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超高性能混凝土(UHPC)的特点是什么

作者:上海华谨建材 发布日期:2022-12-03 15:42:01

简介

超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),也称作活性粉末混凝土(RPC,Reactive Powder Concrete),是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。

"超高性能混凝土"包含两个方面'超高'--超高的耐久性和超高的力学性能。

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超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing),其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积,即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充,微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。早在1931年,Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而,直到上世纪七十年代末,在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上,采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生,称作CRC(Compact Reinforced Composite,密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能,最高抗压强度超过400MPa,使用烧结铝矾土作骨料,同时使用钢纤维提高材料的韧性,所以称作"复合材料"。受到当时高效减水剂性能的限制,CRC或早期UHPC比较粘滞,振捣密实较困难,还不便于现浇应用。上世纪九十年代,欧洲开展了合作研究项目,世界各地也广泛开展相关研究,这种材料获得一个新名称"活性粉末混凝土,简称RPC"。"超高性能混凝土UHPC"的名称形成于本世纪,因为与早期的CRC或RPC相比,随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步,这种材料已具备了普通混凝土的施工性能,甚至可以实现自密实,可以常温养护,已经具备广泛应用的条件。

UHPC堪称耐久性最好的工程材料,适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构,同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此,UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构,以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前,UHPC已经在一些实际工程中应用,如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳,等等。可以预计,还会有越来越多的应用。


超高性能混凝土,简称UHPC(ULTRA-HIGHPERFORMANCECONCRETE),也称作活性粉末混凝土(RPC,REACTIVEPOWDERCONCRETE),是过去几十年最具创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。“超高性能混凝土”包含两个方面‘超高’——具有超高的耐久性和超高的力学性能(抗压、抗拉以及高韧性)。而且安装成本低,操作简便,有利于环保,是专为建筑而生的神奇材料。

UHPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料。它的基本配置原理是:通过提高组分的细度与活性,不使用粗骨料,使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减到最少,以获得超高强度与高耐久性。超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(DENSIFIEDPARTICLEPACKING),其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积,即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充,微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。

UHPC不使用粗骨料,必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维),水泥用量较大,水胶比很低。


一、UHPC特点

1、耐久性:UHPC的特殊配方可以把材料分子有规律的排列从而使产品有极低的穿透性和极高的耐久性。这使材料在极端环境下如潮湿,冰冷,冰雹,海边,化学厂区有着良好的性能。

2、自愈性能:UHPC的钢筋微纤维的低孔隙度可以防止腐蚀和氧化。损坏时,UHPC能”再生”。微裂缝能重新愈合是由UHPC的自愈性能,利用空气中的湿度进一步水化反应。

延展性能:不同于普通混凝土,UHPC独特的结构赋予了其优异的延展性。水泥基材料与金属纤维和有机纤维结合实现了抗压强度和抗折强度的有机平衡。UHPC中纤维能够逐步吸收施加能量。在裂缝允许范围内,UHPC中的纤维能够支撑整体结构变形。

3、审美性能:UHPC的产品表面具有很高的光洁度,外界的有害介质很难,耐污性侵入到UHPC中去,所以本身自洁能力很强。外表喷涂的材料耐污及耐久性差,UHPC的产品采用填加矿物色粉调配出长久,纯色或混色的效果。而且产品中的着色剂等组分也不易向外析出。


二、UHPC应用领域

UHPC在应用的过程中,可以很好地摆脱传统混凝土的限制,使用更少的材料,占用更少的空间,设计建造出形态更加惊人的建筑结构。UHPC堪称耐久性最好的建筑工程材料,适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构,同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此,UHPC特别适合用于现代建筑外墙、大跨径桥梁、抗爆结构和薄壁结构,以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前,UHPC已经在国外有了广泛应用,如大型市政工程建筑、大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳等等。


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