Calcestruzzo ultra-ad alte prestazioni

Quando viene realizzato un calcestruzzo preconfezionato normale, gli aggregati più grandi nella miscela possono variare da 1-1/2 pollici fino a 3/8ths di pollice con forze di compressione che possono arrivare fino a 10.000 psi. I buoni mix sono” ben classificati”, il che significa che i vuoti tra gli aggregati più grandi sono riempiti con aggregati più piccoli e così via lungo la linea fino a quando non c’è la minor quantità di spazio vuoto possibile. Ultra-High Performance Concrete (UHPC) è così tranne che il riempimento dei vuoti tra gli aggregati è indicato come “imballaggio di particelle.”Sri Sritharan, la Wilkinson Chair of Interdisciplinary Engineering presso il Dipartimento di Ingegneria civile, edilizia e ambientale dell’Iowa State University, Ames, Iowa, aggiunge che le dimensioni delle particelle per UHPC sono mantenute molto piccole per creare una matrice più densa, la più grande dimensione non superiore a 600 micron (circa la dimensione se un granello di sabbia silicea). Ciò contribuisce ad aumentare la resistenza alla compressione standard di queste miscele in eccesso di 22.000 psi.

All’inizio si chiamava Reactive Powder Concrete (RPG) ma la cosa cambiò a metà degli anni Novanta quando divenne nota come UHPC. La ricerca su questo prodotto ha avuto origine in Danimarca nel lontano 1964 come parte del loro sforzo per sviluppare miscele di calcestruzzo ad alta resistenza. La loro ricerca si è concentrata su miscele di particelle molto dense con bassi rapporti acqua / cemento e negli anni ‘ 70 lo sviluppo di superplasticizers (riduttori di acqua ad alta gamma di HRWR) ha ulteriormente contribuito a raggiungere bassi rapporti acqua/cemento. Dominique Corvez, Vice Presidente e capo di Ductal Nord America per Lafarge, la cui sede negli Stati Uniti sono a Chicago, Illinois, dice che hanno cominciato a guardare a questa tecnologia anche in Francia. Gli appaltatori lo sperimentarono per primi, ma LaFarge, uno dei maggiori produttori di cemento al mondo, sviluppò un prodotto UHPC che chiamarono “Ductal” ed è ancora in uso oggi. All’inizio ogni lotto era fatto da zero ma oggi ci sono diversi produttori commerciali di miscele secche confezionate. LaFarge Holcim è uno dei maggiori produttori di questo.

Vantaggi di UHPC

La resistenza alla compressione è il modo più riconosciuto per caratterizzare UHPC. Come affermato in precedenza, le resistenze di compressione dovrebbero essere nell’intervallo da 22.000 a 30.000 psi da considerare UHPC, ma studi di ricerca su UHPC curato ad alta pressione e calore hanno prodotto resistenze di compressione fino a 116.000 psi fino ad oggi. Ma ci sono anche altri vantaggi unici.

• ad Alto modulo di elasticità (MOE) che può essere in 7.500 ksi gamma
• ad Alta resistenza di forza rispetto al calcestruzzo normale
• UHPC ha elevata forza di adesione all’acciaio di rinforzo e questo può ridurre la dimensione di una posa del calcestruzzo necessario per vincolo di elementi in calcestruzzo insieme
• ha ottima resistenza al gelo-disgelo in bicicletta senza bisogno di aria training additivi
• elementi Strutturali può essere più piccolo e più leggero rispetto a quelli realizzati con calcestruzzo normale
• Gli architetti design più sottile di elementi in calcestruzzo, migliorare l’aspetto architettonico del loro lavoro
• si tratta di un materiale molto denso, con porosità capillari eliminato la rende impermeabile ad acqua e sale penetrazione senza sigillatura superficiale
• è molto basso ritiro e può essere utilizzato come un non-shrink di stucco
• fedelmente i trasferimenti che anche il miglior sollievo dal modellato le superfici risultanti in più ideale per il calcestruzzo architettonico pezzi

Ingredienti L’obiettivo per UHPC è quello di produrre molto denso impermeabili in calcestruzzo da particelle di imballaggio—organizzare le dimensioni delle particelle nel mescolare in modo che non c’è il minimo spazio vuoto tra particelle – in un ambiente molto basso rapporto w/C. Simile al calcestruzzo auto-consolidante (SCC), la fluidità UHPC è misurata in “diffusione” piuttosto che in pollici di crollo. Diffusione diametri di 12-20 pollici sono comuni, che lo rende facile da posizionare e consolidare, con conseguente molto elevata resistenza e buona resistenza ai danni ambientali.

