住建部最新国标!C200混凝土来了!

土木智库 2024-11-14 14:51:59

住建部最新国标!《超高性能混凝土》GB/T 31387—2025完成意见稿公开征求意见,本标准规定了超高性能混凝土UHPC的性能等级、原材料、配合比设计、质量要求、制备、养护、试验方法及检验规则等。

基于《超高性能混凝土》GB/T 31387—2025意见稿,按照抗压强度等级,超高性能混凝土UHPC起步强度UC100,最高强度UC200:

住建部通知原文如下,如需查阅下载《超高性能混凝土》GB/T 31387—2025意见稿全文,可至文末:

基础知识

超高性能混凝土UHPC

超高性能混凝土,简称:UHPC,被公认为“近三十年来最具创新性的水泥基工程材料”,鉴于其尤其突出的超高强度,也被业内誉为“最强混凝土”,《超高性能混凝土》GB/T 31387—2025意见稿定义:“以水泥和矿物掺合料等为胶凝材料,配合骨料、外加剂、高强度微细钢纤维和/或非金属纤维、水等原料生产的超高强纤维增韧混凝土”。

UHPC超高性能混凝土

一UHPC的超高性能

UHPC的超高性能,可总结为“三高”特性:

超高力学性能

抗压强度、抗折强度、抗拉强度可达普通混凝土的几倍至十几倍。

超高耐久性能

孔隙率极低,内部几乎没有裂缝产生,抗腐蚀能力也远超普通混凝土。

超高工作性能

不离析不泌水,泵送性优良,自密实免振捣,还可减少钢筋用料及结构自重。

UHPC超高性能混凝土基于《超高性能混凝土》GB/T 31387—2025意见稿,UHPC最重要的三个定量化性能指标基本门槛:

抗压强度≥100MPa

抗拉强度≥3.5MPa

抗渗性能≤2.0×10-13㎡/s

UHPC可以设计为更轻更薄的结构尺寸,通过在相同荷载下不同材料的界面对比,超轻超薄效果一目了然:

相同荷载下不同材料的界面对比

二UHPC的底层逻辑

不同应用场景下的UHPC,尽管在原材料及配合比上有所不同,但是底层逻辑或者基本原理是一致的,就是在普通砂浆或混凝土基础上,通过两方面的改进获取三大性能:

通过提高基体密实度获取:抗压强度、抗渗性能

通过纤维增强获取:抗拉强度

这也对应了UHPC材料的本质是由“基体+纤维”两部分组成:

(1)基体(高密实度砂浆或混凝土)提高密实度,是提高砂浆或混凝土强度的最关键因素!我们知道,普通砂浆或混凝土的孔隙率是很大的,这是因为水灰比很大,0.4左右水灰比的情况下,水的体积占比高达55%左右,水化反应生成物远远不足以填充如此高的空间,因此,硬化后水泥浆的孔隙率就很高,并且含有大量连通的毛细管,不仅影响抗压强度还影响抗渗性能。所以,减少水的体积占比即降低水灰比,并且再加入比水泥颗粒更细的粉体,如同在粗骨料堆积空隙中填充细骨料,在细骨料堆积空隙中填充水泥颗粒一样,UHPC再进一步,在水泥颗粒堆积空隙中填充更细的粉体,逐级填充上一级颗粒间空隙,形成了高密实度,进而实现超高抗压强度和抗渗性能。这时候我想到小学我们学过的一个小实验,杯子里面逐步放入石头、沙子和水,以此老师告戒我们“时间挤挤总会有的”:

小学生水杯装石子沙子实验

不严谨但道理相通地套用这个小实验,UHPC的逐级填充骨料、水泥颗粒和更细粉体,告诉我们“空间挤挤总会没的”:

小学生UHPC“最紧密堆积”实验可见,UHPC基体相比较于普通混凝土最核心的区别就是:进一步用更细粉体填充了水泥颗粒堆积空隙,这就是行业所说的“最紧密堆积理论”。水泥颗粒的粒径通常属于10微米级,比水泥颗粒更细的粉体材料,如硅灰、超细粉煤灰、超细矿渣粉等,粒径通常属于微米级、亚微米级或微纳米级,把这些超细粉体组合使用,逐级填充上一级颗粒间空隙,实现高堆积密实度。同时,在高效减水剂的作用加持下,胶凝材料颗粒能够充分分散,UHPC的基体水灰比可以大幅降低:水灰比≤0.25、水胶比≤0.20,水的体积占比低至20%,水化反应产物也就很容易填充这么低的空间了。

