Ultra-High-Performance Concrete je Připraven na Revoluci Prefabrikátů, Předpjatého Betonu
Ultra-vysokohodnotný beton (UHPC) je rychle se rozvíjející jako premier materiál pro betonové konstrukce. Nejprve představil jako „reaktivní prášek betonu“ na počátku 1990, tento materiál má vidět rostoucí použití v USA a v zahraničí v posledních deseti letech.
UHPC byl použit pro konstrukci vozovky mostů ve Francii, Japonsku a Malajsii; mosty pro pěší v Kanadě a Venezuele, střešních panelů a architektonických fasád ve Francii a Kanadě, a více.
V USA, UHPC byl použit k výstavbě mostní nosníky ve Virginii a Iowa, most paluby překryvy v New York a Delaware, a pole-cast klouby mezi prefabrikovaný most členy ve více než 20 dalších států. Pokračující výzkum a vývoj úsilí o federální a státní dopravní agentury, národní průmyslové organizace, soukromí vlastníci, a konkrétní výrobci se snaží, aby se další pokrok této technologie tak, že to může být více široce přijata v obou dopravní a stavební odvětví.
Jedním z klíčových odvětví vhodné využít jedinečné vlastnosti tohoto materiálu je prefabrikátů, předpjatého betonu průmyslu.
co je UHPC?
UHPC je materiál na bázi cementu vyztužený vlákny. To obsahuje mnoho stejných materiálů jako konvenční beton, cement, doplňkové cementové materiály (SCMs), jemný písek a chemické přísady — ale materiály jsou proporce k vytvoření husté balení materiálů z křemene do písku, tj. z nejlepších na nejhrubší materiály.
Celkem cementové materiály obsah pro UHPC směsi mohou a často vyšší než 1,500 kg za cu yd materiálu — více než dvojnásobek cementové materiály obsah většiny běžných betonových směsí. Poměr vody k pojivu (w/b) je však často 0,20 nebo méně, což usnadňuje použití speciálních reduktorů vody s vysokým dosahem. Husté balení částic v kombinaci s ultra nízkým w / b vytváří v betonu vysoce rafinovanou mikrostrukturu, která poskytuje výjimečnou pevnost a trvanlivost. Výsledkem je, že prvky UHPC mohou mít očekávanou délku života 200 let nebo více, a to i v náročných prostředích, jako jsou mořské a odmrazovací expozice.
Zatímco není tam žádný jednotně shodli na definici UHPC, typické UHPC tlakové síly jsou v přebytku 17.000 psi, s mnoha komerčně dostupných UHPC materiálů schopni dosáhnout silné 30.000 psi nebo více. Ve srovnání s konvenčními a vysoce výkonnými betony může UHPC poskytnout 3 až 5násobné zvýšení pevnosti v tlaku. Pevnost v tlaku však není nejvýznamnější vlastností tohoto materiálu. Klíčovým předělem mezi strukturální UHPC a jiných třídách betonu, a to zejména pro strukturální prefabrikovaných aplikací, je materiál vysoké pevnosti v tahu výkon, který se odvozuje z kombinace rafinovaného mikrostruktury a vysokopevnostní oceli mikrovlákna, které jsou začleněny do směsi v dávkách mezi 1 a 3% objemu (asi 130 až 390 kg/cu yd).
strukturální směsi UHPC mohou být navrženy tak, aby dosáhly přímých pevností v tahu více než 1 000 psi a pevnosti v ohybu více než 2 500 psi. Kromě toho, dobře navržené směsi UHPC může vykazovat významné post-praskání tažnost a napětí kalení, výrazně zvyšuje zbytkovou pevnost v ohybu jako prvek vychyluje po praskání.
vysoká pevnost v tahu a tažnost UHPC po krakování poskytuje významný přínos pro konstrukční návrh. První, post-praskání tažnost a napětí kalení chování může povolit pro virtuální eliminace minimální výztuže požadované v konvenční betonu k dosažení kód nařízená tažnost při selhání hrozí.
za Druhé, vysoká tažnost UHPC má za následek obrovské materiální sílu, která zvyšuje schopnost absorbovat energii i bez pomoci z betonářské oceli.
za třetí, vysoká pevnost v tahu zvyšuje smykovou odolnost materiálu, s možností úplného vyloučení smykových třmenů v konstrukci nosníku. Odstraněním třmenů lze zjednodušit konstrukci a výrobu prvků a zmenšit šířky členského pásu (stonku). Ve skutečnosti, nosníky, sloupy a jiné UHPC konstrukční prvky mohou být navrženy s průřezy mají mnohem menší objem, a tím i hmotnosti, materiálu a zároveň poskytuje stejnou kapacitu jako obvykle železobetonové členů.
Postupující Technologie pro Prefabrikátů, Předpjatého Betonu
UHPC ukazuje značný příslib pro postupující schopnosti prefabrikátů, předpjatého betonu průmyslu. Výkonnostní vlastnosti tohoto materiálu umožňují pro konstrukci konstrukční systémy, které udržují přijatelnou pevnost a provozuschopnost a zároveň má snížené členské závaží, rozšířené rozpětí délek, a méně posilují. Navíc, s vysokou odolností, jež tento materiál, tyto konstrukční systémy mohou být nasazeny v náročných prostředích, jako jsou námořní aplikace a zima-počasí expozic, jako je nízký poměr nákladů a přínosů alternativ návrhy s využitím nerezové oceli a nekovových výztuží.
