UHPC：建筑规范合规性探秘

以下演讲中表达的观点是演讲者的观点，不一定反映 ACI 或其委员会的看法。我看到网络会议是在 ACI 大会或其他混凝土行业活动中录制的，将免费提供观看一周，此后将归档到 ACI 网站或添加到 CIS 在线继续教育单元计划中，具体取决于其内容。

非常感谢你，Kay。我叫 Mahmoud ik NL，我在 ICC 评估服务部门工作过。我将要谈及我参与的一个项目。正如 Kay 提到的，你们的会议手册中不会有这个标题，因为我是最后一刻的替补。所以我赶紧准备了一些内容，我想谈谈超高性能混凝土在墙体覆面板中的应用，以及我们如何展示其符合建筑规范。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，当我们收到一个制造商的请求时，他们希望展示其材料的全部组件，我们说，你能先给我们定义一下吗？所以我想先定义这个材料是什么，然后谈谈建筑规范合规性的概念，最后展示我们如何完成建筑规范合规性流程。

当生产商找到我们时，我们提出了一些问题：请你定义一下你的材料是什么？生产商说，这是一种工厂预制的超高性能薄壁覆面板，通过后装锚固件机械附着在墙体框架上，仅用于外墙。没有传统的钢筋，他们说最大厚度为一英寸。让事情变得复杂的是，他们使用的是超高性能混凝土。这个项目始于 2014 年，我们提出了这个简短的描述。我知道 2:39 正在制定更广泛的描述，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、合成纤维和其他混合物组成的复合材料。我想指出，这是一个特定专有配方的项目，所以他们使用了合成纤维和其他外加剂及加速剂。

所以我想说，我们了解了你的材料，但我们无法帮助你，因为一些规范官员、设计工程师在看到超高性能混凝土时，会因为建筑规范中可能没有相关内容而持怀疑态度。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》，它现已被美国所有 50 个州采用，是美国主要的建筑规范。各州在采纳这一规范时会更改名称，所以《国际建筑规范》在加利福尼亚变成了《加利福尼亚建筑规范》，在佛罗里达变成了《佛罗里达国际建筑规范》，但它们都基于美国统一的单一模型建筑规范，即《国际建筑规范》。《国际建筑规范》引用了其他规范文件，这些文件通过引用成为规范的一部分。我们使用的术语是“通过引用”。其中列入了三本 ACI 的书籍：ACI 318、ACI 530（你可能知道为 TMS 402）和 ACI 216 防火性能，它们都通过引用成为规范的一部分。当我们审视这种材料时，这些规范书中没有一本涉及该系统，尤其是超高性能混凝土。

但建筑规范的好处在于，第 104.11 节规定，如果你的材料是替代材料，并且你能证明其在质量、强度、有效性、防火性、耐久性和安全性方面至少等同于规范中规定的要求，你就可以使用它。如果有必要，可以借助研究报告来辅助证明。研究报告可以来自认可的来源，设计工程师、规范官员、建筑检查员通常会使用这些研究报告。这就是我的工作变得有趣的部分：我如何为一种替代材料撰写研究报告？首先，我需要通过一个公开的公共流程制定验收标准。这种流程每年举行三次，对公众开放，并通过网络直播，全世界的人都可以看到。实际上，当我查看观看这些讨论的人时，我看到来自中国、中东、南美等地的人们都在关注。

于是我们通过公共流程制定了验收标准 AC 450。有一个由九名独立规范官员组成的独立委员会，他们听取公众、制造商的意见，然后决定是否批准这一验收标准。我们制定了 AC 458，我们的目标是依据第 104.11 节，在强度、耐久性、防火性和安全性以及结构设计方面展示规范合规性。如果我详细说明，显然我没有时间讲述整个标准的所有要求，但我可以突出超高性能混凝土墙体覆面板的一些要求。其中一个要求是规范性的，我们不想处理复杂的情况，我们说，对于规范要求的防水层考虑，你必须遵守规范。如果规范官员要求防水层，就在建筑中加入防水层。

