超高性能コンクリートがプレキャスト、プレストレストコンクリートに革命を起こす|2020-04-23|Engineering News-Record
超高性能コンクリート（ＵＨＰＣ）はプレキャストコンクリート建設のための主要な材料として急速に浮上している。 最初に1990年代初頭に”反応粉の具体的な”として導入されて、この材料は米国のそして外国の成長する使用法を過去十年にわたって見ました。
Uhpcは、フランス、日本、マレーシアの道路橋、カナダ、ベネズエラの歩道橋、カナダ、フランスの屋根パネルや建築ファサードなどの建設に使用されています。
米国では、Uhpcはバージニア州とアイオワ州で橋の梁、ニューヨークとデラウェア州で橋のデッキのオーバーレイ、および20以上の他の州でプレキャスト橋のメンバー間のフィールドキャストジョイントを構築するために使用されています。 連邦および州の交通機関、国家産業機関、民間所有者、およびコンクリート生産者による継続的な研究開発努力は、この技術をさらに進歩させ、輸送および建
この材料の独特な性能特性を生かすためにうってつけの1つの主要産業はプレキャストプレストレストコンクリート工業である。
UHPCとは何ですか？
UHPCは繊維強化セメント系材料です。 それは慣習的なコンクリート—セメント、補足のセメント質材料(SCMs)、良い砂および化学混和と同じ材料の多数を含んでいるが、材料は無水ケイ酸の発煙からの砂への材料の密なパッキングを、すなわち最も良いのからの最も粗い材料に作成するために比例する。
UHPCの混合物のための総セメンタイト材料の内容は材料のcu ydごとの1,500のlbsを超過でき、頻繁に—ほとんどの慣習的な具体的な混合物のセメンタイト しかしながら、水−結合剤比（ｗ／ｂ）は、多くの場合、特殊な高範囲の水還元剤の使用によって促進され、０． 超低いw/bと結合される密な粒子のパッキングはコンクリートで例外的な強さおよび耐久性を提供する非常に精製された微細構造を作成する。 その結果、uhpcの要素は海兵隊員および解氷の露出のようなデマンドが高い環境で200年または多くの平均余命が、あることができる。
uhpcの定義に一様に合意されているわけではありませんが、典型的なUHPC圧縮強度は17,000psiを超えており、多くの市販のUHPC材料は30,000psi以上の強度を達成 慣習的な、高性能コンクリートと比較されて、UHPCは耐圧強度の3から5倍の増加を提供できる。 しかし、圧縮強度はこの材料の最も重要な特性ではありません。 構造プレキャストされた適用のためのコンクリートの構造UHPCと他のクラス間の主差別化要因は、特に、約1と3%間の適量で混合物に組み込まれる高力鋼鉄microfibersおよび精製された微細構造の組合せから得る材料の高い抗張性能である、容積（約130から390のlbs/cu yd）。
構造用UHPC混合物は、1,000psi以上の直接引張強さと2,500psi以上の曲げ強さを達成するように設計することができます。 さらに、うまく設計されたUHPCの混合物は要素が割れることの後で逸れると同時にかなり残りのflexural強さを高める重要な後割れる延性および歪の堅くな
UHPCの高い引張強さそして後割れる延性は構造設計に重要な利点を提供します。 まず，ひび割れ後の延性とひずみ硬化挙動により，破壊が差し迫っているときにコード義務延性を達成するために従来のコンクリートに必要な最小鉄筋を仮想的に排除することができる。
第二に、UHPCの高い延性は、鉄筋の助けを借りなくてもエネルギーを吸収する能力を増加させる驚異的な材料靭性をもたらす。
第三に、高い引張強さは、ビーム設計におけるせん断鐙の完全な除去の可能性を有する材料のせん断抵抗を増加させる。 鐙を除去することによって、要素の設計および生産は簡単にしメンバー網（茎）の幅は減らすことができる。 実際、梁、柱および他のUHPC構造部材は、従来の鉄筋コンクリート部材と同じ容量を提供しながら、材料の体積および重量がはるかに少ない断面で設計する
プレキャストプレストレストコンクリート技術の進歩
UHPCは、プレキャストプレストレストコンクリート産業の能力を向上させるためのかなりの約束を示しています。 この材料の性能特性は減らされたメンバーの重量、延長スパン長、およびより少ない補強を持っている間受諾可能な強さおよび修理可能を維持する構 さらに、この材料によって与えられて高い耐久性がこれらの構造システムはステンレス鋼および非金属補強棒を利用する設計への低い費用便益の比率の代わりとして、海洋の適用および冷た天候の露出のようなデマンドが高い環境で、配置することができる。
