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你知道UHPC超高性能混凝土在装配式建筑中的质量控制指标有哪些吗?

时间:2020-12-09     作者:浙江建信装饰有限公司【原创】

  今天小编来给大家分析两类超高性能混凝土(UHPC)在装配式建筑中的应用前景与相应的质量指标体系。结果表明:结构类超高性能混凝土可用于装配式浆锚搭接与装配式预制构件中,建议其抗压强度不低于120 MPa、抗弯强度不低于14 MPa、抗拉强度不低于7 MPa;装饰类超高性能混凝土可用于装配式建筑外墙装饰,建议其抗压强度不低于100 MPa、抗弯强度不低于10 MPa、抗拉强度不低于5 MPa;装配式建筑用超高性能混凝土的28 d干缩不宜大于300με,3 d自收缩不大于800με,28 d氯离子扩散系数不宜大于0.30×10-12 m2/s。


  一、装配式建筑用UHPC质量控制技术指标


  为了保证装配式建筑用UHPC的质量,从拌和物性能、力学性能、收缩和抗氯离子渗透性能四个方面对装配式建筑用UHPC质量控制指标进行了分析。


  1、拌和物性能指标


  UHPC拌和物的流动性和黏性对其在工程中的施工性能具有较大的影响[7]。不同UHPC的对比试验结果表明:当UHPC扩展度低于550mm时,拌和物状态偏黏稠,拌和物成型时无法自密实,需要振动;当UHPC的扩展度在750~850mm时,拌和物流动性较好;而UHPC扩展度高于850mm时,拌和物状态较稀,钢纤维容易出现离析现象。因此,对于装配式建筑节点连接用的UHPC,扩展度建议在750~850mm范围内,而外墙装饰和装配式预制构件生产用的UHPC,扩展度也不宜低于650mm。



UHPC预拌混合料

  对于含钢纤维的UHPC,目前没有有效的方法表征流变性,现有的流变仪测试装置所测得的黏度系数并不准确。扩展时间则在一定程度上表征了其黏性。不同UHPC的对比试验结果表明:在满足650~850mm扩展度要求的条件下,扩展时间宜控制在3~10s;当扩展时间大于10s时,浆体黏性过大,不利于浇筑密实。扩展度经时损失的时间间隔可以根据实际工程确定,扩展度经时损失不宜大于100mm,经时损失过大的UHPC表面容易结皮,不利于施工。


  2、力学性能指标


  UHPC的力学性能指标主要包括抗压强度、弹性模量、抗弯强度以及抗拉性能。装配式建筑中结构类UHPC的用途与桥梁等工程中相近,技术指标要求一致,装饰类UHPC的力学性能指标要求总体稍低。


  (1)抗压强度


  调研发现,市场上UHPC的抗压强度多分布在100~160MPa范围内,其中以120~150 MPa的产品居多,也有少部分UHPC的抗压强度大于180MPa。装饰类UHPC由于通常使用合成纤维代替钢纤维,整体力学性能有所下降,通常在100~120MPa范围内。因此,建议装配式建筑用结构类的UHPC的抗压强度不低于120MPa。从结构设计角度,120MPa的抗压强度完全满足建筑要求,强度过高会增加材料成本。装配式建筑用装饰类UHPC的抗压强度不低于100MPa,以保证装饰类UHPC纤维选择的多样性。


  (2)弹性模量


  UHPC的弹性模量多分布在40~55GPa范围内,其中结构类UHPC大多在40~55GPa范围内,装饰类UHPC大多在40~50GPa范围内。因此,建议结构类UHPC的弹性模量不低于45GPa,装饰类UHPC的弹性模量不低于40GPa。


  (3)抗弯强度


  UHPC的抗弯强度差异较大,相差约10~20MPa,根据GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》对RPC120级(抗压强度≥120MPa、抗折强度≥14MPa)的规定,建议装配式建筑用结构类UHPC的抗弯强度不低于14MPa。装饰类UHPC由于通常使用合成纤维代替钢纤维,抗弯强度很难超过15MPa,故建议不低于10MPa。