然后我们在验收标准中规定了材料测试。对于抗压强度，我们参照 ASTM C 39；对于结构强度，我们参照 ASTM C 1609。因为超高性能混凝土面板中没有传统钢筋，在与公众、行业和生产商的讨论后，我们要求 ASTM 1609 测试需被观察，结果应如图所示，我们要求后裂峰值强度大于首次峰值强度。当然，这是一种专有的超高性能混凝土配方，含有合成纤维，我们想测试这些合成纤维。有时标准之间会相互交叉，我们有另一项标准 AC 32 用于合成纤维，我们要求用于超高性能混凝土的合成纤维需经过测试，并符合第 4.6 节关于纤维与混凝土兼容性的要求。

材料测试还包括 ASTM C 640 的吸水率测试，经过与公众、行业和规范官员的讨论，我们将验收条件设定为低于 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。在与行业讨论后，我们决定耐久性系数为 90，这可能听起来较高，但对于超高性能混凝土，我们要求在 300 次循环后达到 90 的耐久性系数。它还要求对细骨料进行碱硅反应性测试，经过公开听证流程的讨论，我们将值设定为低于 0.1%。标准还要求按照 ASTM C 531 测试线性热膨胀系数，并要求将平均值记录在为这种专有配方材料编写的报告中。

有趣的是，在公共讨论和与行业的交流中，我们希望了解温度循环对这些面板的影响，因为它们始终用于外墙。我们找不到 ASTM 或相关文件来解决这个问题，于是我们提出了一个测试程序。经过长时间讨论，这个程序实际上经过了三次公开听证，因为它在纸面上看起来完美，但实验室开始测试时发现了一些缺陷，所以修订了三次。我本可以将每个细节都写在这页幻灯片上，但显然不行。它要求对由超高性能混凝土制成的五个全尺寸面板进行 25 次连续温度循环，面板应为最大尺寸，并按现实条件附着，然后在环境舱中进行循环。每个循环包括五个步骤：室温下 1 小时的水暴露，随后在零下 40 华氏度下 6 小时，然后在 47 华氏度下 2 小时，再在 180 华氏度下 14 小时，最后在 70 华氏度下 1 小时。这是一个循环，我们要求连续进行 25 次循环。我们关注的是这些循环如何影响面板的性能，暴露后不得出现裂纹、剥落、侵蚀或其他可能影响性能的特征。这是关键词：“可能影响性能”。如果这些是墙体覆面板，还不得在紧固件位置出现失效或受力的迹象。请注意，这是一种特定制造商生产的材料，他们使用了锚固件，所以我们希望确保这些锚固件也不会失效。

我展示的是一种替代材料的建筑规范合规性。当我说建筑规范合规性时，我必须从头到尾全面解决，这是规范官员的要求，也是设计工程师希望看到的。建筑规范涵盖强度、防火性、火焰传播和不可燃性。如果将这种材料用于防火等级系统，你必须测试这种材料，否则将仅限于非防火等级用途。规范要求测试火焰传播，如果你想用于 1、2、3、4 类建筑，且高度超过 140 英尺，并且有可燃防水层——我在之前的幻灯片中提到过，你必须遵守规范对防水层的要求——如果你有可燃防水层，则需按 NFPA 285 测试。规范要求不可燃性测试，如果不做，你将限于 5 类建筑，其应用范围非常有限。验收标准还参照 ASTM C 5418 测试热阻，虽然这不是《国际建筑规范》的要求，但它是可选测试，如果做了，我们会发布结果。

我在展示建筑规范合规性，我测试了材料，检查了耐久性， بررسی了防火性和火焰传播等。现在谈到结构方面，我们与申请人和公众讨论，如何解决这一交互性能。我在为这种专有材料撰写研究报告，我们决定采用允许应力设计，发布允许的风压。我们确定安全系数为 3，要求按 ASTM E 330 测试，我们将极限强度定义为面板首次开裂前的强度。这又是用超高性能混凝土制成的专有墙板，通过混凝土锚固件附着在基材上，所以我们认为需要解决锚固件问题。我们再次交叉引用验收标准，参照 AC 193，这是针对混凝土元素中机械锚固件的验收标准。然后我们要求对背风向进行拉力测试，对这些面板进行剪力测试，确保这是最保守的情况。我们查看了规范和标准，确定在开裂混凝土上进行测试可能是最坏的情况，假设这是最保守的场景，混凝土开裂，锚固件在其中，风在吹。所以我们决定在 0.08 英寸裂缝宽度的条件下进行测试。这时设计工程师或结构工程师参与进来，他们确定风压，然后将支承风载分配到锚固件上，确保锚固件的额定载荷更高，以防止锚固件失效。最终目标是为规范官员、建筑官员或设计工程师撰写研究报告，帮助他们在规范或行业指南制定之前使用这种材料。

