erittäin tehokas betoni on valmis mullistamaan esijännitetyn Betonin

erittäin tehokas betoni (UHPC) on nopeasti nousemassa betonielementtien rakentamisen huippumateriaaliksi. Ensimmäisen kerran käyttöön ”reaktiivinen pulveribetoni” 1990-luvun alussa, tämä materiaali on nähnyt kasvava käyttö Yhdysvalloissa ja ulkomailla viime vuosikymmenen aikana.

UHPC: tä on käytetty maantiesiltojen rakentamiseen Ranskassa, Japanissa ja Malesiassa; jalankulkusiltojen rakentamiseen Kanadassa ja Venezuelassa; kattopaneelien ja arkkitehtonisten julkisivujen rakentamiseen Kanadassa ja Ranskassa; ja paljon muuta.

Yhdysvalloissa UHPC: tä on käytetty siltapalkkien rakentamiseen Virginiassa ja Iowassa, siltakannen peittokuvat New Yorkissa ja Delawaressa sekä kenttävaletut liitokset betonisiltojen jäsenten välillä yli 20 muussa osavaltiossa. Liittovaltion ja osavaltion liikennevirastojen, kansallisten teollisuusjärjestöjen, yksityisten omistajien ja betonintuottajien käynnissä olevat tutkimus-ja kehitystoimet pyrkivät edelleen edistämään tätä teknologiaa, jotta se voidaan ottaa laajemmin käyttöön sekä kuljetus-että talonrakennusalalla.

yksi keskeinen ala, joka soveltuu hyvin hyödyntämään tämän materiaalin ainutlaatuisia suorituskykyominaisuuksia, on esijännitetty betonielementtiteollisuus.

mitä UHPC on?

UHPC on kuituvahvisteinen, sementtipohjainen materiaali. Se sisältää monia samoja materiaaleja kuin tavanomainen betoni-sementti, täydentäviä sementtimateriaaleja (SCMs), hienoa hiekkaa ja kemiallisia lisäaineita — mutta materiaalit suhteutetaan siten, että syntyy tiivis pakkaus materiaaleja piidioksidisumusta hiekkaan, toisin sanoen hienoimmista karkeimpiin materiaaleihin.

sementtipitoisten materiaalien kokonaispitoisuus UHPC-seoksissa voi ja usein ylittää 1,500 lbs / cu yd materiaalia — yli kaksinkertainen useimpien tavanomaisten betoniseosten sementtipitoisten materiaalien pitoisuuteen verrattuna. Vesi-sideaine-suhde (w / b) on kuitenkin usein 0,20 tai vähemmän, mikä helpottaa erikoisten korkean kantaman vedenvähentimien käyttöä. Tiivis hiukkaspakkaus yhdistettynä erittäin matalaan w / b: hen luo betoniin erittäin hienostuneen mikrorakenteen, joka tarjoaa poikkeuksellisen lujuuden ja kestävyyden. Tämän seurauksena UHPC-elementtien elinikä voi olla 200 vuotta tai enemmän myös vaativissa ympäristöissä, kuten meri-ja deicing-altistuksissa.

vaikka UHPC: n määritelmästä ei ole yhtenäistä yksimielisyyttä, tyypilliset UHPC: n puristusvoimat ovat yli 17 000 psi: n, ja monet kaupallisesti saatavilla olevat UHPC-materiaalit pystyvät saavuttamaan vähintään 30 000 psi: n vahvuudet. Verrattuna perinteisiin ja korkean suorituskyvyn betoneihin UHPC voi tarjota 3-5-kertaisen puristuslujuuden kasvun. Puristuslujuus ei kuitenkaan ole tämän materiaalin merkittävin ominaisuus. Keskeinen tekijä rakenteellisen UHPC: n ja muiden betoniluokkien välillä, erityisesti rakenteellisissa betonielementtisovelluksissa, on materiaalin korkea vetokyky, joka johtuu puhdistetun mikrorakenteen ja erikoislujien teräksisten mikrokuitujen yhdistelmästä, jotka on sisällytetty seokseen noin 1-3 tilavuusprosentin annoksilla (noin 130-390 lbs/cu yd).

rakenteelliset UHPC-seokset voidaan suunnitella siten, että suoravetolujuus on yli 1 000 psi ja taivutuslujuus yli 2 500 psi. Lisäksi hyvin suunniteltu UHPC-seos voi esiintyä merkittävää halkeilun jälkeistä sitkeyttä ja venymiskarkaisua, mikä lisää merkittävästi jäljellä olevaa taivutuslujuutta, kun Elementti taipuu halkeilun jälkeen.

UHPC: n suuri vetolujuus ja murtumisen jälkeinen sitkeys tarjoavat merkittävää hyötyä rakennesuunnittelulle. Ensinnäkin murtumisen jälkeinen sitkeys ja venymäkarkaisukäyttäytyminen voivat mahdollistaa tavanomaisessa betonissa vaadittavien vähimmäisvahvistustankojen virtuaalisen poistamisen koodin edellyttämän sitkeyden saavuttamiseksi, kun vika on välitön.

toiseksi UHPC: n suuri sitkeys johtaa valtavaan materiaalin sitkeyteen, mikä lisää kykyä absorboida energiaa myös ilman raudoitustankojen apua.