UHPC超高性能混凝土指标


  (4)抗拉性能


  UHPC的抗拉性能是区别于高强水泥基材料的一个关键性能指标,具体表现在抗拉强度、抗拉强度/弹性极限抗拉强度、抗拉应变三个指标。抗拉强度很大程度上取决于弹性极限抗拉强度,即与基体抗压强度的高低有较大相关性。抗拉强度/弹性极限抗拉强度反映了试件过弹性段后UHPC在应变硬化过程中的承载能力增长的空间,而抗拉应变反映了试件过弹性段后UHPC在应变硬化过程中应力随应变增加而不持续下降的最大变形空间。从设计要求和市场上UHPC抗拉性能的实际情况来看,结构类UHPC的抗拉强度一般要求不低于7MPa,装饰类UHPC的抗拉强度要求不低于5MPa。而对于拉伸变形行为,通常要求具有应变硬化特性,结构类UHPC建议抗拉强度/弹性极限抗拉强度≥1.1,极限抗拉应变≥1500με,装饰类UHPC的指标要求略有降低,建议抗拉强度/弹性极限抗拉强度≥1.0,极限抗拉应变≥1000με。


  3、收缩


  UHPC在各项拌和物性能、力学性能和耐久性能方面都表现优异,但收缩较大。这与UHPC的组成和配比有较大关系,UHPC在制备过程中去除了粗骨料,胶凝材料的用量大幅增加,导致UHPC抵抗收缩的能力大幅下降,带来较大的开裂风险。大量试验结果表明:UHPC的28天干缩测试值在160~340με,平均值约250με;天的自收缩在700~1100με,平均值约800με。在UHPC中掺加适量的膨胀剂可有效缓解UHPC收缩大的缺陷,但应注意膨胀剂的引入带来的安定性风险。从控制开裂的角度考虑,用于装配式建筑节点连接的现浇类UHPC的28天干缩不大于300με,3天自收缩不大于800με。采用热养护的预制类UHPC通常无需考虑材料的收缩影响。


  4、抗氯离子渗透性能


  UHPC由于采用较低水胶比、最紧密堆积理论等设计方法,使其具有超高的耐久性能,其抵抗各类侵蚀性介质侵入的能力与高性能混凝土相比有了进一步的提升,通常仅以抗氯离子渗透性能表征其耐久性能。法国标准中规定,常规UHPC的90天氯离子扩散系数不应大于0.5×10-12m2/s。通常UHPC的28天氯离子扩散系数天RCM在0.10×10-12~0.70×10-12m2/s,绝大部分小于0.30×10-12m2/s。考虑28天氯离子扩散系数与90天氯离子扩散系数之间的时变性,与法国标准规定的结果一致。因此,建议装配式建筑用UHPC的氯离子扩散系数不超过0.30×10-12m2/s。


  二、UHPC在装配式建筑中应用的局限性


  虽然UHPC在部分装配式预制构件如预制阳台、走道、楼梯等中有了一定的应用,并且UHPC装配式节点连接技术也已开始试点应用,但UHPC想要在装配式建筑中推广,需推进其在装配式预制梁、柱中的应用。然而,从耐久性来讲,装配式结构建筑的服役环境通常为一般环境,对混凝土的耐久性能要求并不严格,非特殊情况下并不需要UHPC很高的耐久性能;从结构设计来讲,UHPC的力学性能对于装配式结构预制构件的富余量较大,尽管在设计过程中也可以通过降低构件自重来变相降低UHPC的成本,但受制于结构刚度问题而不能使构件过于轻质。据调研,目前应用于工程中的结构类UHPC价格在6 000~10 000元/m3,其成本为普通C40混凝土的10倍以上。总体而言,现阶段装配式建筑中大量使用UHPC的性价比太低,其推广应用有赖于UHPC成本的降低、全生命周期成本的核算和设计理论体系的完善。