我们为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，我们希望研究报告声明，设计专业人员应考虑基材墙体系统与薄覆面板的刚度兼容性，不得为面板引入额外的应力。我们希望结构工程师确保刚度兼容性。目前，这一标准仍在发展和完善中，我们还没有很多信息或测试程序来解决高地震设计类别的问题，所以我们将超高性能混凝土面板的使用限制在地震设计类别 A 和 B 中。然后，正如我提到的，我们采用了允许应力设计，决定发布面板的风压值。如果你查看《国际建筑规范》第 104.11 节，这是美国各地主要的建筑规范，它要求强度、耐久性、防火性，还要求质量控制。我为特定材料撰写研究报告，想确保他们使用相同或更好的锚固件、相同或更好的配方，以免我们发布的允许载荷受到不利影响。所以我们每年检查两次，检查混凝土配方，检查他们使用的纤维类型，检查面板的放置、成型尺寸和锚固件，确保它们按照质量控制手册生产。

我们也在帮助现场的规范官员和建筑官员。当你翻开建筑规范时，关于超高性能混凝土面板的检查信息不多。我们决定在研究报告中解决这一问题，以帮助规范官员、建筑设计工程师或检查员。经过公共讨论和规范官员的意见，研究报告要求定期特殊检查，检查要求在报告中详细说明，包括对锚固件、硬化混凝土构件中的后装件以及预制混凝土构件的安装进行检查。因此，特殊检查将在工地定期进行。

总之，《国际建筑规范》是美国主要的建筑规范，所有 50 个州、甚至美国国务院和美国领土都将其作为法定建筑规范。第 104.11 节允许使用替代材料，在许多情况下，规范官员和设计工程师需要研究报告才能使用它，直到指南或规范可用为止。所以我们制定了 AC 458 来解决这一问题，作为临时解决方案。根据 AC 458 发布的研究报告展示了规范合规性，主要由规范官员和结构或设计工程师使用。非常感谢。

我记得我们没有定义尺寸，但我们要求在全尺寸上进行测试，所以我们应该将测试的最大尺寸视为规范性尺寸，记录在研究报告中。

是的，这是一个问题，特别是因为很难找到一个环境舱来适应五个这样的面板并进行条件测试，显然存在尺寸限制。但我们可以与结构工程师、设计工程师讨论，如果环境舱存在尺寸问题，或许可以以保守的方式推算。

《国际建筑规范》目前没有任何关于抗爆性能的要求，所以我们没有涉及这一方面。但如果制造商希望这一特性被认可，可以在研究报告中加以识别，但规范没有要求，所以它们是可选的。

我目前没有这方面的信息，我不是生产商，我们负责制定验收标准，但我认为我们应该咨询面板生产商。

这就是为什么我们参照了第 1403 节关于防水层的要求，他们必须遵守该部分。我不知道关于间隙或安装的细节。

关于尺寸限制的问题，使用合成纤维是否对面板尺寸有限制？这是专有材料，可能有使用钢纤维的另一种配方，但我们研究的是合成纤维。关于纤维尺寸还是面板尺寸的限制？是面板尺寸。我需要再次查看标准，我没有把所有信息都放在这里，但目前限制因素是测试条件。如果他们生产的东西超出了测试范围，我想我们可以与结构工程师协商，提出保守的方法或分析，看看是否可以接受。你是说这还没有用于实际项目，只是评估阶段吗？不，它们已经在实际项目中使用了，这是规范合规性项目，我们通过测试展示它们对建筑规范来说是保守安全的。