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UHPC土外墙装饰薄板:坚固又时尚符合建筑规范

  以下演讲中表达的观点是演讲者的个人观点,不一定反映ACI或其委员会的意见。

  ACI网络会议是在ACI大会或其他混凝土行业活动上录制的,并将在一周内免费提供观看。之后,它们将被存档在ACI网站上或根据内容添加到ACI的在线CEU项目中。

  非常感谢Kay。我叫Mahmoud Ik NL,我曾在ICC评估服务工作过。今天我要谈论一个我参与的项目。正如Kay提到的,你不会在手册中看到这个标题,因为我是临时替补,所以我快速准备了一些内容,想谈谈超高性能混凝土薄壁挂板以及我们如何展示建筑规范的合规性。这是我参与的一个项目,我不是主要工程师,但现在我接手了这个项目。

  首先,当我们收到制造商的请求时,他们希望展示其材料的所有组件符合建筑规范。我们要求他们定义材料,所以我想先定义一下这种材料,然后再谈建筑规范的合规性概念,最后展示我们如何完成建筑规范的合规过程。

  当制造商找到我们时,我们问了一些问题,请定义一下你的材料。制造商说,这是工厂制造的超高性能薄壁挂板,通过后安装锚固件机械地固定在墙框架上,仅用于外部使用,没有传统的钢筋,其最大厚度为一英寸。这个项目始于2014年,我们提出了这个简要描述。我知道239正在研究一个更广泛的描述,我们说超高性能混凝土是一种由水泥、细骨料、超塑化剂、加速剂、合成纤维和其他外加剂组成的水泥复合材料。我想指出,这是一个特定的专有混合项目,所以他们使用了合成纤维和其他外加剂和加速剂。

  我们说我们了解你的材料,所以我们可以帮助你,因为一些代码官员、设计师和工程师在看到超高性能混凝土时会有些怀疑,因为建筑规范可能没有涉及这种材料。我想谈谈建筑规范,当我说建筑规范时,我指的是国际建筑规范(IBC),它现在被美国所有50个州采用,是美国主要的建筑规范。当各州采用这个建筑规范时,他们会更改名称,所以国际建筑规范在加利福尼亚州成为加利福尼亚建筑规范,在佛罗里达州成为佛罗里达国际建筑规范,但它们都基于一个单一的模型建筑规范,即国际建筑规范。国际建筑规范引用了其他代码文件,它们成为引用代码,这是我们使用的术语。如果我们说引用代码,有三本ACI书籍在列表中:ACI 318、ACI 530(或称为TMS 402)和ACI 216(防火),它们都成为引用代码。

  当我们看这种材料时,这些代码书籍都没有涉及这种系统,特别是超高性能混凝土。但建筑规范的好处是有一个104.11节,它说,如果你有一种替代材料,并且你能展示这种材料在质量、强度、效果、防火、耐久性和安全性方面至少等同于代码中规定的材料,你就可以使用它。如果需要,可以从认可的来源获取研究报告,设计工程师通常使用研究报告,代码官员和建筑检查员也使用研究报告。

  这就是我的工作变得非常有趣的部分,我如何为一种替代材料编写研究报告?首先,我需要通过一个公开的过程制定接受标准,这个过程每年进行三次,向公众开放,并通过网络直播,所以全世界的人都可以看到。实际上,当我查看谁在观看这些讨论时,我看到来自世界各地的人,从中国到中东再到南美洲。然后我们通过公开过程制定了AC 450接受标准,有一个独立的委员会,有九名代码官员,他们是独立的,听取公众、制造商的意见,并决定是否可以批准这个接受标准。

  我们制定了AC 450接受标准,我们的目标是104.11节,我们想展示在强度、耐久性、防火、安全性和结构设计方面的合规性。如果我进入细节,显然我没有时间谈论整个标准,也许我可以强调一下这个标准对超高性能混凝土墙挂板材料的要求。一个要求是规定性的,我们不想处理,我们说防火考虑必须符合代码要求,所以如果代码官员要求有防水屏障,请在建筑中安装防水屏障。

  然后我们在这个接受标准中有材料测试要求,压缩强度测试参考ASTM C 39,结构强度测试参考ASTM C 1609。由于超高性能混凝土板中没有传统的钢筋,我们与公众、行业和制造商讨论后,要求进行ASTM 1609测试,并要求后裂缝峰值强度大于第一次峰值强度。

  当然,这是一个专有的超高性能混凝土混合物,含有合成纤维,我们希望测试这些合成纤维,有时标准会相互交叉,我们有一个不同的标准AC 32用于合成纤维,我们要求在这种超高性能混凝土中使用的合成纤维进行测试,并符合AC 32第4.6节关于纤维与混凝土兼容性的要求。

  材料测试还要求进行ASTM C 640的吸水率测试,与公众、行业和代码官员讨论后,我们接受的条件是吸水率小于9%。

  标准还要求对这种材料进行一些耐久性测试,包括冻融测试,与行业讨论后,我们决定耐久性系数为90,这可能听起来很高,但对于这种超高性能混凝土,我们要求在300个循环后耐久性系数为90。

  它还要求对细骨料进行碱-硅反应测试。经过公开听证过程中的讨论,我们将值设定为小于0.1%。标准还要求根据ASTM C 531进行线性热膨胀系数测试,并要求在研究报告中公布该专有混合材料的平均值。

