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超高性能混凝土(UHPC)的组成材料与性能

发布时间:2020-07-03 07:30人气:

  超高性能混凝土(UHPC)是一种强度极高、耐久性极佳的新型水泥基复合材料,钢纤维的掺入能有效提高其韧性,使其在建筑工程领域有很好的应用前景。对国际、国内主要研究成果进行归纳,介绍UHPC的带3备原理,对UHPC的组成材料、配合比及制备工艺进行分析和说明,阐述其基本力学性能、耐久性及应用方式。

  一、UHPC的组成材料

  UHPC使用细石英砂、水泥、石英粉、硅粉、高效减水剂、钢纤维制备RPC,并使用钢粉来制备抗压强度超过600MPa的RPC800。随后研究者发现可将其它一些矿物掺合料加入到UHPC中替代部分原有组成材料。UHPC的组成材料可以按用途分为超细活性粉末、水泥、掺合料、高效减水剂、纤维。

  (1)超细活性粉末超细活性粉末具有三大特点:颗粒粒径小,可填充较粗的胶凝材料的颗粒间空隙;改善拌合物流变性,减少用水量;有足够活性,反应后有效提高UHPC强度。

  (2)水泥水泥在UHPC中的作用与混凝土相同,即通过水泥浆体的硬化将骨料胶结成一个坚实的整体。由于UHPC水泥用量大,导致材料在养护过程中产生大的收缩变形,因此建议在构件设计中使用非闭合截面形式,避免收缩造成应力分布不均匀。

  (3)掺合料加入适量的掺合料可节约水泥和降低成本,并改善UHPC性能。石英粉作为石粉的一种,也可被视为掺合料。若采用超细水泥作为超细活性粉末,高炉粒化矿渣也能取代部分水泥,并可保证材料性能和降低成本。

  (4)骨料骨料在UHPC中起到填充和骨架作用。骨料的种类、粒径、颗粒形状、用量都会影响材料的流变性和强度。

  (5)纤维纤维主要用于提高材料的延性和抗拉性能,因长纤维易相互搭接,降低拌合物流动性,故不宜使用长度超过30mm的钢纤维,通常采用长度13mm以下的微细钢纤维。

  (6)水为减小孔隙率,UHPC的用水量很低,但用水量过低也会使气泡因拌合物流变性变差而不易排出,并影响材料强度。在UHPC的制备过程中,通常先寻找最小用水量,然后再对用水量、减水剂等进行微调,在保证力学性能的同时获得最佳的工作性。

  (7)减水剂为了控制用水量,需要大量掺入高效减使拌合物具有较优的工作性。

  二、UHPC的定义和特性

  是一种组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料;

  水胶比小于0.25,含有较高比例的微细短钢纤维增强材料;

  抗压强度不低于150MPa;具有受拉状态的韧性,开裂后仍保持抗拉强度不低于5MPa(法国要求7MPa);

  内部具有不连通孔结构,有很高抵抗气、液体浸入的能力,与传统混凝土和高性能混凝土(HPC)相比,耐久性可大幅度提高。

  三、UHPC的制备与增强、增韧原理

  上世纪七十年代初的一些试验研究证实,提高水泥净浆的密实度,可以有效提高强度。丹麦学者H.H. Bache教授发展的DSP(Densified System with Ultra-Fine Particles)理论,即:用充分分散的超细颗粒(硅灰)填充在水泥颗粒堆积体系的空隙中,实现颗粒堆积致密化。

  借助高效减水剂的分散作用,硅灰颗粒填充占据了水泥颗粒间的空隙即大量原本是水填充的空间,从而大幅度减小固体颗粒堆积的空隙率以及浆体的需水量,DSP体系可以使水胶比降低到0.10~0.20的超低水平。

  使用高强骨料,DSP基体混凝土的抗压强度可以达到280MPa,但脆性非常大;同时使用钢纤维增强增韧(即UHPC),抗压强度可达到400MPa(常温养护)。更进一步,法国使用高压成型和高温高压(压蒸)养护的活性粉末混凝土(RPC),最高抗压强度达到了800MPa。

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