uhpc高性能混凝土原材料

UHPC的发展历史

超高性能混凝土（UltraHighPerformanceConcrete,UHPC）它是一种新型水泥基材料。其原料主要由混凝土、超细颗粒、细集料和纤维混凝土减水剂组成。根据掺入极细活力颗粒和混凝土减水剂的作用，可以提高原料的密实度和高灰比，从而改变混凝土材料的特性。新型水泥基材料的探索可以追溯到20世纪。到了70年代，根据超细磨机混凝土及其真空泵的混合技术，创造了低孔隙率，抗拉强度达到了240MPa的粉煤灰水泥。

制备UHPC的原材料和工艺

2.1原料及配合比

如表1所示，本实验设计方案有两种UHPC基材：A、B组是同一个深灰色基材，D组是白色基材。每个深灰色基材加2.5%、混凝土纤维5%体积掺入，乳白色基材加3%体积掺入耐碱玻璃纤维，制作三级UHPC。.A、B组常用原料分别为525#普通硅酸盐水泥、硅灰石粉、煤灰、天然河砂。(≦2.36mm)、镀铜微丝混凝土纤维(长度为12－口径为0.15的14毫米中间－0.20mm间，抗压强度超过2850MPa)。常用的D组原料有525#水泥、硅灰石粉、研磨灰钙、石英沙等。(≦2.36mm)、耐碱玻璃纤维(长12mm，高径58，拉丝孔14mm－19μm,1700MPa抗压强度，72GPa弹性模具)。三组外加剂均为聚羧酸型混凝土减水剂，减水率超过30%。

表1配合比

2.2UHPC制备方法

2.2.1拌和

UHPC混合需要注意的是如何保证混凝土纤维的联合分布。混合或加料方法不合理也会导致化学纤维结块，危及UHPC的生产。不同类型的混合方法和加料顺序对UHPC的工作特性有一定的影响。混合方法一般是先加入混凝土、砂和硅灰石粉，混合均匀，然后倒入均匀混合的添加剂和水，将浆料混合均匀，然后均匀撒入混凝土纤维中。欧洲相关研究项目的实验研究给出了更科学合理的UHPC加料顺序和混合方法。搅拌机应选择高效的混合机。

2.2.二是维护规章制度

维修是UHPC生产的一个关键步骤，对UHPC性能有很大影响。进行维护是为了充分发挥混凝土中水泥的水化作用，提高混凝土的强度。适合选择蒸养保养的UHPC。与标准维护相比，持续高温维护更容易促进UHPC的水化反应和火山灰反应，形成更多的C-S-H疑胶，减少钙矾石和Ca？(OH)2体积，改善孔隙结构，优化界面结构，提高每一页的粘结强度。物理性能的整体性能得到了显著提高。水泥水化在UHPC中形成C-S-H和Ca(OH)2，Ca(OH)2水泥砂浆与石材的粘接不利。硅灰石粉等极细活力矿物掺合料与水泥水化产物发生火山灰反应，消耗了UHPC中的Ca。(OH)2，产生C-S-H疑胶。活力矿物超微粉的火山灰活性在进一步提高维护环境温度后得到一定程度的提高，C-S-H链延长。钙矾石转化为单硫型凝固硫铝酸钙，体积缩小。在250℃以下的保养温度下，不定形的C-S-H疑胶会逐渐脱干，转化为托贝锆刚玉，最终混凝土内部结构形成硬硅钙石。建立硬硅钙石和结晶体与材料强度的发展趋势有关。采用低压蒸养技术可以抑制晶体产生。对不同维护要求的UHPC集合进行了实验和科学研究。测试表明，UHPC在标准维护中的初始集合相对较大，在65天标准维护后，集合值为1490。με。UHPC按50℃热维护收拢值远低于标准维护。归根结底，是由于热保养后孔隙率降低，绝大多数间隙被凝固物填充，水分不能挥发，显著减少了收拢的形成。

2.3收拢变型

水泥基材料会出现收拢变形的问题，超高性能混凝土也是如此，造成收拢的主要原因有很多。收缩类型包括自收缩、有机化学收缩、干燥收缩、塑性收缩、环境温度收缩和碳化收缩。世界各地的专家学者对自我收缩的概念有不同的建议，尚未达成统一。日本混凝土协会JCI明确提出了自收缩的概念，认为混凝土初凝后水泥水化过程的表面体积发生了变化，而不包括温度变化、外部承载力和自身物质变化带来的变化。中国一般认为自收缩就是自干收缩。水泥混凝土的水灰比广泛较高，水泥水化时反映的水分充足，皮肤毛孔水分饱和，防止毛细血管造成较大的负压，自收缩相对较小。与水泥混凝土相比，UHPC的水灰率较低。根据水化反应，毛细血管中的水分不饱和脂肪，皮肤毛孔的负压力导致自收缩。同时，硅灰石粉的加入导致毛细血管直径下降，导致毛细血管压力增大，自收缩增大。塑性收缩是指混凝土表面缺水速度在凝固前超过内部结构的泌水速度，导致毛细血管出现负压，对混凝土浆料造成地应力，从而产生塑性收缩。混合化学纤维对抗早期塑性收缩有一定的作用。水泥水化所得的凝固物质，其大小低于水化反应物所形成的凝固物质。使用C3S水化作例：C3SS5.2H=C1.7SH3.91.3CH,水化反应后，其体积下降6.6%，原料产生收拢。干燥收缩有两种情况，一种是指水泥基材料内部环境湿度小于内部结构环境湿度，内部结构水分流失导致收敛；二是水分向外界转移，对皮肤毛孔产生负压，导致收敛。由于UHPC水灰比低，结构稳定，密度高，所以干燥收缩很小。环境温度收拢是指在硬底化初期，由于内外温差过大而导致的水泥基材料收拢。水泥用量大，UHPC形成的水胶比也随之增加。可以用其他材料代替混凝土来降低水胶比的形成，也可以在浇水时通过冷水来降低温度的升高。比如在广州西塔施工中，为了避免混凝土因环境温度应力而开裂，采用预拌砂浆冷却温度控制技术，在搅拌器中加入人力称重较好的冰，从而降低水胶比。碳化收集是水泥基材料中的一种固化物质Ca。(OH)2与空气中的二氧化碳和水发生化学反应，引起Ca(OH)2含量降低，同时反映自由水。当外部环境湿度降低时，反映产生的权利会被水蒸发，导致凝胶颗粒界面张力增大，使粉煤灰水泥处于缩小状态，导致碳化收敛。UHPC具有致密的显微结构，具有很好的抗碳化实际效果。但是如果UHPC中掺入了大量的煤灰，煤灰就会和Ca。(OH)二是发生化学反应，导致炭化。因此，在UHPC原料砂浆配合比的科学研究中，煤灰等矿物掺合料的掺入量应在适当的范围内，这是需要注意的。