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UHPC擠出型高性能混凝土板即超高性能混凝土,簡稱UHPC(Ultra-High PerformanceConcrete),也稱作活性粉末混凝土(RPC,Reactive Powder Concrete),是過去三十年中最具創新性的水泥基工程材料,實現工程材料性能的大跨越。“超高性能混凝土”包含兩個方面‘超高’——具有超高的耐久性和超高的力學性能(抗壓、抗拉以及高韌性)。
材料組成的起源
最初的UHPC(即Densit),使用了在當時(七十年代后期)屬于新的原材料——硅灰和萘系高效減水劑,其它均為傳統材料;九十年代以RPC為代表的UHPC,引入了磨細石英粉,減水劑則更新換代為聚丙烯酸系和聚羧酸系超高效減水劑。
進入新世紀,UHPC礦物原材料的研究涉及納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米碳管、磨細或分選超細粉煤灰、超細礦粉、超細水泥、稻殼灰、偏高嶺土、玻璃粉,等等。至今,實用的最細礦物材料仍然是硅灰,因其具有粒形好(球形)、火山灰活性高,以及成熟的商業化供應等優點。使用其它超細礦物材料,有助于降低硅灰用量。使用普通細度粉煤灰、礦粉替代部分水泥,用玻璃粉替代石英粉,均取得良好效果。實際應用的UHPC,抗壓強度一般在150~250MPa范圍,粗細骨料一般選擇強度高的天然巖石,如石英、花崗、玄武巖等。更高強度或需要非常高的耐磨性能,可使用人工骨料,如燒結鋁礬土、碳化硅、金屬骨料等。提高纖維對UHPC增強增韌的效果與效率,也取得較大進展。
現在,UHPC礦物組成材料的本地化和綠色化,是大量研發工作的重點,以降低UHPC的生產配制成本,使UHPC更低碳。重慶大學的王沖等試驗研究表明,采用常規的工藝與材料就能夠配制UHPC。他們的試驗,使用最大粒徑20mm石灰石粗骨料,細度模數2.3的中砂細骨料,900kg/m3復合膠凝材料(50%水泥、10%硅灰、20%礦粉和20%石灰石粉),不使用纖維,水膠比0.16,用普通的試驗室攪拌機,配制出的混凝土坍落度最高達268mm,最高抗壓強度90天和365天分別達到175.8MPa和182.9MPa。東南大學研究配制綠色C200的UHPC(C200 GRPC),膠凝材料組成為40%水泥、25%超細礦粉、25%超細粉煤灰和10%硅灰,使用4%體積的鋼纖維(lf=13mm, df=0.175mm),獲得UHPC抗壓強度、抗彎強度和斷裂能分別超過200MPa、60MPa和30,000J/m2。
H. Yi?iter、H. Yaz?c?等的研究小組,分別試驗用普通細度粉煤灰(比表面積290m2/kg)和礦粉(比表面積396m2/kg),替代20%~60%的水泥(比表面積380m2/kg)。研究三種養護條件下,即20oC標準養護、100 oC蒸汽養護7天和高溫高壓(210 oC、2MPa壓力)養護8小時,粉煤灰和礦粉替代水泥對UHPC強度的影響,結果見圖1和圖2。標準養護條件下,隨粉煤灰和礦粉替代水泥率增加,UHPC的7d強度有所降低,但是28d和90d強度沒有明顯變化,這與早期Bache的粉煤灰替代水泥試驗結果一致。經過蒸汽或高溫高壓養護,無粉煤灰、無礦粉的UHPC,強度有較大幅度提高;隨粉煤灰替代水泥率增加,強度呈下降趨勢;礦粉替代20%水泥的強度最高,此后隨替代率增加強度降低。粉煤灰和礦粉替代水泥率達到60%,UHPC強度仍能夠達到非常高水平。因此,使用大摻量粉煤灰和礦粉,UHPC的水泥用量可以降低到普通高強混凝土的水平,即350~ 550kg/m3。