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uhpc是什么材料

发布时间:2020-07-21 11:15人气:

                                                                        uhpc是什么材料
UHPC是具有超高强度,超低吸水率,超强耐久性和耐侵蚀性能的特殊混凝土。目前在建筑设计领域(区别于结构领域)使用的UHPC的抗压强度大于120,抗折强度大于25MPa。虽然UHPC可以达到很高的抗压强度,但对于纤薄建筑构件,主要利用的是UHPC的抗折强度。在实际应用中,UHPC基体的超高强度通过小掺量的耐碱玻璃纤维,聚乙烯醇纤维,钢纤维进一步得到增强和增韧。
由于美观和防火的原因,耐碱玻璃纤维在建筑UHPC中使用最为普遍。由于UHPC的基体强度远远高于普通GRC(玻璃纤维增强水泥),它所使用的纤维掺量明显比GRC中少。三维的HUPC构件也可以配筋,比如钢筋,玻璃纤维或碳纤维棒,或者采用预应力,但是这些配筋通常在UHPC建筑构件中并不必要。
UHPC的基本原材料对于熟悉混凝土的人来说并不陌生:水、砂、水泥、硅灰、外加剂。听起来很简单,但和普通混凝土相比UHPC是不同的数量级。没有神秘成分:树脂,纤维素或特殊聚合物都没有被用到以达到超高性能,秘诀在于超细颗粒和经仔细选择的颗粒化学和几何特性,并使这些颗粒通过正确的搅拌,浇筑和养护以达到基体的紧密堆积和很强的分子结合力。
UHPC不仅具有超高的强度和耐久性,同时通过正确的加工方法和工艺,它能够为高规格的建筑构件,创意建筑设计灵感,建筑的经济性提供满足其需求的解决方案。以下是一部分UHPC在建筑设计方面的应用情境和所能达成的效果。
材料组成的起源
最初的UHPC(即Densit),使用了在当时(七十年代后期)属于新的原材料--硅灰和萘系高效减水剂,其它均为传统材料;九十年代以RPC为代表的UHPC,引入了磨细石英粉,减水剂则更新换代为聚丙烯酸系和聚羧酸系超高效减水剂。
进入新世纪,UHPC矿物原材料的研究涉及纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米碳管、磨细或分选超细粉煤灰、超细矿粉、超细水泥、稻壳灰、偏高岭土、玻璃粉,等等。至今,实用的最细矿物材料仍然是硅灰,因其具有粒形好(球形)、火山灰活性高,以及成熟的商业化供应等优点。使用其它超细矿物材料,有助于降低硅灰用量。使用普通细度粉煤灰、矿粉替代部分水泥,用玻璃粉替代石英粉,均取得良好效果。实际应用的UHPC,抗压强度一般在150~250MPa范围,粗细骨料一般选择强度高的天然岩石,如石英、花岗、玄武岩等。更高强度或需要非常高的耐磨性能,可使用人工骨料,如烧结铝矾土、碳化硅、金属骨料等。提高纤维对UHPC增强增韧的效果与效率,也取得较大进展。
现在,UHPC矿物组成材料的本地化和绿色化,是大量研发工作的重点,以降低UHPC的生产配制成本,使UHPC更低碳。重庆大学的王冲等试验研究表明,采用常规的工艺与材料就能够配制UHPC。他们的试验,使用最大粒径20mm石灰石粗骨料,细度模数2.3的中砂细骨料,900kg/m3复合胶凝材料(50%水泥、10%硅灰、20%矿粉和20%石灰石粉),不使用纤维,水胶比0.16,用普通的试验室搅拌机,配制出的混凝土坍落度最高达268mm,最高抗压强度90天和365天分别达到175.8MPa和182.9MPa。东南大学研究配制绿色C200的UHPC(C200 GRPC),胶凝材料组成为40%水泥、25%超细矿粉、25%超细粉煤灰和10%硅灰,使用4%体积的钢纤维(lf=13mm, df=0.175mm),获得UHPC抗压强度、抗弯强度和断裂能分别超过200MPa、60MPa和30,000J/m2。
H. Yiğiter、H. Yazıcı等的研究小组,分别试验用普通细度粉煤灰(比表面积290m2/kg)和矿粉(比表面积396m2/kg),替代20%~60%的水泥(比表面积380m2/kg)。研究三种养护条件下,即20oC标准养护、100 oC蒸汽养护7天和高温高压(210 oC、2MPa压力)养护8小时,粉煤灰和矿粉替代水泥对UHPC强度的影响,结果见图1和图2。标准养护条件下,随粉煤灰和矿粉替代水泥率增加,UHPC的7d强度有所降低,但是28d和90d强度没有明显变化,这与早期Bache的粉煤灰替代水泥试验结果一致。经过蒸汽或高温高压养护,无粉煤灰、无矿粉的UHPC,强度有较大幅度提高;随粉煤灰替代水泥率增加,强度呈下降趋势;矿粉替代20%水泥的强度最高,此后随替代率增加强度降低。粉煤灰和矿粉替代水泥率达到60%,UHPC强度仍能够达到非常高水平。因此,使用大掺量粉煤灰和矿粉,UHPC的水泥用量可以降低到普通高强混凝土的水平,即350~ 550kg/m3。

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