Ci sono molti disegni differenti della miscela per UHPC ma useranno alcuni o tutti gli ingredienti qui sotto:

• Cemento. Il cemento Portland con un processo di idratazione un po ‘ più lungo è preferito
• Calcare macinato. Utilizzato come aggregato fine
• Sabbia. L’aggregato di dimensioni maggiori nel mix.
• Polvere di quarzo. Silice molto finemente macinata che viene utilizzata per fornire particelle di dimensioni vitali
• Ceneri volanti. Un materiale cementizio supplementare (SEM) che aiuta anche con il processo di imballaggio delle particelle
• Fumi di silice. Un SEM con dimensioni delle particelle di appena 1 micron per aiutare a densificare il mix.
• Additivi. Superplasticizers policarbossilati (riduttori di acqua ad alta gamma) che vengono utilizzati per aiutare nel processo di miscelazione e posizionamento e rendendo possibili rapporti w/c molto bassi
• Fibre. Una gamma di fibre viene utilizzata nelle miscele UHPC. Includono; acciaio, fibra di vetro, poli acetato di vinile (PVA), polipropilene e altri. La quantità di ciascuno dipende dal materiale utilizzato, ma le fibre di acciaio sono tipicamente dosate dal 2% al 3% in volume della miscela. Ciò corrisponde a 0,5 a 0,8 piedi cubi di fibra e le fibre sono molto sottili, di solito 0,2 millimetri di diametro.
• Acqua. La bassa quantità di acqua, circa un 0.2 rapporto acqua / cemento, riduce il restringimento e aumenta la resistenza del calcestruzzo

Miscelazione UHPC

A causa della finezza dei materiali e del rapporto w / c molto basso miscelazione miscele UHPC richiede attrezzature speciali. Sritharan dice che la maggior parte UHPC è mescolato nei cantieri con miscelatori pan ad alto taglio, ma dice che è stato in siti in cui sono stati utilizzati speciali camion ready-mix. Miscelazione UHPC da zero richiede un processo di miscelazione coinvolto per distribuire correttamente tutti i materiali in polvere fine insieme. Di conseguenza, la maggior parte delle applicazioni di costruzione UHPC oggi utilizza prodotti pre-insaccati. Per questo e altri motivi meno di 1-1 / 2 metri cubi è tipicamente mescolato in una sola volta.

Trattamento termico

Sritharan afferma che sottoporre UHPC a trattamento a vapore con temperature nella gamma 194ºF sviluppa un’elevata resistenza precoce. La polimerizzazione a vapore per 48 ore consente all’UHPC di raggiungere rapidamente la sua piena resistenza e quando viene introdotta un’alta pressione con temperature elevate del vapore è possibile aumentare notevolmente la resistenza ancora di più.

Applicazioni in cantiere

L’UHPC è costoso da realizzare—molto più alto delle miscele di calcestruzzo standard e forse questo è il motivo per cui la sua accettazione è stata lenta. Ma quando tutti i benefici sono considerati può essere conveniente. Negli Stati Uniti la costruzione di infra-struttura e ponti è attualmente il più grande utente UHPC, principalmente per il collegamento di elementi di ponti prefabbricati insieme. È usuale fornire sovrapposizioni di barre di rinforzo da 18 pollici per un corretto ancoraggio, ma le installazioni UHPC richiedono solo 9 pollici grazie alla sua forza di legame superiore. Di conseguenza, il yardage concreto per questi spazi di giunzione è molto inferiore e vi è una maggiore resistenza alle condizioni ambientali.

Sritharan afferma che il Dipartimento dei Trasporti dell’Iowa sta anche studiando l’uso di UHPC come materiale di sovrapposizione per ponti. Una sovrapposizione spessa da 1 a 1-1 / 2 pollici può fornire la massima protezione per i ponti, poiché non sono influenzati da sale, altri composti sbrinanti o cicli di congelamento-disgelo.

