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UHPC超高性能混凝土常见问题整合介绍!

时间:2021-01-28     作者:浙江建信装饰科技有限公司   阅读

    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。


UHPC超高性能混凝土




  UHPC超高性能混凝土有明确的定义吗?


  有,且比较清晰明确,但还没有形成国际上统一的定义。超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC),因为一般需掺入短切钢纤维或聚合物纤维,也被称作超高性能纤维增强混凝土(Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete,简称UHPFRC)。UHPC不同于传统的高强混凝土(HSC)和钢纤维混凝土(SFRC),也不是传统意义“高性能混凝土(HPC)”的高强化,而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料,较有代表性的定义和需要具备的特性如下:


  ●UHPC超高性能混凝土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。


  UHPC超高性能混凝土与活性粉末混凝土有什么差异?


  活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是UHPC中的一个产品名称。


  商业化生产供应的UHPC产品均为专利配方产品,有独自的名称或商标。最早的UHPC专利是丹麦H.H.Bache在1979年申请的,20世纪80年代他所在公司注册商业化产品商标为Densit®,至今仍由Densit公司使用和营销。到上世纪90年代,法国出现多个UHPC产品品牌,包括RPC、Ductal、BSI、CEMTEC、BCV等,其中Ductal®是拉法基公司的产品商标,RPC则是Bouygues公司产品名称。


  有关RPC的研发、性能介绍和宣传较多,知名度相对较高。1999年清华大学教授覃维祖等发表文章“一种超高性能混凝土-活性粉末混凝土”,最早以“活性粉末混凝土(RPC)”名称介绍UHPC,并与其研究生曹峰进行试验研究,实现了RPC相同的力学性质;北京科技大学教授刘娟红和北京建筑大学教授宋少民在2013出版编著的《活性粉末混凝土》中系统介绍了国内外有关研究成果;2015年我国颁布了RPC的国标《活性粉末混凝土》(GB/T 31387-2015)。目前,RPC在中国还与UHPC并列使用。


  1994年法国学者De Larrard等将这类新材料称作UHPC(超高性能混凝土),由于该名称没有商业色彩,而且能更好地表达这种水泥基材料或混凝土的优越性能,在国际上逐步被广泛接受和采用。其中,“超高性能”表达的是混凝土(或水泥基复合材料)同时具备“超高强”、“高韧性“和“高耐久性”等优良性能特征,与“高性能混凝土(HPC)”内涵范围不同。因此,UHPC并不是HPC的延伸或高强化,而是具有新本构关系和结构寿命的水泥基工程材料。


  UHPC超高性能混凝土到底是混凝土还是砂浆?


  传统上,混凝土和砂浆是以最大骨料粒径来划分的。最大骨料粒径超过5mm(或4.75mm)即含有粗骨料,是混凝土,否则是砂浆。有的UHPC使用粗骨料,有的不使用粗骨料,所以UHPC既可以是混凝土,也可以是砂浆。但是从广义上说,我国普遍称之为混凝土骨料的aggregate(亦译成集料)除砂石等粗、细骨料外,还可以是各种纤维和例如加气混凝土中的气泡等,所以把砂浆叫做混凝土,并无可非议。


  最早的UHPC(丹麦Densit®)最大骨料粒径16mm。法国研发RPC时提出,为了提高材料的匀质性,不使用粗骨料,所使用细骨料的最大粒径小于0.6mm。但是,使用粗骨料的UHPC在某些方面性能更好,如收缩小、耐磨性好等,而且搅拌的均匀性也更好。目前实际应用的UHPC,最大骨料粒径大多在2mm~8mm。应根据UHPC用途、成本或特殊性能要求,确定UHPC适宜的最大骨料粒径。


UHPC超高性能混凝土


  UHPC超高性能混凝土具有什么性能特点?


  UHPC的性能特点可以用“超高强、高韧性和高耐久性”来概括。


  “超高强”指UHPC可实现水泥基材料强度(抗压、抗拉、抗弯、抗剪、抗冲击等强度)跨越式的提高,更重要的是UHPC能够有效利用钢纤维的强度及其与胶凝材料浆体的紧密粘接来实现拉伸的“应变硬化”行为(如图1所示,类似钢材的“屈服”),有较大的变形能力;钢纤维体积掺量1%~2%的UHPC就能跨入韧性材料的行列(见表1,断裂能超过1000N/m的材料被划分为韧性材料)。UHPC可大幅度提高钢在混凝土中的强度利用效率,形成混凝土、钢纤维、钢筋更加协调的钢-混凝土复合的新模式,实现混凝土结构的轻质高强和高韧性。此外,还可制备具有优良耐磨、抗冲击、抗爆和耐高温等性能的UHPC。


  在无裂缝的状态下,UHPC的气体、液体渗透性非常低;而在高应变和微裂缝状态下,UHPC的渗透性也能够保持在很低的水平,而微裂缝还具备良好的自愈合能力,因此UHPC结构拥有高耐久性的潜力,已得到迄今15年恶劣环境暴露试验的证实。UHPC的耐久、耐候性能远远超越其他结构工程材料(钢材、铝材、塑料等)。