Новости

Jul 19, 2023

Ультра

Сверхвысокопрочный бетон (UHPC) быстро становится основным материалом для сборных железобетонных конструкций. Впервые представленный как «реактивный порошковый бетон» в начале 1990-х годов, этот материал

Сверхвысокопрочный бетон (UHPC) быстро становится основным материалом для сборных железобетонных конструкций. Впервые представленный как «реактивный порошковый бетон» в начале 1990-х годов, за последнее десятилетие этот материал получил все большее распространение в США и за рубежом.

UHPC использовался при строительстве автодорожных мостов во Франции, Японии и Малайзии; пешеходные мосты в Канаде и Венесуэле; кровельные панели и архитектурные фасады в Канаде и Франции; и более.

В США UHPC использовался для строительства мостовых балок в Вирджинии и Айове, накладок мостовых настилов в Нью-Йорке и Делавэре, а также для стыков между сборными железобетонными элементами мостов в более чем 20 других штатах. Постоянные исследования и разработки федеральных и государственных транспортных агентств, национальных отраслевых организаций, частных владельцев и производителей бетона направлены на дальнейшее развитие этой технологии, чтобы ее можно было более широко использовать как в транспортном секторе, так и в строительном секторе.

Одной из ключевых отраслей, хорошо подходящих для извлечения выгоды из уникальных эксплуатационных характеристик этого материала, является производство сборных предварительно напряженных железобетонных изделий.

UHPC — это армированный волокном материал на основе цемента. Он содержит многие из тех же материалов, что и обычный бетон — цемент, дополнительные вяжущие материалы (SCM), мелкий песок и химические добавки — но материалы подобраны таким образом, чтобы создать плотную упаковку материалов от микрокремнезема до песка, т.е. от самых тонких до самых грубых материалов.

Общее содержание вяжущих материалов в смесях UHPC может превышать и часто действительно превышает 1500 фунтов на кубометр материала, что более чем вдвое превышает содержание вяжущих материалов в большинстве обычных бетонных смесей. Однако соотношение воды и связующего (w/b) часто составляет 0,20 или меньше, чему способствует использование специальных понизителей воды высокого диапазона. Плотная упаковка частиц в сочетании со сверхнизким соотношением веса и веса создает в бетоне высокоразвитую микроструктуру, обеспечивающую исключительную прочность и долговечность. В результате ожидаемый срок службы элементов UHPC может составлять 200 и более лет даже в сложных условиях, таких как морская среда и воздействие антиобледенительных средств.

Хотя не существует единого согласованного определения UHPC, типичная прочность на сжатие UHPC превышает 17 000 фунтов на квадратный дюйм, при этом многие коммерчески доступные материалы UHPC способны достигать прочности 30 000 фунтов на квадратный дюйм и более. По сравнению с обычными и высокопроизводительными бетонами, UHPC может обеспечить увеличение прочности на сжатие в 3–5 раз. Однако прочность на сжатие не является самым значимым свойством этого материала. Ключевым отличием конструкционного UHPC от других классов бетона, особенно для применения в сборных железобетонных конструкциях, является высокая прочность материала на растяжение, которая достигается за счет сочетания усовершенствованной микроструктуры и высокопрочных стальных микроволокон, которые включаются в смесь в дозировках от около 1 и 3% по объему (от около 130 до 390 фунтов/куб. ярд).

Структурные смеси UHPC могут быть разработаны для достижения прочности на прямое растяжение более 1000 фунтов на квадратный дюйм и прочности на изгиб более 2500 фунтов на квадратный дюйм. Более того, хорошо разработанная смесь UHPC может демонстрировать значительную пластичность после растрескивания и деформационное упрочнение, значительно увеличивая остаточную прочность на изгиб, поскольку элемент прогибается после растрескивания.

Высокая прочность на разрыв и пластичность сверхвысокого давления после растрескивания обеспечивают значительные преимущества при проектировании конструкций. Во-первых, пластичность после растрескивания и деформационное упрочнение могут позволить практически исключить минимальное количество арматурных стержней, необходимых в обычном бетоне для достижения требуемой нормами пластичности, когда разрушение неизбежно.

Во-вторых, высокая пластичность UHPC приводит к огромной прочности материала, что увеличивает способность поглощать энергию даже без помощи арматурных стержней.

В-третьих, высокая прочность на растяжение увеличивает сопротивление материала сдвигу, что позволяет полностью исключить поперечные хомуты в конструкции балки. Устранив хомуты, можно упростить проектирование и производство элементов, а также уменьшить ширину перемычки (стержня) элемента. Фактически, балки, колонны и другие элементы конструкций UHPC могут быть спроектированы с поперечными сечениями, имеющими гораздо меньший объем и, следовательно, вес материала, обеспечивая при этом ту же несущую способность, что и традиционные железобетонные элементы.