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uhpc超高性能混凝土

2021-04-25    来源:    作者:  浏览次数:148

超高性能混凝土的设计理论是*大堆积密度理论(densified particle packing),其组成材料不同粒径颗粒以*佳比例形成紧密堆积,即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充,微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。早在1931年,Andressen就建立了*大堆积密度理论的数学模型。然而,直到上世纪七十年代末,在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上,采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet(水泥与混凝土试验室)诞生,称作CRC(Compact Reinforced Composite,密实增强复合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能,*高抗压强度超过400MPa,使用烧结铝矾土作骨料,同时使用钢纤维提高材料的韧性,所以称作“复合材料”。受到当时高效减水剂性能的限制,CRC或早期UHPC比较粘滞,振捣密实较困难,还不便于现浇应用。上世纪九十年代,欧洲开展了合作研究项目,世界各地也广泛开展相关研究,这种材料获得一个新名称“活性粉末混凝土,简称RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名称形成于本世纪,因为与早期的CRC或RPC相比,随着设计理论的完善、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配制技术的进步,这种材料已具备了普通混凝土的施工性能,甚至可以实现自密实,可以常温养护,已经具备广泛应用的条件。

UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括:不使用粗骨料,必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维),水泥用量较大,水胶比很低。UHPC的组成见表1。

表1:超高性能混凝土UHPC(钢纤维)基本组成

kg/m3
重量百分含量%
水泥
700-1010
27.0-38.0
硅灰
230-320
8.5-9.5
磨细石英砂
0-230
0.0-8.0
细砂
760-1050
39.0-41.0
金属纤维
150-190
5.5-8.0
高效减水剂
15-25
0.5-1.0
155-210
5.5-8.0
水/胶凝材料比
0.14-0.27
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UHPC堪称耐久性*好的工程材料,适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构,同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此,UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构,以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前,UHPC已经在一些实际工程中应用,如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳,等等。可以预计,还会有越来越多的应用。

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