  在公开讨论和与行业的讨论中,我们希望看到温度循环对这些外墙板的影响,因为它们总是用于外部。我们找不到ASTM或其他文件来解决这个问题,所以我们提出了一个测试程序。经过长时间的讨论,这个程序进行了三次公开听证,因为在纸面上看起来很完美,但当实验室开始测试时,发现了一些不足之处,所以进行了三次修订。

  测试要求对五个全尺寸的超高性能混凝土板进行25个连续的温度循环。它们应以实际条件下的方式安装,并在环境室中进行循环。每个循环包括五个步骤:在室温下暴露于水中一小时,然后在零下40华氏度下六小时,然后在40到70华氏度下两小时,然后在180华氏度下14小时,最后在70华氏度下一小时。这是一个循环,我们要求对这些板进行25个连续循环。

  我们关注的是这些循环对板性能的影响。暴露后,不应有裂缝、检查、起泡、侵蚀或其他可能影响性能的特征。我认为关键是可能影响性能的特征。如果是墙挂板,还不应在固定位置出现任何故障或应力迹象。

  请注意,这是一个规定性的标准。他们说这是由特定制造商生产的材料,所以他们使用锚固件,我们希望确保这些锚固件不会失效。我展示的是替代材料的建筑规范合规性,当我说建筑规范合规性时,我必须从A到Z全面覆盖,这是代码官员、建筑商和设计工程师希望看到的。

  建筑规范涵盖了强度、防火、火焰传播和不可燃性。如果你将这种材料用作防火系统的一部分,你必须测试这种材料,否则你将被限制在非防火等级。代码要求火焰传播测试,如果你想在1、2、3、4类建筑中使用,并且高度超过140英尺,并且有可燃的防水屏障,你必须进行NFPA 285测试。代码还要求不可燃性测试,如果不进行测试,你将被限制在5类建筑中,应用范围非常有限。

  接受标准还参考了ASTM C 518的热阻测试,尽管这不是一个代码要求,IBC目前没有涉及热阻,但这是一个可选测试,如果进行测试,我们会公布结果。

  我正在展示建筑规范合规性,我测试了材料,检查了耐久性,查看了防火性、火焰传播和其他方面。现在谈到结构,我们与申请人和公众讨论了可以添加什么,如何解决这种材料的结构性能。我正在为这种专有材料编写研究报告,我们决定采用允许应力设计并公布允许的风压。我们确定了安全系数为3,并要求进行ASTM E 330测试,我们将极限强度定义为板材第一次裂缝前的强度。

  这是一个由超高性能混凝土制成的专有墙板,它们通过混凝土锚固件固定在基材上,所以我们需要解决锚固件的问题。我们参考了AC 193,这是混凝土构件机械锚固件的接受标准,并要求对这些锚固件进行抗拉和剪切测试,以确保这是最保守的情况。我们查看了代码和标准,决定在0.08英寸的裂缝宽度下进行测试,假设这是最坏的情况,混凝土裂缝和锚固件存在,风在吹。

  设计工程师或结构工程师参与其中,他们确定风压,并将风荷载分配给锚固件,确保锚固件的承载能力更高,从而防止锚固件失效。最终目标是编写研究报告,帮助代码官员、建筑官员或设计工程师使用这种材料,直到行业制定出代码或指南。

  我们对这种材料设定了一些限制,例如,我们希望结构工程师直接参与,并要求设计专业人员考虑基材墙系统与薄挂板的刚度兼容性,不引入任何额外的应力。我们希望结构工程师确保刚度兼容性。

  目前,这个标准仍在发展和改进,我们没有太多信息或测试程序来解决高地震设计类别的问题,所以我们将这些超高性能混凝土板的使用限制在设计类别A和B中。我们采用允许应力设计,并决定公布板材的风压损失。

  再次强调,国际建筑规范第104.11节是美国主要的建筑规范,它要求强度、耐久性、防火性等。我正在为一种特定材料编写研究报告,我想确保他们使用相同或更好的锚固件或混合物,以确保我们发布的允许损失不会受到不利影响。因此,我们每年检查两次,检查混凝土混合物,检查他们使用的纤维种类,检查板材的放置和成型尺寸以及锚固件。

  我们确保他们按照质量控制手册生产。此外,我们还帮助现场的建筑官员。当你打开建筑规范时,关于超高性能混凝土板的检查信息并不多。因此,我们决定通过在研究报告中解决这个问题来帮助法院官员、建筑设计工程师或检查员。

  研究报告在公开讨论和法院官员的意见后,要求定期检查、定期特殊检查,检查要求在报告中详细说明,包括锚固件和硬化混凝土构件的检查以及预制混凝土构件的安装。因此,特殊检查将在工地上定期进行。

  总之,IBC是美国的主要建筑规范,所有50个州、所有部门、州部门甚至美国领土都采用它作为法律建筑规范。第104.11节允许使用替代材料,在许多情况下,代码官员、设计工程师需要研究报告才能使用它,直到指南或代码可用为止。因此,我们制定了AC 458来解决这个问题,作为一个临时解决方案,根据ACA 458发布的研究报告展示了代码合规性,主要由代码官员和结构或设计工程师使用。

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