聽說萬科采用混凝土做了一套外立面墻板,在開孔率超過70%情況下厚度僅50mm,見下圖: 這讓很多砼行感到驚奇,是什么樣的混凝土能做出如此輕盈的效果?人家說了,這不是采用普通混凝土制作的,是采用了UHPC材料,所謂UHPC,是Ultra-High Performance Concrete的縮寫,也就是神奇的超高性能混凝土。 其實國外已經用UHPC做了不少項目了: 位于法國馬賽的地中海文明博物館也是采用了超高性能混凝土,建成于2013年,由法國建筑師Rudy Ricciotti 設計。建筑外表看似輕柔如蕾絲編織的立面,是由超高性能混凝土預制的形式構筑的。由于其具有高達200MPA的超高強度以及高流動性,通過預制可以制造出扁平,輕薄的蕾絲網狀立面,陽光透過網狀間隙形成漣漪般陰影,與蔚藍的大海,天空以及周圍環境相互交融。 ▼馬賽地中海博物館 ▼巴黎Jean Bouin體育場 UHPC不同于傳統的高強混凝土(HSC)和鋼纖維混凝土(SFRC),也不是傳統意義“高性能混凝土(HPC)”的高強化,而是具有新本構關系和結構壽命的水泥基工程材料。這其中比較有代表的UHPC就是活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,簡稱RPC,GB/T31387-2015)。 UHPC不僅抗壓強度高,其抗拉、抗彎、抗剪、抗沖擊強度都有跨越式提高,下圖是單軸拉伸和壓縮UHPC的典型應力-應變特征與其他材料對比。 咱中國已經用UHPC來做電線桿了,看看對比圖,是不是壁厚小了好多啊! ▼傳統混凝土與UHPC制作的電線桿對比 ▼UHPC電線桿實際工程案例 HPC實現的主要抗壓強度范圍為:70-100MPa。但是,這種等級強度的商品混凝土,粗集料已成為其薄弱的環節。為了進一步提高商品混凝土的抗壓強度,只有把粗集料從其組分中去除,這種思路已被應用于當今眾所周知的RPC。RPC具有比HPC更高的強度(包括抗壓強度和抗彎強度)和更低的滲透性。 RPC是由高細度的微粉材料(水泥、砂、石英粉和硅灰)、鋼纖維(任選的)和外加劑組合而成的。科學的外加劑用量,可降低水膠比(W/B),并改善商品混凝土的工作性。通過對干微粉顆粒堆積的優化,可獲得一種非常密實的基體材料,其密實度可以使RPC具有超高強度和超高耐久性,RPC的抗壓強度范圍為100-200MPa。 就材料的規格尺寸而言,用于RPC的細砂相當于傳統商品混凝土中的粗集料,波特蘭水泥起到了細集料的作用,而硅灰則起到了水泥的作用。RPC的初步配合比設計,涉及到創建一個致密的顆粒狀構架。顆粒配合比設計的優化,可以通過使用堆積模型或顆粒尺寸分布軟件,諸如LISA得以實現。 目前,已有一種推薦使用的實驗性方法,進行RPC的配合比設計。采用顆粒規格優化,配制RPC和HPC試驗性拌合物,以良好的工作性和理想的攪拌時間為依據,選擇科學的配合比設計。 決定RPC拌合物質量的主要參數是需水量(獲得低商品混凝土流動性的用水量)。事實上,拌合物的孔隙指數與需水量和商品混凝土中的氣泡量有關。根據低需水量選定一種配合比設計后,就可以通過采用相對密度指數(do/ds),分析出用水量。這里do和ds分別代表商品混凝土的密實度和經搗實的拌合物(無水或空氣)的密實度。相對密實度顯示了商品混凝土的堆積程度,其峰值是1。就RPC而言,其配合比設計應使其堆積密實度達到很高。 RPC需通過熱養護,來提高其微結構的性能。而熱養護也只是簡單地在其達到正常凝結后,在常壓下對商品混凝土進行加熱(一般溫度是90℃)。這種養護會大大加速火山灰活性反應,從而改善所形成的水化產物的微結構。凝結前的加壓,也是建議采用的一種獲得高強的手段。 RPC的高強,會使其變得非常脆。一般來說,在RPC中摻加鋼質微纖維,可提高其韌性。常用的標準直鋼纖維長13mm,直徑0.15mm,摻加率為體積的1.5-3%。比較經濟的摻量為體積的2%,約155kg/m3。
RPC的基本組成