1. Долговечность
Одна из основных целей бетона UHPC — быть таким же прочным, как камень, и прослужить долго без значительной потери качества. Как правило, бетонные конструкции могут быть установлены там, где они примыкают к непосредственной окружающей среде и могут подвергаться неизбежным суровым условиям, таким как: проникновение воды, химическое воздействие, коррозия стали, щелочно-кремнеземные реакции, циклы замораживания-оттаивания и изменение содержания углекислоты. . Длительное воздействие таких суровых условий может привести к разрушению бетонных конструкций, что приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание конструкций. Ключевым моментом в вопросах долговечности является проницаемость бетонной матрицы. Если бетон менее проницаем, он будет более прочным. Типы составляющих материалов и новые технологии, используемые для бетона UHPC, позволят разработать бетон с исключительной прочностью, способный противостоять суровым условиям окружающей среды и иметь длительный срок службы.
Основными факторами, контролирующими проницаемость, являются плотность микроструктуры и пористость бетонной матрицы. Исключение крупного заполнителя, добавление мелких и сверхмелких частиц, таких как дюнный песок и микрокремнезем, уменьшение соотношения воды и связующего вещества и разбавленный суперпластификатор будут работать вместе, чтобы гомогенизировать смесь, тем самым значительно уменьшая ее поры.
Водопоглощающая способность является коэффициентом проницаемости бетона UHPC и может считаться признаком его высокой долговечности. Уменьшение водопоглощающей способности бетона означает уменьшение пористости бетонной матрицы. Когда соотношение воды и связующего уменьшается, эти поры уменьшаются. Поскольку соотношение водосвязующих в бетоне UHPC намного ниже, чем в обычном бетоне, исследование Добиаса и др. показали, что коэффициент водопоглощения УГПК в 5 раз ниже, чем у обычного бетона. Когда поры составляют менее одной десятой от размера обычного бетона, матрица бетона UHPC будет непроницаемой.
Еще одним признаком хорошей долговечности является способность бетона противостоять химическому воздействию, например, ионам хлорида. Если матрица бетона проницаема, ионы хлорида могут проникнуть в матрицу, разрушить пассивацию стали и способствовать началу процесса коррозии. Сталь защищена от коррозии пассивирующим щелочным слоем, который может быть поврежден коррозионным действием хлорид-ионов. Однако из-за плотной и непроницаемой матрицы бетона UHPC проникновение ионов хлорида незначительно, и бетон UHPC показывает хорошую устойчивость к коррозии стали.
Многие исследователи изучали различные воздействия окружающей среды, такие как замораживание-оттаивание и поведение погоды. Замораживание-оттаивание происходит, когда частицы воды, попадающие в бетонную матрицу, замерзают и расширяются за пределы пор бетона. Многие исследователи наблюдали небольшое ухудшение качества и незначительную потерю качества после сотен циклов замораживания-оттаивания до 800 циклов. Кроме того, Хаким, Азад и Ахмад изучали циклы влажно-сухого и холодного-горячего состояния. Они показали, что UHPC сохраняет свою прочность в условиях агрессивного воздействия. Фактически, бетонное основание будет достаточно прочным, чтобы прослужить долгое время без необходимости использования покрытий или красок.
2. Механические свойства
Проведенные экспериментальные исследования показали, что UHPC обладает отличными механическими свойствами в качестве строительного материала. Прочность на сжатие является основным механическим свойством бетона UHPC и имеет решающее значение для обеспечения способности конструкции выдерживать определенные нагрузки. Он также считается показателем других механических свойств, а также высокой долговечности. Фактически, высокая прочность бетона является результатом двух основных принципов: упаковки частиц материала и соотношения воды и связующего. Влияние соотношения вода-связующее на прочность на сжатие UHPC. Содержание микрокремнезема также может повысить прочность на сжатие. Метод отверждения также оказывает значительное влияние на прочность на сжатие: отверждение паром превосходит обычное отверждение.
Стальные волокна не оказывают существенного влияния на прочность на сжатие, но, с другой стороны, могут повысить прочность на растяжение бетона UHPC. Для стальных волокон предел прочности UHPC обычно находится в диапазоне 15-20МПа, что почти в два раза превышает значение прочности UHPC без стальных волокон. Это значение составляет почти от одной десятой до двух десятых прочности на сжатие бетона UHPC.
Относительно значения прочности на сжатие одни исследователи говорят, что прочность на сжатие обычно превышает 120 МПа, а другие говорят, что она начинается со 150 МПа. В любом случае он намного прочнее обычного бетона. По мнению этих исследователей, прочность на сжатие и все механические свойства UHPC намного превосходят свойства обычного бетона.
Кроме того, показано, что прочность на изгиб СВПК составляет до 30 МПа, что достигается в состоянии высокотемпературного отверждения или в длительном нормальном состоянии в течение 28 дней. Это значение упоминалось во многих источниках. Упоминается, что оно превышает 30 МПа, достигает 40 МПа или находится в диапазоне 30-50 МПа. Поскольку результаты, полученные в ходе упомянутого исследования, средняя прочность на изгиб 28-суток составляет 31 МПа, а базовое эмпирическое правило гласит, что прочность на изгиб UHPC более чем в пять раз превышает прочность обычного бетона, прочность на изгиб UHPC показан в нашей таблице как значения до 30 МПа.
Предел прочности UHPC на раскалывание указан в таблице как максимальное значение 20 МПа. Это значение упоминалось во многих источниках. Например, в ссылке говорится, что «матрицы UHPC с добавлением волокон обычно имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 15-20МПа». Кроме того, в ссылке говорится, что «сообщается, что смеси имеют разную прочность на разрыв в диапазоне 8-15МПа». Прочность на растяжение UHPC можно рассматривать как одну десятую его прочности на сжатие, то есть, если прочность на сжатие составляет 150 МПа, это прочность на растяжение 15 МПа.
Свойства сверхвысокого давления на растяжение отличаются от свойств обычного бетона из-за способности цементной композитной матрицы к растрескиванию при растяжении и способности волокнистой арматуры перекрывать трещины. По сравнению с обычным бетоном, армированным фиброй, UHPC может демонстрировать значительную и устойчивую способность к растяжению после растрескивания до локализации трещины, выдергивания волокон и потери прочности на растяжение.
Поскольку UHPC все чаще используется в современном строительстве, определение его свойств на растяжение и сжатие имеет решающее значение для изучения его структурного поведения, численного моделирования и механики разрушения.
Ду и др. отметил, что характеристики волокна, такие как содержание волокна, форма, соотношение сторон, ориентация и распределение, оказывают большое влияние на свойства растяжения армированного волокнами бетона сверхвысоких эксплуатационных характеристик. Увеличение содержания клетчатки является наиболее убедительным способом улучшения свойств на разрыв, включая прочность на разрыв и энергоемкость разрыва. Это означает, что требуемая прочность на разрыв может быть достигнута за счет использования достаточного количества волокна.
Хабель и др. показал схематическую диаграмму трех различных вариантов поведения при растяжении, которые может проявлять UHPC: I) линейно-упругое поведение до растрескивания; II) деформационное упрочнение после растрескивания и рассеянного дискретного растрескивания; и III) специфическое для трещин размягчение при локализации деформации. Поведение.
