hormigón.
Por lo tanto, el hormigón del futuro debe reducir fundamentalmente la cantidad de cemento y debe hacer un mayor uso de diversos residuos industriales como materia prima. Se debe prestar plena atención al reciclaje de los residuos de hormigón, y el hormigón del futuro debe ser reciclado; de alto rendimiento, especialmente duraderos. Tanto la durabilidad como la alta resistencia significan un ahorro de recursos. En este contexto nació el "hormigón de altas prestaciones".
2 La definición y el rendimiento del hormigón de alto rendimiento
Hasta el momento, no existe una comprensión unificada de la definición o el significado del hormigón de alto rendimiento a nivel internacional. Diferentes países y diferentes personas tienen. opiniones diferentes. comprensión diferente. En términos generales, el hormigón de alto rendimiento se refiere a alta resistencia, alta durabilidad y alta trabajabilidad. Algunos académicos estadounidenses prestan más atención a la alta resistencia y la estabilidad dimensional (tipo norteamericano), mientras que los académicos europeos prestan más atención a la durabilidad (tipo europeo y europeo), mientras que los académicos japoneses prestan más atención a la alta trabajabilidad (tipo japonés). debido al énfasis que Japón pone en los efectos adversos de las técnicas de vibración del hormigón en la audición de los trabajadores.
Utilizar y potenciar el hormigón autocompactante libre de vibraciones. En nuestro país también hay debates sobre el significado del hormigón de altas prestaciones. Feng Naiqian señaló al comienzo de su libro "High Performance Concrete" publicado en 1996 que el hormigón de alto rendimiento debe ser de alta resistencia, porque en términos generales, la alta resistencia conduce a la durabilidad. Al mismo tiempo, cree que la base material para el desarrollo del hormigón de alto rendimiento es la disponibilidad de buenos aditivos y agentes reductores de agua, por lo que el hormigón de alto rendimiento debe contener aditivos. Estos puntos de vista de Feng Naiqian representaron la comprensión del concreto de alto rendimiento por parte de la mayoría de los estudiosos del concreto nacional en ese momento. En respuesta a la tendencia de búsqueda excesiva de alta resistencia en la comunidad de investigación científica en ese momento, Wu Zhongwei argumentó con
Algunas personas creen que una alta resistencia debe significar una alta durabilidad. Esto es incompleto porque el concreto de alta resistencia. traerá factores adversos a la durabilidad. El hormigón de alto rendimiento también debe incluir hormigón de resistencia media, como el hormigón C30. Wu Zhongwei concede gran importancia a la durabilidad Ya en 1986, expresó la opinión de que una alta resistencia no significa necesariamente una alta durabilidad, y una baja resistencia no necesariamente significa una mala durabilidad. Tiene mucha visión de futuro y su opinión es correcta. hoy.
¿Mayo de 1990 por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y Estados Unidos? ACl organizó el primer Simposio de hormigón de alto rendimiento, que define el hormigón de alto rendimiento como un hormigón homogéneo con los requisitos de rendimiento requeridos. Se debe adoptar una tecnología de construcción estricta, formulada con materiales de alta calidad, fácil de verter, sin segregación, propiedades mecánicas estables, alta resistencia inicial, tenacidad y estabilidad de volumen, y duradera. La mayoría de la gente admite que una alta resistencia por sí sola no significa necesariamente durabilidad, mientras que un alto rendimiento requiere tanto resistencia como durabilidad. Quizás debido al énfasis en las desventajas de la alta resistencia, el ACI estadounidense publicó otra definición en 1998: "El concreto de alto desempeño se refiere al concreto que cumple con requisitos especiales de combinación y uniformidad de desempeño. Si se utilizan componentes tradicionales de materia prima y mezcla general, vertido y métodos de curado, es posible que este tipo de concreto no siempre se produzca en grandes cantidades ". La explicación de ACI de esta definición es: "Cuando ciertas propiedades del concreto se formulan para un propósito y entorno específicos, es concreto de alto rendimiento, lo siguiente. Las propiedades pueden ser muy críticas para ciertos propósitos: facilidad de vertido, ausencia de segregación durante la vibración, resistencia temprana, propiedades mecánicas a largo plazo, impermeabilidad, compacidad, calor de hidratación, tenacidad, estabilidad del volumen, vida útil en ambientes hostiles porque muchas de ellas son largas. Las propiedades del hormigón de alto rendimiento están interrelacionadas, cambiar una de ellas a menudo cambiará las demás. Cuando se produce hormigón para un determinado propósito, se deben considerar varias características y luego cada una debe especificarse claramente en los documentos del contrato. La diferencia entre la definición de ACI de 1998 y las definiciones de ACI y NIST de 1990 es que la primera es anterior.
