3
這是一種具有超高強度、高韌性和高耐久性的水泥基復合材料。它的抗壓強度能達到150MPa以上,而普通混凝土的抗壓強度一般在20 - 30MPa左右。
UHPC在建筑領域應用廣泛,比如用于建造橋梁,它可以使橋梁跨度更大、結構更輕??;在建筑外立面方面,能夠制作造型復雜且耐久性高的構件。
UHPC的制作工藝主要包括以下幾個關鍵步驟:
一,原材料準備
?? 水泥:
一般會選用強度等級較高的水泥,這是提供強度的基礎材料。
?? 硅灰:
它的顆粒很細,能填充水泥顆粒之間的空隙,提高密實度,增強UHPC的強度和耐久性。
?? 石英砂:
作為細集料,石英砂能改善UHPC的工作性能和強度。
?? 纖維:
常添加鋼纖維或碳纖維等,它們能有效提高材料的韌性,防止混凝土開裂后發(fā)生脆性破壞。
?? 高效減水劑:
這種外加劑可以減少用水量,使UHPC在低水膠比的情況下保持良好的流動性,便于施工。
二,攪拌
?? 需要使用強制式攪拌機。先將干粉料(水泥、硅灰、石英砂等)投入攪拌機,攪拌均勻,然后加入纖維繼續(xù)攪拌。
??之后再加入含有高效減水劑的水,攪拌過程中要注意控制攪拌時間和速度,確保各組分充分混合均勻,一般整個攪拌過程可能持續(xù)數分鐘到十幾分鐘。
三,澆筑與成型
?? UHPC具有良好的流動性,可像普通混凝土一樣進行澆筑,不過要注意避免纖維分布不均。
?? 在澆筑后,可以采用振動、加壓等方式輔助成型,使UHPC內部更加密實,減少氣孔等缺陷。對于一些復雜形狀的構件,可能還需要使用模具來確保形狀符合要求。
四,養(yǎng)護
?? 蒸汽養(yǎng)護是比較常見的方式,在高溫(一般為90℃左右)高濕的環(huán)境下養(yǎng)護一段時間,如2 - 3天,這樣可以加速水泥的水化反應,提高早期強度。
?? 也可以采用常溫養(yǎng)護,但常溫養(yǎng)護所需的時間會比較長,強度發(fā)展相對較慢。
UHPC 在建筑領域的應用前景十分廣闊,主要體現在以下幾個方面:
1. 建筑結構方面:
?? 高層建筑:
隨著城市土地資源的日益緊張,高層建筑的需求不斷增加。UHPC 的高強度和高剛度能夠使建筑結構更加纖細、輕巧,在不增加結構尺寸和重量的前提下,提高建筑的抗震性能和承載能力,為高層建筑的設計和建造提供了更大的自由度。例如,使用 UHPC 可以建造出更高、更具創(chuàng)新性的摩天大樓,如上海中心大廈等超高層建筑未來可能會更多地采用 UHPC 技術來優(yōu)化結構設計。
??大跨度結構:
對于大跨度的建筑結構,如體育館、展覽館、機場航站樓等,UHPC 的優(yōu)異性能可以有效減少結構的自重,降低對支撐結構的要求,同時提高結構的穩(wěn)定性和耐久性。例如,法國的馬恩河谷人行橋就是 UHPC 在大跨度橋梁結構中的成功應用案例,未來在建筑領域的大跨度屋頂、懸挑結構等方面也具有很大的應用潛力。
??抗震結構:
在地震頻發(fā)地區(qū),建筑的抗震性能至關重要。UHPC 具有良好的韌性和耗能能力,能夠在地震作用下吸收更多的能量,減少結構的破壞。因此,在抗震結構的設計和建造中,UHPC 可以作為一種理想的材料,提高建筑的抗震安全性。
2. 建筑構件方面:
??預制構件:
UHPC 預制構件具有精度高、質量好、生產效率高等優(yōu)點,可以在工廠內進行標準化生產,然后運輸到施工現場進行安裝。例如,預制的 UHPC 墻板、樓板、梁柱等構件,可以大大縮短建筑的施工周期,提高建筑的質量和效率。同時,預制構件還可以根據設計要求進行定制化生產,滿足不同建筑的個性化需求。
?? 幕墻系統:
UHPC 幕墻具有高強度、高耐久性、良好的裝飾性等優(yōu)點,能夠抵御惡劣的氣候條件和環(huán)境污染,長期保持外觀的美觀和整潔。與傳統的幕墻材料相比,UHPC 幕墻的重量更輕,安裝更加方便,維護成本也更低,因此在建筑幕墻領域具有廣闊的應用前景。
??樓梯、陽臺等小型構件:
這些小型構件對材料的強度和耐久性要求較高,UHPC 的優(yōu)異性能能夠滿足這些要求。同時,UHPC 可以制作出復雜的形狀和紋理,為建筑的設計和裝飾提供更多的選擇。
3. 建筑修復與加固方面:
??老舊建筑修復:
許多老舊建筑由于年代久遠,結構出現了不同程度的損壞和老化,需要進行修復和加固。UHPC 具有良好的粘結性能和耐久性,可以與原有結構緊密結合,提高結構的強度和剛度,延長建筑的使用壽命。例如,對于裂縫的修補、結構的補強等,UHPC 都可以發(fā)揮很好的作用。
?? 歷史建筑保護:
歷史建筑是城市的文化遺產,需要進行保護和修復。UHPC 可以在不改變歷史建筑原有風貌的前提下,對結構進行加固和修復,提高建筑的安全性和穩(wěn)定性。同時,UHPC 的顏色和質感可以根據需要進行調整,與歷史建筑的風格相協調。
4. 特殊建筑領域方面:
??海洋工程:
在海洋環(huán)境中,建筑結構需要承受海水的侵蝕、海浪的沖擊等惡劣條件。UHPC 具有優(yōu)異的抗?jié)B性、抗腐蝕性和抗凍性,能夠在海洋工程中發(fā)揮重要作用,如建造海洋平臺、港口碼頭、跨海大橋等。
??核工業(yè)建筑:
核工業(yè)建筑對材料的安全性和可靠性要求極高,UHPC 的高強度、高耐久性和良好的抗輻射性能使其成為核工業(yè)建筑的理想材料,如核電站的安全殼、核廢料儲存設施等。
5. 可持續(xù)發(fā)展方面:
?? 低碳環(huán)保:
在全球倡導低碳環(huán)保的背景下,建筑行業(yè)也在積極尋求可持續(xù)發(fā)展的解決方案。UHPC 材料的生產過程中可以減少水泥的用量,降低能源消耗和二氧化碳排放。同時,UHPC 的耐久性好,使用壽命長,可以減少建筑的維護和更換頻率,降低建筑全生命周期的成本和環(huán)境影響。
?? 資源節(jié)約:
UHPC 的高強度和高耐久性使得建筑結構可以更加輕薄,減少材料的使用量,節(jié)約自然資源。此外,UHPC 預制構件的生產可以實現工業(yè)化和標準化,提高材料的利用率,減少浪費。