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UHPC超高性能混凝土到底是什么?

时间:2020-07-09 14:49 | 人气:
所谓的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete),简称UHPC,在国际上是指那种抗压强度在150Mpa以上,并且具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料的统称。其中,最具代表性的超高性能混凝土材料为活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete),最早由法国学者于1993年提出,主要由硅灰、水泥、减水剂、细骨料及钢纤维等材料组成,依照最大密实度原理构建,从而可使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减至最少。
UHPC材料组分内不包含粗骨料,颗粒粒径一般小于1mm,因高度的致密性而具有超高强度及优异的耐久性。研究表明,UHPC抗压强度可达200MPa以上,同时材料耐久性可达200年以上。此外,由于UHPC中分散的细钢纤维可大大减缓材料内部微裂缝的扩展,从而使材料表现出超高的韧性和延性性能。
下图显示了不同材料同等抗弯强度的尺寸对比。
UHPC与普通混凝土的抗弯强度尺寸对比

1、UHPC基底材料的设计原理是什么?

紧密堆积。这是所有致密粉末材料设计的基本原理之一。

2、如何选择UHPC用纤维?

考虑性价比,可优先选用金属纤维,其次是非金属纤维。不同纤维混合使用时,需小心试验后再合理选用。

 

3、为何不建议UHPC使用大尺寸骨料?

这涉及材料断裂力学问题,包括原始裂纹尺寸大小和缺陷密度问题;也涉及材料匀质性问题,如大颗粒的空间分布问题;还涉及多孔材料中的传质问题。除非必要(或构件断面尺寸足够大),一般不宜采用>5mm的骨料(除非确实必要,如减缩、降温、降低成本等)!

 

4、UHPC适用于哪些场合?

常规混凝土不能满足要求的地方!有高抗渗、高抗冻、高抗盐侵蚀要求的地方;有高抗震、抗爆、抗裂要求的地方;超大跨度结构、大型壳结构、曲面结构;旧结构的修补与加固等……

 

5、如何保证UHPC的基本品质?

无纤维基底材料的立方体(100mmx100mmx100mm)抗压强度不低于150MPa,抗拉强度不低于5MPa,渗透性比C80低两个数量级,且无肉眼可见气泡;这些也都是入门级品质要求。另外,应免除常规混凝土(包括HPC)的常见劣化问题(包括钢筋腐蚀、冻融破坏、碱-骨料反应和硫酸盐侵蚀)困扰,这样的UHPC才配得起真正UHPC的称号;如果仍受这些劣化现象困扰,那就配不上UHPC的称呼。

 

6、UHPC的抗磨和耐火性能也能高出C80很多吗?

水泥基材料的抗磨性能和抗火性能均需特殊设计,与材料的抗压强度或致密性没有固定关系。UHPC的抗磨和耐火性能可以设计得非常优异,但与C80相比,不易实现数量级或几个数量级程度的提升。

 

7、UHPC的弹模为何不容易达到55GPa以上?

材料的弹模本质上取决于材料中主要结合键类型。UHPC仍然是水泥基材料,结合键类型没有发生本质变化,不可能显著提高。在UHPC中加入高强高硬度骨料,可以提高弹性模量,达到60-70GPa水平。


8、什么样的UHPC性价比较高?

以目前国内生产水平看,标准立方抗压强度在150~200MPa之间,抗拉强度在7~12MPa之间,渗透性低于C80两个数量级的UHPC材料性价比较高;随着未来技术发展,这些指标将会发生变化。

 

9、UHPC最大弱项是什么?

和其它水泥基材料一样,不耐酸腐蚀(包括硫酸盐菌的侵蚀,虽然比OPC好很多)。自收缩更大,早期开裂敏感性理论上更强(实际不一定)。

 

10、为何要对UHPC进行蒸养?

主要是消除UHPC的后期经时水化带来的不良影响,如收缩开裂、徐变等;另外,可提高UHPC的强度和致密程度。充分蒸养(又称湿热养护、热养护、“热处理”等)能让常温下可水化的胶凝材料尽早完成水化,减少后期经时变化。所以,有条件蒸养的就尽可能蒸养,不必一味追求免蒸养技术。免蒸养并不总意味着先进,要因材、因境随机应变。

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