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什么是UHPC超高性能混凝土?

发布时间:2022-06-18 16:24:03点击:564

信息摘要:

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,更具代表性的超高性能混凝土材料为活性粉末混凝土RPC,早期由法国学者于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,依照更大密实度原理构建,从而可使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减至更少。

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,更具代表性的超高性能混凝土材料为活性粉末混凝土RPC,早期由法国学者于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,依照更大密实度原理构建,从而可使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减至更少。

UHPC超高性能混凝土

UHPC超高性能混凝土是一种超高强、韧性、高耐久性的特种工程材料,在国防工程、海洋工程、核工业、特种保安和防护工程、以及市政工程领域有良好的应用前景。经试验证明,其抗折强度是普通C50混凝土的3倍,缩变下降50%,经历700次冻融循环后仍然完好无损,被称为“永不开裂”的混凝土。



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。



下面通过问答形式浙江蓝宝来介绍UHPC高性能混凝土↓

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。UHPC的高密实性与良好的工作性能,使其与模板相接触的表面具有很高的光洁度,外界的有害介质很难侵入到UHPC中去,而UHPC中的着色剂等组分也不易向外析出,利用这一特点可把UHPC用作建筑物的外装饰材料。



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,利用UHPC高抗拉强度、耐腐蚀的性质可以制作输油、输气管道以替代造价较高的大口径厚壁钢管,显著提高管道耐久性、降低成本;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,UHPC现已用于海洋石油平台的钢结构的外保护层,可大大提高水位变动区的支柱的使用寿命;用于军事与安保领域,制造抗爆炸、抗冲击装置。




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较大弱项是什么?



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的后期经过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。



11、UHPC具体有哪些种类展示(图片)?



清水混凝土面:



喷砂面:



洞石风:



仿木纹:



仿砖型:



火烧石型:



镂空型:


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