Pannelli compositi UHPC architettonici sottili

Kevin Gannon, RA, direttore dello sviluppo del programma per Taktl LLC con sede a Turtle Creek, Pennsylvania, afferma che uno dei loro maggiori problemi è differenziare l’UHPC architettonico (A|UHPC) dai prodotti ready mix ingegnerizzati civili e anche i prodotti Taktl da GFRC spray-in o prodotti GFRC estrusi. A / UHPC utilizza solo fibre di rinforzo non metalliche e spesso include maglie continue. A causa della magrezza dei pannelli UHPC, il design del mix e i metodi di produzione favoriscono la resistenza alla flessione rispetto alla resistenza alla compressione, pur mantenendo tutti i fattori di durata previsti con UHPC. Con la più grande risorsa per gli standard di riferimento dei materiali UHPC essendo la Federal Highway Administration, gli architetti sono tenuti ad avere sfide specifiche. Taktl ha fatto grandi passi avanti per quanto riguarda la definizione degli standard e dei criteri di riferimento per le applicazioni di facciata UHPC architettoniche. Concentrano le loro risorse tecniche di vendita e di gestione del progetto sull’educazione dei progettisti e sul supporto degli appaltatori.. “Una volta che usano il prodotto, lo specificano facilmente su altri progetti”, aggiunge.

Taktl originariamente si concentrava su getti UHPC stampati iniettati complessi, afferma Jason Flannery, direttore del design delle aziende. Era una conseguenza della loro attrezzatura esterna in metallo e del loro business di arredamento. Hanno iniziato a guardare il cemento a causa di come potrebbe essere modellato per le facciate. Dice che hanno iniziato a produrre pannelli per facciate UHPC nel 2010, qualcosa che nessun altro stava facendo negli Stati Uniti. Hanno trascorso tre anni a fare ricerca e sviluppare attrezzature. “Abbiamo deciso fin da subito di sviluppare la nuova azienda verticalmente—fare ogni fase del lavoro in casa dallo sviluppo dello stampo e la costruzione di innovare un processo di colata semiautomatica continuo,” dice. Oggi la loro unica attività è UHPC calcestruzzo architettonico e hanno un 200.000 piedi quadrati sotto il tetto con 150 dipendenti. L ” anno scorso hanno prodotto 1.5 milioni di metri quadrati di rivestimenti di facciate, tra cui ospedali, musei, edifici universitari e grattacieli ad uso misto-sia in campo in assemblaggi di rivestimenti rainscreen, sia integrati in sistemi di facciata unificati.

Dr. George Quercia, Direttore della ricerca di Taktl dice che producono pannelli UHPC parete divisoria che sono solo 5/8 pollici di spessore. All’interno di questo spessore sono due strati di maglia così come rinforzo in fibra di vetro. Le dimensioni tipiche del pannello sono 4 x 10 piedi ma possono lanciare fino a 5 x 12 dimensioni e invece di formare ogni pannello gettano oversize e tagliarli a misura con seghe concrete. Questi pannelli possono sostituire i pannelli prefabbricati della parete divisoria normale spessa 6 pollici. I pannelli sottili riducono i costi di trasporto in modo significativo ed economico estendono la distanza ai progetti di costruzione.

C’è un altro vantaggio della fusione architettonica con UHPC: le superfici dello stampo finemente dettagliate vengono fedelmente trasferite alla fusione a causa dei piccolissimi aggregati e della struttura della pasta della miscela. Ciò consente di creare superfici di stampo sempre più dettagliate per ottenere un aspetto più sorprendente.

Il valore di UHPC

Sebbene sia considerato un nuovo tipo di calcestruzzo e non abbia molto riconoscimento del nome, UHPC ha molti vantaggi. La sua grande forza significa che è necessario meno materiale per realizzare ciò che fa il calcestruzzo normale. Questo può tradursi in strutture più leggere di ingegneria a partire dai loro basamenti. L’acqua e le condizioni ambientali che riducono la vita di altri tipi di calcestruzzo hanno scarso effetto sull’UHPC a causa della sua natura impermeabile, fornendo una durata della vita incontaminata molto più lunga. Sticker shock potrebbe causare a non dare un secondo pensiero, ma che sarebbe un errore. Quando tutto viene preso in considerazione, l’uso strategico di UHPC potrebbe rivelarsi un affare.