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UHPC超高性能混凝土到底是什么?

時間:2020-07-09 14:49 | 人氣:
所謂的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete),簡稱UHPC,在國際上是指那種抗壓強度在150Mpa以上,并且具有超高韌性、超長耐久性的水泥基復合材料的統稱。其中,最具代表性的超高性能混凝土材料為活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete),最早由法國學者于1993年提出,主要由硅灰、水泥、減水劑、細骨料及鋼纖維等材料組成,依照最大密實度原理構建,從而可使材料內部的缺陷(孔隙與微裂縫)減至最少。
UHPC材料組分內不包含粗骨料,顆粒粒徑一般小于1mm,因高度的致密性而具有超高強度及優異的耐久性。研究表明,UHPC抗壓強度可達200MPa以上,同時材料耐久性可達200年以上。此外,由于UHPC中分散的細鋼纖維可大大減緩材料內部微裂縫的擴展,從而使材料表現出超高的韌性和延性性能。
下圖顯示了不同材料同等抗彎強度的尺寸對比。
UHPC與普通混凝土的抗彎強度尺寸對比

1、UHPC基底材料的設計原理是什么?

緊密堆積。這是所有致密粉末材料設計的基本原理之一。

2、如何選擇UHPC用纖維?

考慮性價比,可優先選用金屬纖維,其次是非金屬纖維。不同纖維混合使用時,需小心試驗后再合理選用。

 

3、為何不建議UHPC使用大尺寸骨料?

這涉及材料斷裂力學問題,包括原始裂紋尺寸大小和缺陷密度問題;也涉及材料勻質性問題,如大顆粒的空間分布問題;還涉及多孔材料中的傳質問題。除非必要(或構件斷面尺寸足夠大),一般不宜采用>5mm的骨料(除非確實必要,如減縮、降溫、降低成本等)!

 

4、UHPC適用于哪些場合?

常規混凝土不能滿足要求的地方!有高抗滲、高抗凍、高抗鹽侵蝕要求的地方;有高抗震、抗爆、抗裂要求的地方;超大跨度結構、大型殼結構、曲面結構;舊結構的修補與加固等……

 

5、如何保證UHPC的基本品質?

無纖維基底材料的立方體(100mmx100mmx100mm)抗壓強度不低于150MPa,抗拉強度不低于5MPa,滲透性比C80低兩個數量級,且無肉眼可見氣泡;這些也都是入門級品質要求。另外,應免除常規混凝土(包括HPC)的常見劣化問題(包括鋼筋腐蝕、凍融破壞、堿-骨料反應和硫酸鹽侵蝕)困擾,這樣的UHPC才配得起真正UHPC的稱號;如果仍受這些劣化現象困擾,那就配不上UHPC的稱呼。

 

6、UHPC的抗磨和耐火性能也能高出C80很多嗎?

水泥基材料的抗磨性能和抗火性能均需特殊設計,與材料的抗壓強度或致密性沒有固定關系。UHPC的抗磨和耐火性能可以設計得非常優異,但與C80相比,不易實現數量級或幾個數量級程度的提升。

 

7、UHPC的彈模為何不容易達到55GPa以上?

材料的彈模本質上取決于材料中主要結合鍵類型。UHPC仍然是水泥基材料,結合鍵類型沒有發生本質變化,不可能顯著提高。在UHPC中加入高強高硬度骨料,可以提高彈性模量,達到60-70GPa水平。


8、什么樣的UHPC性價比較高?

以目前國內生產水平看,標準立方抗壓強度在150~200MPa之間,抗拉強度在7~12MPa之間,滲透性低于C80兩個數量級的UHPC材料性價比較高;隨著未來技術發展,這些指標將會發生變化。

 

9、UHPC最大弱項是什么?

和其它水泥基材料一樣,不耐酸腐蝕(包括硫酸鹽菌的侵蝕,雖然比OPC好很多)。自收縮更大,早期開裂敏感性理論上更強(實際不一定)。

 

10、為何要對UHPC進行蒸養?

主要是消除UHPC的后期經時水化帶來的不良影響,如收縮開裂、徐變等;另外,可提高UHPC的強度和致密程度。充分蒸養(又稱濕熱養護、熱養護、“熱處理”等)能讓常溫下可水化的膠凝材料盡早完成水化,減少后期經時變化。所以,有條件蒸養的就盡可能蒸養,不必一味追求免蒸養技術。免蒸養并不總意味著先進,要因材、因境隨機應變。

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