传统混凝土一般是由水泥、掺合料、砂石、水等成分按一定比例进行配制,经过搅拌和在一定的养护之后便形成以骨料(砂石)和水泥浆为主的水泥基复合材料。
但传统混凝土的骨料与水泥浆在物理和力学性能上,有较大的差异,主要受以下三个方面的制约:
第一水泥浆含水在高温或低温热胀冷缩的作用先,骨料和水泥浆之间天然便会产生缝隙。
第二以砂石为主的骨料硬度不高且体积较大在外力的用下会使缝隙进一步放大,一般来说骨料的体积越大裂缝越大。
第三传统混凝土在搅拌过程粗糙,使得起支撑作用的骨料在水泥浆的分布并没有很均匀且孔隙率比较高,大大降低混凝土的抗压能力。
▲混凝土配料以及混凝土浇筑
传统混凝土脆性大、抗压能力差且耐久性不高。抗压能力只有20Mpa-30Mpa 。
提高混凝土的性能主要从一下三点入手:
1.尽可能降低混凝土中的水分含量。
2.寻找体积更小硬度更高的物质作为骨料。
3.降低孔隙率并使骨料、介质等分部更加均匀。
『减水剂降低水分含量』
『超细粉末提高密实度』
上世纪70年代丹麦人通过在混凝土加入减水剂和超细粉末等方式使混凝土的强度极大提升。减水剂使得混凝土中的水分含量大幅度降低。超细粉末粉末作为掺合料加入到混凝土的配料中去,通过充分的搅拌以此来有效减少骨料之间的缝隙并最大限度得减少混合空气的质量,提高材料的密实度。
▲UHPC的充分搅拌
通过以上手法处理过的混凝土被称作HPC(高强混凝土),理论上HPC 的抗压能力可以达到120MPA的强度(每平方米可以承受120吨的力)。
『钢纤维增加强度』
『活性粉末提高融合度』
上世纪90年代左右,人们将硅灰、矿粉等活性矿物粉末作为混凝土的掺合料,并且用超细的钢纤维来代替传统的粗骨料,掺入超细活性粉末将材料的内部缺陷降到最低。钢纤维强度更高体积更小,硅灰、矿粉等活性矿物粉末则可以在化学意义上使材料之间的融合度更高,并在高温高压的环境下经过长时间的养护让混凝土在微观结构上达到最优。即使材料有细微的裂缝在活性矿物粉末的作用下也可以缓慢自愈。
▲混凝土中超细的钢纤维
▲加入钢纤维的UHPC掺合料
『高压成型』
『高温养护』
因为整个过程起主主导作用的为活性矿物粉末,此时的混凝土被称作RPC
『UHPC相对的局限性』
一般来说,UHPC如果想达到比较高的强度,便需要一定的高温高压热养护作为必要条件,另一方面钢纤维在搅拌过程中容易结团,需要大型的专业搅拌设备。而这些对于现场浇筑的施工条件来说基本很难达到。这也就导致了UHPC大多是需要在工厂提前制备完成的预制件。