UHPC là gì? (Phần 2 )

Bê tông hiệu suất siêu cao – UHPC là vật liệu gốc xi măng tiên tiến có cường độ cao và độ bền tuyệt vời. Nó mang lại tiềm năng trở thành một giải pháp thiết thực để cải thiện tính bền vững của các tòa nhà và các thành phần cơ sở hạ tầng khác. Trong hai thập kỷ qua, UHPC đang ngày càng được quan tâm ở nhiều quốc gia với việc sử dụng đa dạng từ các cấu kiện xây dựng, cầu, đặc điểm kiến trúc, sửa chữa và phục hồi, và các cấu kiện thẳng đứng như tháp cối xay gió và tháp tiện ích đến các ứng dụng trong ngành dầu khí, ngoại trừ công trình bờ biển, công trình thủy lực và vật liệu phủ.

UHPC là một thế hệ vật liệu kết dính tương đối mới với cường độ, độ dẻo và độ bền rất cao. UHPC tăng cường bằng sợi có thể được coi là sự kết hợp của ba công nghệ bê tông là bê tông tự lèn (SCC), bê tông cốt sợi (FRC) và bê tông hiệu suất cao (HPC). Các khuyến nghị tạm thời của Pháp (AFGC 2002) định nghĩa UHPC là bê tông có cường độ nén đặc trưng ít nhất là 150 MPa với việc sử dụng cốt thép sợi để đảm bảo tính dẻo khi chịu lực căng. UHPC có cường độ nén 130 MPa – 150 MPa được tăng cường bằng thép hoặc sợi khác được coi là UHPC có cường độ thấp hơn. Thông thường, thuật ngữ UHPC được sử dụng để mô tả hỗn hợp silica fume-xi măng được gia cố bằng sợi, phụ gia siêu dẻo, với tỷ lệ nước trên xi măng (W/C) rất thấp, được đặc trưng bởi sự hiện diện của cát thạch anh rất mịn, nằm trong khoảng 0,15–0,60 mm theo đường kính, thay vì cốt liệu thông thường.

 

 

Có một số loại UHPC đã được phát triển ở các quốc gia khác nhau và bởi các nhà sản xuất khác nhau như Ceracem®, BSI®, vật liệu tổng hợp gia cường nhỏ gọn (CRC), hỗn hợp xi măng đa quy mô (MSCC) và bê tông bột phản ứng (RPC). Tại Malaysia, UHPC bắt đầu thâm nhập công nghiệp-thương mại như một vật liệu xây dựng bền vững vào cuối năm 2010 với tên gọi Dura®.

UHPC có cường độ nén gấp 10 lần bê tông truyền thống. Độ bền nén là khả năng của vật liệu chống lại sự uốn cong dưới tải trọng (hoặc khi nén). Bê tông thường dùng trong cầu có cường độ nén từ 3.000 đến 5.000 psi. UHPC có cường độ nén từ 18.000 đến 35.000 psi. Một thước đo sức mạnh khác là độ bền kéo hoặc lực căng. Đây là mức độ mạnh của một vật liệu khi bạn kéo nó. Trong khi bê tông truyền thống có cường độ kéo từ 400 – 700 psi, UHPC có cường độ kéo khoảng 1400 psi. Bê tông hiệu suất siêu cao (UHPC) là hỗn hợp gốc xi măng có đặc điểm là cường độ nén cao, thường lớn hơn 120 MPa, độ bền cụ thể, độ dẻo kéo và độ dẻo dai.

Trong thành phần cơ bản của UHPC, cốt liệu là chất độn và chất kết dính phản ứng với nước để tạo thành ma trận có khả năng xi măng và có tác dụng bôi trơn. Ngoài việc bôi trơn các hạt cốt liệu và cung cấp khả năng làm việc thích hợp, ma trận phải làm rắn hoàn toàn các hạt cốt liệu để đảm bảo các đặc tính kỹ thuật của bê tông đã đông cứng. Xem xét các yêu cầu về độ bền và độ bền cao của UHPC, mật độ đóng gói của các hạt phải được tăng lên. Để đảm bảo đủ độ bền của UHPC, silica fume và bột silica siêu mịn thường được sử dụng trong thành phần chất nền để tăng mật độ đóng gói của hệ thống hạt, do đó tăng độ bền của chất nền. Ngoài các vật liệu kết dính bổ sung, một chất làm đặc được thêm vào, cũng như một lượng thích hợp của phụ gia siêu dẻo để đảm bảo tính lưu động và độ nhớt thích hợp của chất nền đã chuẩn bị. Xơ được pha trộn để tăng khả năng chống kéo và chống bào mòn của ma trận. Bởi vì UHPC có nhiều lợi thế, ứng dụng của nó đã ngày càng tăng kể từ khi nghiên cứu và phát triển của nó ra đời.