Está fuertemente catalogado como uno de los atributos opcionales para "Combinaciones de rendimiento especiales" en lugar de enfatizarse como una regla obligatoria.
Sin embargo, el Instituto Europeo del Hormigón y la Asociación Internacional del Hormigón Pretensado definen el hormigón de altas prestaciones como el hormigón con una relación agua-cemento inferior a 0,40. En Japón, el hormigón autocompactante con alta fluidez (es decir, hormigón libre de vibraciones) se denomina hormigón de alto rendimiento y su resistencia generalmente es de 40 a 45 MPa. Además del cemento, el hormigón también contiene polvo de escoria, cenizas volantes y agentes expansores. También hay algunos departamentos que han presentado requisitos específicos para el concreto de alto rendimiento basados en características profesionales, como la Administración Federal de Carreteras (FHWA) de 1995.
El hormigón de altas prestaciones se divide en cuatro grados, cada uno de los cuales especifica indicadores cuantitativos en ocho parámetros relacionados con la resistencia y la durabilidad. El Programa Estratégico de Investigación de Carreteras de EE. UU. (SHRP) propone que el concreto de alto rendimiento utilizado en proyectos de carreteras debe cumplir con los siguientes requisitos: (1) relación agua-cemento ≤ 0,35 (2) módulo dinámico relativo ≥ 0 % después de 300 ciclos de congelación y descongelación; (3) Resistencia a la compresión 4 h ≥ 17,2 MPa, o 24 ≥ 34,5 MPa, o 28d ≥ 68,9 MPa Esta definición se centra en la resistencia inicial, define concreto específico de alto rendimiento y carece de aplicabilidad universal. El hormigón de alto rendimiento para puentes, especialmente puentes de luces largas, debe cumplir los siguientes requisitos: (1) relación agua-cemento ≤ 0,40 (2) resistencia ≥ 41,4 MPa (3) baja tasa de fluencia;
El profesor Wu Zhongwei, un famoso científico del hormigón en mi país, define el hormigón de alto rendimiento como un nuevo tipo de hormigón de alta tecnología elaborado utilizando tecnología moderna del hormigón sobre la base de mejorar enormemente el rendimiento del hormigón ordinario. . Toma la durabilidad como principal indicador de diseño, y se enfoca en asegurar las siguientes prestaciones según los requerimientos de los diferentes usos: durabilidad, trabajabilidad, aplicabilidad, resistencia, estabilidad volumétrica y racionalidad económica. Por lo tanto, la preparación de hormigón de alto rendimiento se caracteriza por una baja relación agua-cemento y la selección de materias primas de alta calidad, además de cemento y áridos, es necesaria una cantidad suficiente de aditivos minerales finos y aditivos de alta eficacia. ser añadido. El profesor Wu Zhongwei también señaló en la Conferencia sobre hormigón de alta resistencia y alto rendimiento de marzo de 1997 que el hormigón de alto rendimiento debería utilizar residuos de residuos industriales como aditivo principal para ahorrar más clinker de cemento, y propuso el hormigón ecológico de alto rendimiento (GHPC). concepto.
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