不含纤维的UHPC基体(2)纤维(钢纤维或高分子纤维)高密实度砂浆或混凝土基体获取了超高抗压强度,但是也属于高脆性材料,反应在定量化指标上就是抗拉强度不高。如何提高抗拉强度?加入高韧性材料进行改性,纤维则是最优选择。因为基体的高密实度,具有较强的粘结强度,很容易和纤维形成较强的握裹力,从而增强韧性。纤维增强原理,过去农村的土坯房就一直在用,粘土中掺入稻草等植物纤维,提升抗拉性能:

古代纤维增强

现代纤维增强

与过去纤维增强的一个重要区别在于,UHPC由于基体的高密实度,握裹力很强,纤维的尺寸就可以很小,而且不易结团、更易分散。UHPC通常采用直径0.1~0.2㎜、长度9~20㎜的钢纤维,由于钢纤维成本较高,且会影响施工性能,所以在实际工程中,在满足力学性能的基础上,应尽量减少掺量,常规掺量在1.5~3%之间。

加入纤维的UHPC拌合物三UHPC的材料配比

通过上述UHPC“基体+纤维”两项基本原理分析,我们也基本获悉配制UHPC所需原材料:“常规用料+超细粉料+纤维”。具体来说,原材料通常由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、高效减水剂、水、钢纤维等组成,可选择性添加矿物掺合料如粉煤灰、磨细高炉矿渣、石灰石粉等。

需要说明一点的是,尽管UHPC称作超高性能混凝土,但实际上大部分UHPC是不加粗骨料的,也就是说,UHPC基体基本都属于超高强砂浆(粗细骨料以4.75㎜粒径为界,包含粗细骨料为混凝土,只含细骨料为砂浆)。

UHPC预混料不是标准化产品,基于工程项目所需性能指标要求,配合比根据原材料特性进行分析和试配,关键是在理解原理的基础上不断调整尝试。

德国科学基金会UHPC研究成果介绍了基础UHPC原材料配比,尽管各地原材料特性本身就存在差异,配比不可能一样,但是此基础组成仍具有较大参考价值,有助于我们学习理解:

德国科学基金会基础UHPC原材料配比

四UHPC的搅拌制备

UHPC水胶比很低且含纤维,制备要有足够的搅拌时间,以保证拌合物的充分分散并混合均匀。以变速强制搅拌为例:

干拌首先中速干拌粉料,至各类型颗粒分散混合;加2/3水和全部减水剂其次加入2/3水和全部减水剂搅拌,至拌合物呈面团状;加剩余水然后加入剩余水快速搅拌,至浆体呈流态自密实状态;加纤维

最后慢速搅拌并均匀加入纤维,至纤维与浆体充分分散并混合均匀。

UHPC制备也可采用定速强制搅拌或其他方式搅拌,加料顺序和搅拌时间可根据实际情况进行调整。

UHPC拌制实验

五UHPC的应用领域

UHPC超高性能混凝土,通过发挥某一方面或综合方面的优异性能,目前已在包括路桥工程、建筑工程及市政工程等各个领域都有广泛地应用:

建筑构件

轻质高强的结构或装饰构件,如楼梯、阳台、幕墙及装饰构件等。

市政构件

轻质高强的市政设施构件,如电杆、市政管沟及盖板等。

结构连接

预制构件的结构性连接,如桥梁湿接缝连接、装配式构件节点连接等。

桥面铺装

普遍用于钢桥面铺装,解决易破损易开裂的难题。

维修加固

结构维修、加固与保护,大幅提高结构强度与刚度,并对结构有抗渗、防水及耐磨等多重保护。

耐久工程

用于环境恶劣易受侵蚀的工程,如海洋环境工程、盐水冻融环境工程等。

百年工程

用于设计寿命较长的工程,如交通基础设施、核能与核防护工程等。

防爆工程

用于各种军事工程或有重要功能的民用工程,如防护金库、数据中心或其他重要建筑。

……

桥面铺装

桥梁湿接缝

风电设备灌浆

结构维修加固

轻量化预制构件

幕墙装饰构件

装配式电缆沟

盖板

国标全文

《超高性能混凝土》意见稿

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