 

Nguyên tắc sản xuất UHPC

Trong những năm qua với những tiến bộ đáng kể cụ thể, nhiều nhà nghiên cứu đã phát triển UHPC lên đến một mức độ sẵn sàng cho các ứng dụng. Cường độ nén của UHPC được thiết kế có thể đạt tới 200 MPa. Ý tưởng cơ bản về sản xuất bê tông có cường độ rất cao và cấu trúc vi mô dày đặc đã được đưa ra vào những năm 1980. Tuy nhiên, bước đột phá thực tế đến sau sự phát triển của SP hiệu quả cho phép sản xuất bê tông dễ chảy với tỷ lệ cao các hạt siêu mịn được đóng gói tối ưu để giảm thiểu độ rỗng của hỗn hợp sử dụng W/B cực thấp.

Một số nhà nghiên cứu đã xác định nguyên tắc cơ bản trong việc thiết kế UHPC, có thể được tóm tắt như sau:

• Giảm thiểu độ xốp hỗn hợp bằng cách tối ưu hóa hỗn hợp dạng hạt thông qua sự phân bố rộng rãi các loại kích thước bột và giảm W/B.

 

• Tăng cường cấu trúc vi mô bằng cách xử lý nhiệt sau thiết lập để tăng tốc độ phản ứng pozzolanic của SF và để tăng tính chất cơ học.

 

• Cải thiện tính đồng nhất bằng cách loại bỏ cốt liệu thô dẫn đến giảm tác động cơ học của tính không đồng nhất.

 

• Tăng tính dẻo bằng cách thêm một phần thể tích thích hợp của các sợi thép nhỏ.

 

Áp dụng bốn nguyên tắc đầu tiên dẫn đến bê tông có cường độ nén rất cao và việc bổ sung các sợi thép giúp cải thiện cả độ bền kéo và độ dẻo của bê tông.

 

Thuộc tính của UHPC

So với bê tông thông thường, bê tông hiệu suất cực cao (UHPC) có độ dẻo dai tuyệt vời và khả năng chống va đập tốt hơn. Dưới nhiệt độ cao, cấu trúc vi mô và các đặc tính cơ học của UHPC có thể bị suy giảm nghiêm trọng. Do đó, trước tiên chúng tôi khám phá các đặc tính của UHPC với cường độ nén 28 ngày được thiết kế là 120 MPa hoặc cao hơn trong giai đoạn hỗn hợp mới và đo các đặc tính cơ học cứng của nó sau bảy ngày. Các biến thử nghiệm bao gồm: loại vật liệu xi măng và tỷ lệ trộn (tro silica, bột silicon siêu mịn), loại sợi (sợi thép, sợi polypropylene) và hàm lượng sợi.

Thuộc tính của nó bao gồm:

• Bê tông hiệu suất siêu cao (UHPC) là vật liệu composite hiện đại với các đặc tính cơ học cực tốt.

 

• UHPC đồng nhất hơn NSC do mật độ đóng gói được tối ưu hóa và hạn chế sử dụng cốt liệu thô. Sự khác biệt về kích thước và độ bền giữa ma trận và các cốt liệu nhỏ đến mức dưới tác động bên ngoài

 

• UHPC hiển thị hành vi vật liệu dẻo và hiệu suất kéo của nó có thể được cải thiện đáng kể

 

• Vật liệu nano trong UHPC làm tăng tốc độ hydrat hóa của xi măng, làm đặc cấu trúc vi mô, cải thiện độ bền và do đó góp phần vào độ bền của xi măng

 

• Ma trận HPC có độ thấm rất thấp

 

• UHPC có cường độ nén gấp 10 lần bê tông truyền thống. Cường độ nén là khả năng của vật liệu chống lại sự uốn cong dưới tải trọng (hoặc khi nén)

 

• Mật độ đóng gói của UHPC được tối ưu hóa

 

• UHPC cho thấy sự di chuyển clorua cực thấp khi thử nghiệm, ít hơn 10% độ thấm của bê tông thông thường

 

• UHPC thể hiện khả năng chống mài mòn tuyệt vời, gần gấp đôi so với bê tông thông thường

 

• UHPC có các đặc tính tương tự như đá cứng

 

• UHPC thường được làm bằng sợi thép cường độ cao, cát mịn, xi măng, tro bay, một lượng lớn SF và một lượng nước thấp (tỷ lệ w / cm nhỏ hơn 0,20)

 

 

 

Vật liệu UHPC

Các vật liệu trong UHPC thuộc dạng hỗn hợp trộn ba thành phần: bột, chất siêu dẻo và sợi hữu cơ. Thành phần gồm:

• Xi măng Portland: còn gọi là Xi măng Portland thường, là loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới, nó là thành phần cơ bản của bê tông, vữa, hồ. Có thành phần chủ yếu là clinker Portland chiếm tỉ lệ 95 – 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5%

 

• Silica Fume: Muội silic hay khói silic, còn được gọi là microsilica, là một dạng cấu trúc vô định hình của silic dioxide. Muội silic là sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất chế phẩm chứa silic, thoát ra dưới dạng khói bay cực mịn. Muội silic có kích thước rất nhỏ bé, khoảng từ 0,1 μm đến vài μm, đường kính hạt trung bình 1,5 μm.