UHPCがプレキャストプレストレストコンクリート業界で広く実装されるためには、(1)uhpcがプレキャスト施設で確実に生産できること、原材料コストがcu ydあたり1,000ドル未満であること、(2)独自の性能特性を活用した構造システムの設計を可能にするための手順を開発する必要があることが必要である。uhpc。 このようなプロシージャは慣習的な具体的なプロダクトと比較される横断面のおよそ50%の減少を可能にすることによ
プレキャスト/プレストレストコンクリート研究所（PCI）は、この必要性を認識し、業界の利益のために研究プロジェクトを支援するためのリソースを割 全体的なプロジェクトと設計ガイドラインの開発は、オマハ、Nebのe.constructによって主導されています。、プロジェクトの材料の側面は、著者の会社、ウィス、ジャニー、ノースブルック、病気のエルストナーアソシエイツの二人によって導かれているが。
このプロジェクトの主な目標は、北米のプレキャスター施設で現地で入手可能な材料に基づいて費用対効果の高いUHPCミックスを実装する方法を開発し、建物や橋の最適化された構造部材の設計ガイドラインと新しい設計を開発することである。
これまでに、プロジェクトチームは、プレキャストプレストレストコンクリート生産施設でUHPC混合物を設計し、実装するためのガイドラインと推奨事項を (図1に、参加しているプリキャスターのいずれかでのUHPCの配置例を参照してください)。
さらに、長大橋および建物の要素のプロトタイプは設計サービス負荷を超過する最終的なメンバーの強さのプロジェクトチームによって、設計され、作り出され、そしてテストされました。 UHPC材料の初期高コストにもかかわらず、最適化された設計と部材断面の削減により、これらのUHPC製品は、初期コストベースで従来のコンクリートおよび鋼 これまでの進捗状況は、月に発表されたフェーズIレポートに要約されています。
図1. UHPCの配置、自己統合の一貫性を実証します。
最適化されたUHPCメンバーの適用例
UHPCを使用すると、60フィート×60フィートのカラムフリーベイを持つオフィスビルの床を設計することが可能になり、リーススペースのインテリアデザインに大きな柔軟性が可能になりました。 250のft、受諾可能な船積みおよび建設の限界の内で、そして分野の支注するか、または接続のための必要性なしで橋桁を限り開発することもまた可 次の2つの例は、UHPCアプリケーションの強力な可能性を示しています。
図2は、建物で使用するための設計コンセプトを示しています。 “½”によって形づけられる横断面は22インチの深さを使用して60フィートのスパンを可能にするプレキャストされた、プレストレスト床板である。 この設計には、プレストレスのストランド以外の鋼は必要ありません。 上のフランジは厚い1インチだけであり、茎は幅2インチだけである。 全体の重量は、厚さ3インチ未満の固体スラブに対応しています。 取付けられていて、soffitは茎の間で伸び、石膏ボードで覆われて軽いゲージの梁と閉まり茎に実用性の統合を可能にする開始がある。 この長スパンプロダクトを使うと、住宅の高層ビルはスペース利用の効率および居住者の安全を高める低層階のコラムなしの駐車があることがで 比較的浅い構造深さ—機械の、電気および配管システムを組み込むこと-スペースおよび費用効果が大きい物語の高さの有効な使用を提供する。
図2. 住宅用Uhpcスラブシステムの概念
図3は、加速橋建設（ABC）アプリケーションで40-60フィートのスパンに使用される従来のコンクリートスラブビームを示しています。 図はまた同じ深さ、幅および積載量を使用して最大限に活用されたUHPCによって無効にされる箱の平板を示す。 UHPCプロダクトに同じような慣習的で具体的なビームと比較されるコンクリートの約52%およびrebarの4%以下があります。 フロリダの点の構造実験室によるフル-スケールのテストはこのビーム設計に橋に要求されるより大いに高いflexural、せん断、打つせん断および横断容量があ 要素設計のさらなる改良は、使用されるストランドの数の減少を正当化することができ、このデモのための従来のコンクリート製品と同じに保たれた。
図3. 橋塗布のための箱の平板。 左:補強を示す慣習的な具体的な箱の平板（型枠の取付け前に）;右: 最大限に活用されたUHPC箱の平板（型枠および泡の空間形成blockoutと）。
結論
UHPCは、特に長いスパンや耐久性の向上が有益な大規模なアプリケーションで、プレキャスト、プレストレストコンクリート業界に革命をもたらす可 新しい設計および出現の設計手順によって、UHPCに最初費用の基礎の慣習的な具体的な、鋼鉄代わりと費用競争である機能があり長期ライフサイクル-コ UHPCの主特性の利用によって、長スパンのプレキャストされた、プレストレストされた橋および建物のメンバーは材料の彼らのより有効な使用、改善されたスペース利用および高められた長期性能によって企業を、革命化します。