gdy powstaje normalny Beton gotowy, największe kruszywa w mieszance mogą wynosić od 1-1 / 2 cala do 3/8 cala o wytrzymałości na ściskanie, która może wynosić nawet 10 000 psi. Dobre mieszanki są „dobrze stopniowane”, co oznacza, że pustki między największymi agregatami są wypełnione mniejszymi agregatami i tak dalej, aż do momentu, gdy będzie jak najmniej pustej przestrzeni. Ultra-High Performance Concrete (UHPC) jest taki, z tym wyjątkiem, że wypełnianie pustek między kruszywami jest określane jako ” pakowanie cząstek.”Sri Sritharan, Wilkinson Chair of Interdisciplinary Engineering w Iowa State University’ s Department of Civil, Construction, and Environmental Engineering, Ames, Iowa, dodaje, że rozmiary cząstek dla UHPC są bardzo małe, aby stworzyć bardziej gęstą matrycę, największy rozmiar nie przekracza 600 mikronów (mniej więcej wielkości, jeśli ziarno piasku krzemionkowego). Pomaga to zwiększyć standardową wytrzymałość na ściskanie tych mieszanek przekraczającą 22 000 psi.
na początku był nazywany reaktywnym betonem proszkowym (RPG), ale zmieniło się to w połowie lat dziewięćdziesiątych, gdy stał się znany jako UHPC. Badania nad tym produktem rozpoczęły się w Danii już w 1964 roku jako część ich wysiłków na rzecz opracowania mieszanek betonowych o wyższej wytrzymałości. Ich badania koncentrowały się na bardzo gęstych mieszankach pakowanych w cząstki o niskim stosunku wody do cementu, a w latach 70-tych rozwój superplastyfikatorów (wysokowydajnych reduktorów wody hrwr) dodatkowo pomógł osiągnąć niski stosunek wody do cementu. Dominique Corvez, wiceprezes i szef firmy Lafarge w Ameryce Północnej, której siedziba w USA znajduje się w Chicago w stanie Illinois, mówi, że zaczęli przyglądać się tej technologii również we Francji. Wykonawcy eksperymentowali z nim najpierw, ale LaFarge, jeden z największych na świecie producentów cementu, opracował produkt UHPC o nazwie „Ductal”i jest on nadal używany. Na początku każda partia była produkowana od podstaw, ale dziś istnieje kilka komercyjnych producentów pakowanych mieszanek suchych. LaFarge Holcim jest jednym z największych producentów tego.
zalety UHPC
wytrzymałość na ściskanie jest najbardziej znanym sposobem scharakteryzowania UHPC. Jak wcześniej wspomniano, oczekuje się, że wytrzymałość na ściskanie będzie wynosić od 22 000 do 30 000 psi, które należy uznać za UHPC, ale badania naukowe utwardzonego UHPC pod wysokim ciśnieniem i ciepłem przyniosły do tej pory wytrzymałość na ściskanie aż 116 000 psi. Ale są też inne unikalne zalety.
- wysoki moduł sprężystości (MOE), który może mieścić się w zakresie 7500 ksi
- Wysoka wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu do normalnego betonu
- UHPC ma wysoką wytrzymałość na wiązanie ze zbrojeniem stalowym, co może zmniejszyć rozmiar betonu potrzebnego do połączenia elementów betonowych ze sobą
- ma doskonałą odporność na cykle zamrażania i rozmrażania bez konieczności wciągania powietrza domieszki
- elementy konstrukcyjne mogą być mniejsze i lżejsze w porównaniu do tych wykonanych z normalnego betonu
- architekci mogą projektować cieńsze elementy betonowe,
- jest to bardzo gęsty materiał z wyeliminowanymi porami kapilarnymi, dzięki czemu jest odporny na przenikanie wody i soli bez uszczelniania powierzchni
- ma bardzo niski skurcz i może być stosowany jako zaprawa niekurczliwa
- wiernie przenosi nawet najdrobniejsze ulgi z formowanych powierzchni, co daje bardziej idealne elementy betonu architektonicznego
składniki betonu architektonicznego celem uhpc jest produkcja bardzo gęstego nieprzepuszczalnego betonu przez pakowanie cząstek-rozmieszczenie cząstek w mieszance, aby uzyskać minimalną przestrzeń pustą między cząstkami-w środowisku o bardzo niskim stosunku w / C. Podobnie jak w przypadku betonu samosondującego (SCC), przepływność UHPC jest mierzona w „rozłożeniu”, a nie w calach spadku. Średnice rozprzestrzeniania 12-20 cali są powszechne, co ułatwia umieszczenie i konsolidację, co zapewnia bardzo wysoką wytrzymałość i dobrą odporność na uszkodzenia środowiska.
istnieje wiele różnych wzorów miksów dla UHPC, ale będą one używać niektórych lub wszystkich poniższych składników:
- Cement. Preferowany jest cement portlandzki z nieco dłuższym procesem uwodnienia
- mielonego wapienia. Używany jako drobny Kruszywo
- piasek. Największy rozmiar kruszywa w miksie.
