傳統混凝土一般是由水泥、摻合料、砂石、水等成分按一定比例進(jìn)行配制,經(jīng)過(guò)攪拌和在一定的養護之后便形成以骨料(砂石)和水泥漿為主的水泥基復合材料。
但傳統混凝土的骨料與水泥漿在物理和力學(xué)性能上,有較大的差異,主要受以下三個(gè)方面的制約:
第一水泥漿含水在高溫或低溫熱脹冷縮的作用先,骨料和水泥漿之間天然便會(huì )產(chǎn)生縫隙。
第二以砂石為主的骨料硬度不高且體積較大在外力的用下會(huì )使縫隙進(jìn)一步放大,一般來(lái)說(shuō)骨料的體積越大裂縫越大。
第三傳統混凝土在攪拌過(guò)程粗糙,使得起支撐作用的骨料在水泥漿的分布并沒(méi)有很均勻且孔隙率比較高,大大降低混凝土的抗壓能力。
▲混凝土配料以及混凝土澆筑
傳統混凝土脆性大、抗壓能力差且耐久性不高??箟耗芰χ挥?0Mpa-30Mpa 。
提高混凝土的性能主要從一下三點(diǎn)入手:
1.盡可能降低混凝土中的水分含量。
2.尋找體積更小硬度更高的物質(zhì)作為骨料。
3.降低孔隙率并使骨料、介質(zhì)等分部更加均勻。
『減水劑降低水分含量』
『超細粉末提高密實(shí)度』
上世紀70年代丹麥人通過(guò)在混凝土加入減水劑和超細粉末等方式使混凝土的強度極大提升。減水劑使得混凝土中的水分含量大幅度降低。超細粉末粉末作為摻合料加入到混凝土的配料中去,通過(guò)充分的攪拌以此來(lái)有效減少骨料之間的縫隙并最大限度得減少混合空氣的質(zhì)量,提高材料的密實(shí)度。
▲UHPC的充分攪拌
通過(guò)以上手法處理過(guò)的混凝土被稱(chēng)作HPC(高強混凝土),理論上HPC 的抗壓能力可以達到120MPA的強度(每平方米可以承受120噸的力)。
『鋼纖維增加強度』
『活性粉末提高融合度』
上世紀90年代左右,人們將硅灰、礦粉等活性礦物粉末作為混凝土的摻合料,并且用超細的鋼纖維來(lái)代替傳統的粗骨料,摻入超細活性粉末將材料的內部缺陷降到最低。鋼纖維強度更高體積更小,硅灰、礦粉等活性礦物粉末則可以在化學(xué)意義上使材料之間的融合度更高,并在高溫高壓的環(huán)境下經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的養護讓混凝土在微觀(guān)結構上達到最優(yōu)。即使材料有細微的裂縫在活性礦物粉末的作用下也可以緩慢自愈。
▲混凝土中超細的鋼纖維
▲加入鋼纖維的UHPC摻合料
『高壓成型』
『高溫養護』
因為整個(gè)過(guò)程起主主導作用的為活性礦物粉末,此時(shí)的混凝土被稱(chēng)作RPC
『UHPC相對的局限性』
一般來(lái)說(shuō),UHPC如果想達到比較高的強度,便需要一定的高溫高壓熱養護作為必要條件,另一方面鋼纖維在攪拌過(guò)程中容易結團,需要大型的專(zhuān)業(yè)攪拌設備。而這些對于現場(chǎng)澆筑的施工條件來(lái)說(shuō)基本很難達到。這也就導致了UHPC大多是需要在工廠(chǎng)提前制備完成的預制件。