提问者
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) 。
提问者
超高性能混凝土的强度比钢材强度还高吗?
没有 。UHPC是纤维增强增韧的水泥基复合材料,还可以进一步用钢筋增强 。与其他材料相比,需要明确UHPC的增强增韧状态:
● 混凝土材料的抗拉强度与抗压强度的比值 (以下简称拉压比)随其抗压强度的增长而几乎呈直线下降 。C10混凝土拉压比约为1/10,C80的则可下降到约1/18 。UHPC基体(未掺用钢纤维 时)即超高强混凝土,脆性非常大(因材料抗拉 强度/抗压强度比值很低而使构件延性比很低),无法与韧性材料如钢材相比 。
● 随钢纤维强度提高、掺量增大和尺寸、形状优化,以及基体强度的提高,UHPC成为韧性 或高韧性材料,抗拉强度大幅度提高(远远高于其他的各种水泥基材料,如图1所示),但比钢材抗拉强度还是要低约一个数量级(见表1 中对比) 。
● 钢筋增强UHPC(也被称作CRC、HRUHPC 或R-UHPFRC),以及预应力高强钢筋UHPC的抗拉、抗弯强度可比传统高强钢筋混凝土的高出2个数量级,比较接近高强韧性钢材的强度(见表1 和图2中对比) 。需要注意的是,UHPC作为复合材料或结构达到如此高强度,依靠的是钢材—钢纤维和钢筋的强度,因此,UHPC的本征强度不可能超过钢材 。
与钢材相比,UHPC在强度方面并没有优势,其优势主要是与传统的钢筋混凝土或钢纤维增强的钢筋混凝土相比,因表观密度(容重)相对较低,使构件比强度(强度/质量比)和比刚度(刚 度/质量比)可以达到并超过钢材的水平(见表1中对比),而且因具有一定的应变硬化的能力,可大大提高构件的延性比,适合建造轻质高强、高韧性的结构 。
提问者
超高性能混凝土的最高强度有多少?
目前,研究报告所获得的最高抗压强度是 810MPa(即RPC800,使用短钢纤维和钢骨料,50MPa压力压制成型试件,并采用250℃~400℃高温高压养护) 。
UHPC获得超高强度的先决条件是获得高 密实度的基体混凝土(或砂浆) 。按照丹麦H.H. Bache发展的DSP(Densified System with ultrafine Particles)理论,即:用充分分散的超细颗粒 (硅灰)填充在水泥颗粒堆积体系的空隙中,可以实现胶凝材料体系颗粒堆积致密化和非常低水胶比,从而使UHPC基体混凝土或砂浆具备 超高抗压强度 。使用优化的钢纤维提高抗压、 抗拉强度和韧性 。依靠机械性压力压实,采用常压或高压热养护,可以进一步提高UHPC密实度和强度 。
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