- proszek Kwarcowy. Bardzo drobno zmielona krzemionka, która służy do dostarczania niezbędnych wielkości cząstek
- popiołu lotnego. Dodatkowy materiał cementowy (sem), który pomaga również w procesie pakowania cząstek
- dymu krzemionkowego. SEM o wielkości cząstek zaledwie 1 Mikron, aby pomóc zagęścić mieszankę.
- domieszki. Superplastyfikatory polikarboksylanowe (Reduktory wody o wysokim zakresie), które są używane do wspomagania procesu mieszania i umieszczania oraz umożliwiania bardzo niskich współczynników w/c
- włókien. W mieszankach UHPC stosuje się szereg włókien. Obejmują one; stal, włókno szklane, Poli octan winylu (PVA), polipropylen i inne. Ilość każdego z nich zależy od użytego materiału, ale włókna stalowe są zazwyczaj dozowane od 2% do 3% objętości mieszaniny. Odpowiada to 0,5 do 0,8 stóp sześciennych włókna, a włókna są bardzo cienkie, Zwykle o średnicy 0,2 milimetra.
- woda. Mała ilość wody, Około 0.2 stosunek woda/cement, zmniejsza skurcz i zwiększa wytrzymałość betonu
mieszanie UHPC
ze względu na rozdrobnienie materiałów i bardzo niski stosunek w/c mieszanie mieszanek UHPC wymaga specjalnego sprzętu. Sritharan mówi, że większość UHPC jest mieszana na placach budowy z mieszalnikami o wysokim ścinaniu, ale mówi, że był na miejscach, gdzie używane były specjalne ciężarówki z gotową mieszanką. Mieszanie UHPC od podstaw wymaga zaangażowanego procesu mieszania w celu prawidłowego rozprowadzenia wszystkich drobnoziarnistych materiałów. W rezultacie większość zastosowań konstrukcyjnych UHPC wykorzystuje produkty wstępnie zapakowane. Z tego i innych powodów mniej niż 1-1 / 2 jardów sześciennych jest zwykle mieszane w jednym czasie.
utwardzanie cieplne
Sritharan mówi, że poddanie UHPC utwardzaniu parowemu w temperaturach w zakresie 194ºF rozwija wysoką wczesną wytrzymałość. Utwardzanie parą przez 48 godzin umożliwia UHPC szybkie osiągnięcie pełnej wytrzymałości, a po wprowadzeniu wysokiego ciśnienia przy podwyższonej temperaturze pary możliwe jest jeszcze większe zwiększenie wytrzymałości.
zastosowania na budowie
wykonanie UHPC jest kosztowne – znacznie wyższe niż standardowe mieszanki betonowe i być może dlatego jego akceptacja jest powolna. Ale gdy wszystkie korzyści są uważane za opłacalne. W USA infra-structure i budowa mostów jest obecnie największym użytkownikiem UHPC, głównie do łączenia ze sobą prefabrykowanych elementów mostów. Zwykle zapewnia się nakładanie się prętów wzmacniających 18 w celu prawidłowego zakotwiczenia, ale instalacje UHPC wymagają tylko 9 cali ze względu na doskonałą siłę wiązania. W rezultacie Beton dla tych przestrzeni przyłączeniowych jest znacznie mniejszy i ma większą odporność na warunki otoczenia.