 

• Bột thạch anh: hay còn gọi là bột quartz là đá sa thạch tái kết tinh tạo thành. Bột quartz được khai thác chế biến có độ sạch cao, các tạp chất có hại như Fe, Ca rất thấp nên đáp ứng yêu cầu của nhiều ngành sản xuất.

 

• Cát silica mịn: một chất phi kim loại có công thức hóa học là SiO2, chúng được tìm thấy nhiều trong tự nhiên và tồn tại ở dạng cát thạch anh hay bột thạch anh. Trong tự nhiên Silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (thạch anh, tridimit, cristobalit, cancedoan, đá mã não).

 

• Bộ giảm nước tầm cao: là phụ gia siêu dẻo dạng lỏng, thành phần gồm các polymer tổng hợp hiệu quả giảm nước tầm cao và duy trì độ sụt, giúp công tác vận chuyển bê tông và thi công tại công trình được an toàn hiệu quả.

 

• Nước

 

• Thép hoặc sợi hữu cơ

Một số nhà sản xuất đã tạo ra các sản phẩm trộn sẵn UHPC chỉ thêm nước giúp sản phẩm UHPC dễ tiếp cận hơn. Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ đã thành lập Tiêu chuẩn Thực hành Tiêu chuẩn ASTM C1856/1856M để Chế tạo và Thử nghiệm Mẫu Bê tông Hiệu suất Cực cao dựa trên các phương pháp thử nghiệm ASTM hiện tại với các sửa đổi để phù hợp với UHPC.

 

Ứng dụng UHPC

Thị trường bê tông hiệu suất cực cao được chấp nhận rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng dân dụng, do có nhiều ưu điểm khác nhau, bao gồm độ bền, cường độ cao và khả năng bảo vệ khỏi các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Sự tăng trưởng của thị trường bê tông hiệu suất cực cao (UHPC) phần lớn gắn liền với sự tăng trưởng trong các ứng dụng dân dụng trong ngành xây dựng.

Các lĩnh vực ứng dụng của nó bao gồm:

• Dầm dự ứng lực

 

• Tấm waffle đúc sẵn cho sàn cầu

 

• Đổ bao đóng đúc tại hiện trường cho các phần tử cầu đúc sẵn

 

• Cọc bê tông đúc sẵn

 

• Cải tạo địa chấn của cầu

 

• Lớp phủ ngoại quan mỏng của sàn cầu

 

• Các ứng dụng bảo mật và giảm thiểu cháy nổ

 

Và rất nhiều ứng dụng khác.

 

Tổng kết

Sản xuất xi măng là nguồn phát thải CO2 cao thứ ba, sau ô tô và các nhà máy than. UHPC thể hiện tiềm năng thú vị để giảm đáng kể tác động môi trường của việc sản xuất xi măng trong xây dựng bằng cách thay thế 4 inch bê tông truyền thống đúc sẵn bằng 5/8 ”của UHPC trong khi đồng thời giảm trọng lượng thép và các vật liệu kết cấu khác theo yêu cầu cho nền, lõi và vỏ của một tòa nhà. Bê tông hiệu suất siêu cao (UHPC) là vật liệu đang thu hút sự chú ý trong ngành xây dựng do độ bền và độ bền cơ học cao, dẫn đến các kết cấu có yêu cầu bảo dưỡng thấp. Ngành xây dựng dự kiến ​​sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp bê tông lên một tầm cao mới, do đó sẽ giúp thị trường xây dựng đạt được doanh thu và khối lượng lớn hơn trong tương lai gần, điều này sẽ thúc đẩy nhu cầu về UHPC với tốc độ đáng kể. Các yếu tố như số lượng đơn vị nhà ở mới ngày càng tăng và các khoản đầu tư lớn vào lĩnh vực cơ sở hạ tầng dự kiến ​​sẽ thúc đẩy thị trường UHPC. Ngoài ra, nhu cầu ngày càng tăng ở Trung Quốc, Nhật Bản, Malaysia, Hàn Quốc và các quốc gia khác, do sự phát triển vượt bậc của cơ hội xây dựng ở các quốc gia này, cũng đã thúc đẩy thị trường cho UHPC.

Cảm ơn bạn đã đọc bài. Nếu có bất kì thắc mắc nào, hãy để lại bình luận bên dưới hoặc lên hệ với chúng tôi để được giải đáp.

 

 

 

 

Share post: