建筑结构中,结构材料UHPC,HSC,HPC,FRC,RPC 是什么意思
UHPC是Ultra-High Performance Concrete的简称,翻译过来就是超高性能混凝土,关于UHPC的特性都隐藏在这短短几个单词里,先随小编来拆词:
UH(Ultra-High)超高说明它不是单纯的High,它要比High还要High,那么问题来了,什么是高?超高又比高强在哪里呢?
P(Performance)说明强的是综合性能,而不单纯是强度Strength,那么问题又来了,这个综合性能里都包括什么?这种材料对混凝土能带来什么质的飞跃?
C(Concrete)说明它肯定是一种混凝土,混凝土作为材料届的扛把子,大哥Concrete的“远方亲戚”UHPC都超高性能了,为什么还不出名呢?这种材料有什么短板?
下面就通过回答以下这几个问题来了解UHPC。
UHPC的诞生
Rome was not built in a day (罗马不是一天建成的) |
既然是混凝土就免不了要一下子追溯到公元前三世纪的古罗马万神庙,再到波兰水泥,再到花盆与钢筋混凝土诞生,这个关于混凝土的故事就太长了。
随着整个20世纪混凝土技术和设计规范的改进和发展,混凝土材料本身的性能也不断提高,其解决的问题主要集中在:(1)重量与强度之比高(2)抗拉强度与抗压强度之比低(3)延性(4)耐久性。
提高混凝土抗压强度的竞赛始于20世纪中叶,研究人员通过降低水灰比、选择特殊骨料、添加减水剂等方法,创造出了抗压强度在50~120Mpa之间的混凝土,命名为HSC(High Strength Concrete)高强度混凝土。但此时只是增强了混凝土的强度,其延性和耐久性并没有提高。
HSC(高强混凝土)的抗压强度在50~120Mpa之间 |
1980年出现了HPC(High Performance Concrete)高性能混凝土,其抗压强度在50~120Mpa之间,但与HSC不同,HPC的同时改善了混凝土的耐久性,因此其综合性能得
到了提高。
HPC(高性能混凝土)在提高抗压强度的同时提高了耐久性 |
强度提高的同时带来了负面效应,混凝土的延性变差了,这也是为什么我们设计中很少使用超高标号混凝土的一个原因。为了改善混凝土的延性,1970年代开始尝试在混凝土中添加纤维,并创造了新的混凝土类型FRC(Fiber-forced Concrete)纤维增强混凝土,研究表明通过加入不同材质的纤维,可提高混凝土的抗拉强度、延性、抗裂能力和耐久性。
FRC(纤维增强混凝土)在混凝土中加入纤维, 框架是什么意思可增强其抗拉强度、延性、抗裂能力和耐久性 |
而后通过结合以往的研究经验出现了RPC(Reactive Powder Concrete)活性粉末混凝土,通过使用超细骨料并添加钢纤维,混凝土抗压强度进一步提高到了120Mpa以上,同时其抗拉性能和耐久性等综合性能都得到了提高。
RPC(活性粉末混凝土)强度、延性、 耐久性等综合性能得到提高 |
那RPC又和UHPC有什么关系呢?
实际RPC就是UHPC中的一个产品名称。商业化生产供应的UHPC产品均为专利配方产品,有独自的名称或商标。最早的UHPC专利是丹麦H.H. Bache在1979年申请的,20世纪80年代他所在公司注册商业化产品商标为Densit®。到上世纪90年代,法国出现多个UHPC产品品牌,包括RPC®、 Ductal®、BSI®、CEMTEC®、BCV®等,其中Ductal®是拉法基公司的产品商标,RPC®则是Bouygues公司产品名称。
1994年法国学者De Larrard等将这类新材料统一称作UHPC(超高性能混凝土),由于该名称没有商业彩,而且能更好地表达这种水泥基材料或混凝土的优越性能,在国际上逐步被广泛接受和采用。而在我国有关RPC的研发、性能介绍和宣传较多,知名度相对较高。目前,RPC在中国还与UHPC并列使用。
RPC是UHPC(超高性能混凝土)中的一种 |
单轴拉伸和压缩UHPC典型应力应变曲线
UHPC是什么
“You do not really understand something unless you can explain it to your grandmother” (除非能和你奶奶说明白,否则你无法完全理解一件事) ——爱因斯坦 |
了解了以上各种C(混凝土)的发展历史,以下文归正题。
UHPC有没有明确的、定量的定义?小i查阅各种资料发现,全世界已经开发出各种UHPC,它们具有不同的骨料级配,纤维的类型和数量,抗压强度,拉伸性能等。一些国家的标准(法国,瑞士)也提出了自己的UHPC定义,但是实际上并不统一。其具有代表性的定义如下:
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