Sritharan twierdzi, że Iowa Department of Transportation bada również wykorzystanie UHPC jako materiału nakładkowego na pokłady mostowe. Nakładka o grubości od 1 do 1-1/2 cala może zapewnić doskonałą ochronę pomostów, ponieważ nie ma na nie wpływu sól, inne związki odbarwiające ani cykle zamrażania i rozmrażania.
cienkie Architektoniczne panele kompozytowe UHPC
Kevin Gannon, Ra, Dyrektor ds. rozwoju programów Taktl LLC z siedzibą w Turtle Creek w Pensylwanii, mówi, że jednym z ich największych problemów jest odróżnienie architektonicznego UHPC (a|UHPC)od gotowych produktów mieszanych, a także produktów Taktl z GFRC lub wytłaczanych produktów GFRC. A / UHPC używa tylko niemetalicznych włókien wzmacniających i często zawiera ciągłą siatkę. Ze względu na cienkość paneli UHPC, konstrukcja mieszanki i metody produkcji faworyzują wytrzymałość na zginanie w porównaniu z wytrzymałością na ściskanie, zachowując wszystkie czynniki trwałości oczekiwane w przypadku UHPC. Ponieważ największym źródłem standardów odniesienia dla materiałów UHPC jest Federalna Administracja autostrad, architekci muszą stawić czoła wyzwaniom związanym ze specyfikacją. Taktl poczynił wielkie postępy w zakresie ustanowienia standardów i kryteriów dla architektonicznych zastosowań elewacji UHPC. Koncentrują swoje techniczne zasoby sprzedaży i zarządzania projektami na kształceniu projektantów i wspieraniu wykonawców.. „Po użyciu produktu łatwo określają go w innych projektach”, dodaje.
taktl początkowo koncentrował się na złożonych wtryskiwanych odlewach UHPC mówi Jason Flannery, dyrektor ds. Był to wzrost ich metalowych urządzeń zewnętrznych i wyposażenia wnętrz. Zaczęli patrzeć na beton z powodu tego, jak można go kształtować na elewacjach. Mówi, że zaczęli produkować Panele elewacyjne UHPC w 2010 roku, czego nikt inny nie robił w USA. Spędzili trzy lata na badaniach i opracowywaniu sprzętu. „Wcześnie zdecydowaliśmy się na pionowy rozwój nowej firmy—wykonujemy każdy etap prac w domu, od opracowania formy i budowy do wprowadzenia innowacji w ciągłym, półautomatycznym procesie odlewania”, mówi. Dziś ich jedynym biznesem jest beton architektoniczny UHPC i mają 200 000 stóp kwadratowych pod dachem z 150 pracownikami. W ubiegłym roku wyprodukowali 1.Okładziny fasadowe o powierzchni 5 milionów stóp kwadratowych, w tym szpitale, muzea, budynki uniwersyteckie i wieżowce o mieszanym przeznaczeniu-zarówno w polu ustawionym w zespołach okładzin przeciwdeszczowych, jak i zintegrowane z jednolitymi systemami fasadowymi.
dr George Quercia, Dyrektor Badań Taktl mówi, że produkują panele ścienne kurtynowe UHPC o grubości zaledwie 5/8 cala. W tej grubości znajdują się dwie warstwy siatki, a także wzmocnienie z włókna szklanego. Typowe rozmiary paneli to 4 x 10 stóp, ale mogą one odlewać do 5 x 12 rozmiarów i zamiast formować każdy panel, odlewają oversize i przycinają je do rozmiaru za pomocą pił do betonu. Panele te mogą zastąpić prefabrykowane panele o grubości 6 cali z normalnej betonowej ściany osłonowej. Cienkie panele znacznie obniżają koszty transportu i ekonomicznie wydłużają dystans do projektów budowlanych.
jest jeszcze jedna zaleta odlewania architektonicznego z UHPC—drobno szczegółowe powierzchnie formy są wiernie przenoszone na odlewanie ze względu na bardzo małą strukturę kruszyw i pasty mieszanki. Dzięki temu możliwe jest tworzenie coraz bardziej szczegółowych powierzchni formy, aby uzyskać bardziej oszałamiający wygląd.
wartość UHPC
chociaż jest uważany za nowy rodzaj betonu i nie ma większego rozpoznawania nazwy, UHPC ma wiele zalet. Jego duża wytrzymałość oznacza, że potrzeba mniej materiału, aby osiągnąć to, co robi zwykły beton. Może to przełożyć się na inżynierię lżejszych konstrukcji, począwszy od ich stóp. Woda i warunki otoczenia, które skracają żywotność innych rodzajów betonu, mają niewielki wpływ na UHPC ze względu na jego nieprzepuszczalną naturę, zapewniając znacznie dłuższą nieskazitelną żywotność. Szok z naklejkami może spowodować, że nie zastanowisz się nad tym, ale to byłby błąd. Gdy wszystko jest brane pod uwagę, strategiczne wykorzystanie UHPC może okazać się okazją.
