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uhpc薄型混凝土材料

作者: 发布时间:2022-05-23 08:31:06点击:1569

信息摘要: uhpc薄型混凝土材料摘要:目前我国科技发展非常迅速,介绍了UHPC在国内外的实际工程应用中的研究背景和发展过程。总结了超高性能混凝土的制备原理、材料性能和制备工艺,简要介绍了UHPC领域的尝试和探索,并针对UHPC现阶段应用的局限性提出了一些建设性方案,最终展...

摘要:目前我国科技发展非常迅速,介绍了UHPC在国内外的实际工程应用中的研究背景和发展过程。总结了超高性能混凝土的制备原理、材料性能和制备工艺,简要介绍了UHPC领域的尝试和探索,并针对UHPC现阶段应用的局限性提出了一些建设性方案,最终展望了UHPC的发展前景。

关键词:UHPC;制备工艺;工程应用;材料特性。

1UHPC的发展历程。

超高性能混凝土是一种新型的水泥基材料。其原料主要由水泥、超细颗粒、细骨料、纤维和高效减水剂组成。通过添加超细活性颗粒和高效减水剂,可以提高材料的密实度和低水胶比,从而提高混凝土材料的性能。对新型水泥基材料的研究可以追溯到上个世纪。早在20世纪70年代,采用超细磨水泥和真空搅拌技术,创造出抗压强度为240MPa的水泥石。

UHPC的材料和工艺制备。

2.1原材料及配合比设计。

配合比设计如表1所示。本实验设计了两种UHPC基体:A、B组为同一个灰色基体,D组为白色基体。在灰色基体中加入2.5%和5%体积的钢纤维,在白色基体中加入3%体积的耐碱玻璃纤维,制成三级UHPC。A、B组所用原料为525#普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、天然河砂(≤2.36mm)、镀铜微丝钢纤维(长度12.36mm)、耐碱玻璃纤维(长度12mm、长径比58、单丝直径14-19μm、弹性模量72GPa)。三组减水剂均为聚羧酸高效减水剂。

表1配合比设计。

2.UHPC制备工艺。

2.2.1.搅拌。

UHPC混合应注意的问题是如何确保钢纤维的均匀分布。混合或喂食方法不当会导致纤维结块,影响UHPC的生产。不同的混合方法和喂食顺序对UHPC的工作性能有一定的影响。搅拌方法一般是先加入水泥、砂和硅灰,搅拌均匀,然后加入均匀混合的减水剂和水,搅拌均匀,然后均匀地撒入钢纤维中。欧洲相关研究项目的试验研究提出了更合理的UHPC喂食顺序和搅拌方法。搅拌机应选择高效的强制搅拌机。如果对UHPC的性能要求较高,可以选择使用真空搅拌机来减少UHPC中气泡的体积,提高UHPC的力学性能。

2.2.2养护制度。

维护是UHPC制备的重要组成部分,对UHPC的性能影响很大。养护的目的是充分进行混凝土中的水泥水化,提高混凝土的强度。UHPC适用于蒸压养护。与标准养护相比,高温养护可以促进UHPC的水化反应和火山灰反应,产生更多的C-S-H凝胶,减少钙矾石和Ca(OH)2的体积,优化孔结构,改善界面结构,增强每个界面的粘结强度。整体机械性能得到了显著提高。在UHPC中,水泥水化形成C-S-H和Ca(OH)2和Ca(OH)2对水泥浆和骨料的粘结不利。硅灰等超细活性矿物掺合物与水泥水化产物发生火山灰反应,消耗UHPC中的Ca(OH)2,形成C-S-H凝胶。在进一步提高养护温度后,活性矿物超细粉的火山灰活性得到一定程度的提高。当维护温度达到250℃左右时,未成型的C-S-H凝胶将大量脱水转化为托贝莫来石,最终在混凝土中形成硬硅钙石。硬硅钙石和晶体的形成与材料的强度发展有关。低压蒸压技术可以抑制晶体的形成。对不同维护条件下的UHPC收缩进行了测试和研究。试验表明,在标准维护下,UHPC在早期阶段收缩较大,在65天的标准维护后,收缩值为1490με。UHPC通过50℃热维护的收缩值远小于标准维护。原因是热维护后的间隙率降低,大部分间隙充满水化产物,水难以蒸发,收缩明显减少。

2.3收缩变形。

水泥基材料会出现收缩变形的问题,超高性能混凝土也不例外。收缩的原因有很多。收缩类型包括自收缩、化学收缩、干收缩、塑性收缩、温度收缩和碳化收缩。国内外学者对自收缩的定义有不同的看法,尚未达成统一。日本混凝土协会JCI提出了自收缩的定义,认为混凝土初凝后水泥水化过程中的表观体积变化不包括温度变化、外部荷载变化和自身物质变化引起的变化,而国内普遍认为自收缩就是自干收缩。普通混凝土的水胶比普遍较高,水泥水化时有足够的水反应,毛细管中的水分倾向于饱和,从而避免毛细管产生较大的负压和较小的自收缩。UHPC的水胶比普通混凝土的水胶低。水化反应后,毛细管中的水分不饱和导致毛细管内水分不饱和,导致毛细管自收缩。同时,硅灰的直径减小,导致毛细管自收缩。塑性收缩是指混凝土在凝结前表面的失水率大于内部泌水率,导致毛细管产生负压,对混凝土浆体产生应力,进而产生塑性收缩。添加纤维对抗早期塑性收缩有一定的作用。化学收缩是由水泥水化得到的水化产物,其体积小于水化反应物引起的收缩。以C3S水合为例:C3S+5.2H=C1.7SH3.9+1.3ch,水化反应后体积减少6.6%,材料收缩。干燥收缩分为两种情况。一是水泥基材料的外部湿度低于内部湿度,内部水分蒸发收缩;第二,水向外迁移,在毛细孔中形成负压,导致收缩。UHPC的水胶比低,结构致密,因此干燥收缩相对较小。温度收缩是指水泥基材料在硬化初期内外温差过大造成的收缩。UHPC的水化热量也相应增加。用其他材料代替水泥可以减少水化热的产生,也可以在浇筑过程中循环冷水以降低温度。例如,在广州西塔工程中,为了防止混凝土因温度应力而开裂,采用预拌和冰温控制技术,在搅拌机中加入人工称量的冰,以减少水化热。碳化收缩是指水泥基材料中的水化产物Ca(OH)2与空气中的二氧化碳和水发生反应,导致Ca(OH)2浓度降低,反应产生自由水。当外部湿度降低时,反应产生的自由水会蒸发,导致凝胶颗粒表面张力增加,水泥石处于压缩状态,导致碳化收缩。UHPC具有致密的微观结构,具有良好的抗碳化效果。然而,如果在UHPC中添加大量粉煤灰,粉煤灰会与Ca(OH)2发生反应,导致碳化。因此,粉煤灰和其他矿物外加剂的数量应在适当的范围内,这是研究UPC材料混合比的问题。

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