Pro UHPC vidět rozsáhlé implementace v prefabrikátů, předpjatého betonu průmyslu, dvě podmínky musí být splněny: (1) UHPC musí být schopen být vyrobeny spolehlivě na prefabrikovaný zařízení, suroviny náklady v celkové výši méně než 1000 dolarů za cu yd (v porovnání se současnými náklady na 2.000 dolarů na 3.000 dolarů za cu yd za balenou materiálů); a (2) postupy musí být vyvinut k tomu, aby konstrukce konstrukční systémy, které vydělávat na jedinečný výkon vlastnosti UHPC. Takové postupy mohou poskytnout obrovskou hodnotu tím, že umožní přibližně 50% snížení průřezu ve srovnání s konvenčními betonovými výrobky.
Prefabrikovaný / předpjatý betonový Institut (PCI) uznal tuto potřebu a věnoval zdroje na podporu výzkumného projektu ve prospěch průmyslu. Celkový vývoj projektu a návrhových pokynů vede e. construct of Omaha, Neb., zatímco materiály aspekty projektu byly v čele dva z autorů firmy Wiss, Janney, Elstner Společníci Northbrook, Nemocný.
primární cíle tohoto projektu je vyvinout metody pro provádění nákladově efektivní UHPC směsi na základě lokálně dostupných materiálů na precaster zařízení po celé Severní Americe a rozvíjet pokyny designu a nových vzorů pro optimalizované konstrukční prvky pro stavby a mosty.
Do dnešního dne, projektový tým vyvinul pokyny a doporučení pro navrhování a provádění UHPC směsi na prefabrikátů, předpjatého betonu, zařízení na výrobu a potvrdil tyto postupy přes výrobu na pět takových zařízení v celé USA (viz Obrázek 1 například UHPC umístění na jednom ze zúčastněných precasters).
kromě toho, prototypy dlouho-span, most a stavební prvky byly navrženy, vyrobeny a testovány projektového týmu, s konečným člen silné překročení design service zatížení. Předpokládá se, že i přes počáteční vysokou cenu UHPC materiálů, optimalizovaný design a snížené členské průřezy bude tyto UHPC výrobky konkurenceschopné s konvenčními betonu a oceli alternativy na původní základ nákladů. Dosavadní pokrok byl shrnut ve zprávě fáze I zveřejněné v únoru.
Obrázek 1. Umístění UHPC, prokazující sebestřednou konzistenci.
Příklad Aplikace Optimalizované UHPC Členy
Použití UHPC, to je nyní možné navrhnout kancelářskou budovu podlahy s sloupec-zdarma zálivy, které jsou 60-ft 60-ft, což umožňuje velkou flexibilitu v designu interiéru pronajatých prostor. Je také možné vyvinout mostních nosníků tak dlouho, jak 250 ft, v přijatelných přepravních a montážních limitů, a bez nutnosti pole shoring nebo spojování. Následující dva příklady ilustrují silný potenciál aplikací UHPC.
Obrázek 2 ukazuje koncepci návrhu pro použití v budovách. Průřez ve tvaru“ π “ je prefabrikovaný, předpjatý podlahový panel, který umožňuje rozpětí 60 stop pomocí hloubky 22 palců. Pro tuto konstrukci není potřeba žádná ocel, kromě předpínacích pramenů. Horní příruba je tlustá pouze 1 palec a stonky jsou široké pouze 2 palce. Celková hmotnost odpovídá pevné desce o tloušťce menší než 3 palce. Instalaci podhledu by být uzavřen v s lehkým gage trámy, táhnoucí se mezi stonky a pokryté sádrokartonové desky, a stonky mají otvory umožňují integraci služeb. S tímto dlouho-span produkt, obytných vícepodlažních budov může mít sloupec-parkování zdarma v nižších patrech, což zvyšuje efektivitu využití prostoru a bezpečnost obyvatel. Relativně mělké strukturální hloubka — zahrnující mechanické, elektrické a instalatérské systémy — poskytuje pro efektivní využití prostoru a nákladově efektivní výšky příběhu.
Obrázek 2. Koncept Desky, UHPC Systém pro Rezidenční aplikace
Obrázek 3 ukazuje konvenční betonové desky paprsek používaný pro 40 – až 60-ti metrů se klene ve zrychleném mostní konstrukce (ABC) aplikací. Obrázek také ukazuje optimalizovanou UHPC vyprázdněnou krabicovou desku se stejnou hloubkou, šířkou a nosností. Produkt UHPC má asi 52% betonu a méně než 4% výztuže ve srovnání s podobným konvenčním betonovým nosníkem. Full-scale testování Florida DOT Strukturální Laboratoř prokázala, že tento paprsek design má mnohem vyšší pevnost v ohybu, smyk, protlačení a příčnou kapacitu, než je požadováno pro most. Další zdokonalení konstrukce prvků by mohlo ospravedlnit snížení počtu použitých pramenů, které byly pro tuto demonstraci udržovány stejné jako u konvenčního betonového výrobku.
obrázek 3. Boxová deska pro aplikace mostů. Vlevo: konvenční betonová deska s výztuží (před instalací bednění); vpravo: optimalizovaná deska UHPC box (s bedněním a pěnovým blockoutem).
Závěr
UHPC má potenciál k revoluci prefabrikátů, předpjatého betonu průmyslu, a to zejména v rozsáhlých aplikacích, kde dlouhé rozpětí nebo zvýšenou odolnost jsou prospěšné. S novými návrhy a rozvíjející se navrhnout postupy, UHPC má schopnost být konkurenceschopné s konvenčními betonu a oceli alternativy na základě nákladů, a může poskytnout přidanou hodnotu v dlouhodobém horizontu náklady životního cyklu základ. S využitím klíčové vlastnosti v UHPC, dlouho-span prefabrikátů, předpjatého mostu a stavební členů bude revoluci v průmyslu, a to prostřednictvím jejich efektivnější využívání materiálů, lepší využití prostoru, a lepší dlouhodobou výkonnost.