kolmanneksi suuri vetolujuus lisää materiaalin leikkausvastusta, jolloin leikkuualustat voidaan poistaa kokonaan palkin suunnittelussa. Jalustimet poistamalla elementtisuunnittelua ja tuotantoa voidaan yksinkertaistaa ja jäsenverkon (varren) leveyksiä pienentää. Itse asiassa palkit, pylväät ja muut UHPC-rakenneosat voidaan suunnitella poikkileikkauksin, joilla on paljon vähemmän tilavuus, ja siten paino, materiaalia, samalla kun ne tarjoavat saman kapasiteetin kuin perinteisesti teräsbetoniset jäsenet.

esijännitetyn betonielementin kehittyvä tekniikka

UHPC osoittaa huomattavaa lupausta esijännitetyn betonielementtiteollisuuden valmiuksien edistämisessä. Tämän materiaalin suorituskykyominaisuudet voivat mahdollistaa sellaisten rakenteellisten järjestelmien suunnittelun, jotka säilyttävät hyväksyttävän lujuuden ja huollettavuuden samalla, kun jäsenpainot ovat pienentyneet, jännevälit pidentyneet ja vahvistuvat vähemmän. Tämän materiaalin ansiosta nämä rakennejärjestelmät ovat erittäin kestäviä, joten niitä voidaan käyttää vaativissa ympäristöissä, kuten merisovelluksissa ja kylmän sään altistuksissa, edullisina kustannus-hyötysuhteen vaihtoehtoina ruostumattoman teräksen ja ei-metallisten raudoitustankojen rakenteille.

jotta UHPC toteutuisi laajasti esijännitetyllä betonielementtiteollisuudella, on täytettävä kaksi ehtoa: (1) UHPC: n on kyettävä tuottamaan luotettavasti esijännitetyillä betonielementeillä, joiden raaka-ainekustannukset ovat yhteensä alle 1 000 dollaria kuutiosenttimetriä kohti (verrattuna nykyisiin 2 000-3 000 dollaria kuutiosenttimetriä kohti valmiiksi pakatuille materiaaleille); ja (2) on kehitettävä menettelyjä, jotta voidaan suunnitella rakenteellisia järjestelmiä, jotka hyödyntävät ainutlaatuisia suorituskykyominaisuuksia.uhpc: stä. Tällaiset menettelyt voivat tarjota valtavan arvon, koska ne mahdollistavat noin 50%: n vähennyksen poikkileikkauksessa perinteisiin betonituotteisiin verrattuna.

Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI) on tunnustanut tämän tarpeen ja käyttänyt resursseja tukemaan alan hyväksi tehtävää tutkimushanketta. Kokonaisprojektia ja suunnitteluohjeiden kehittämistä johtaa E. construct of Omaha, Neb., vaikka materiaali näkökohtia hankkeen ovat johtaneet kaksi kirjailijoiden yritys, Wiss, Janney, Elstner Associates Northbrook, Ill.

projektin ensisijaisena tavoitteena on kehittää menetelmiä paikallisesti saatavilla oleviin materiaaleihin perustuvien UHPC-sekoitusten toteuttamiseksi precaster-laitoksissa kaikkialla Pohjois-Amerikassa sekä kehittää suunnitteluohjeita ja uusia malleja rakennusten ja siltojen optimoiduille rakenneosille.

tähän mennessä projektiryhmä on laatinut ohjeita ja suosituksia UHPC-seosten suunnittelemiseksi ja toteuttamiseksi esijännitetyissä betonin tuotantolaitoksissa ja validoinut nämä menettelyt valmistamalla niitä viidessä tällaisessa laitoksessa eri puolilla Yhdysvaltoja. (KS. Kuva 1 esimerkiksi UHPC: n sijoittaminen johonkin osallistuvista precastereista).

lisäksi projektiryhmä on suunnitellut, valmistanut ja testannut pitkäperäisten silta-ja rakennusosien prototyyppejä, joiden lopulliset jäsenvahvuudet ylittävät suunnittelupalvelukuormituksen. On odotettavissa, että UHPC-materiaalien alun korkeista kustannuksista huolimatta optimoidut mallit ja pienennetyt jäsenristikkomallit tekevät näistä UHPC-tuotteista kilpailukykyisiä perinteisten betoni-ja teräsvaihtoehtojen kanssa alkukustannuksiltaan. Tähänastinen edistys on tiivistetty helmikuussa julkaistuun I vaiheen raporttiin.

Kuva 1. Uhpc: n sijoittaminen, joka osoittaa itsensä vahvistavaa johdonmukaisuutta.

optimoitujen UHPC: n jäsenten Esimerkkisovellukset

UHPC: n avulla on nyt mahdollista suunnitella toimistorakennusten lattiat, joissa on 60 jalkaa x 60 jalkaa, mikä mahdollistaa vuokratilan sisustuksen joustavuuden. On myös mahdollista kehittää siltapalkkeja jopa 250 jalan pituisina, hyväksyttävissä merenkulku-ja pystytysrajoissa ja ilman kenttäparrutusta tai liitosta. Seuraavat kaksi esimerkkiä havainnollistavat UHPC-sovellusten vahvaa potentiaalia.

kuvassa 2 esitetään rakennuksissa käytettävä suunnittelukonsepti. Π-muotoinen poikkileikkaus on esijännitetty Lattiapaneeli, joka mahdollistaa 60 jalan jännevälin 22 tuuman syvyydellä. Tähän suunnitteluun ei tarvita muuta terästä kuin prestressing-säikeitä. Ylin laippa on vain 1-tuumainen ja varret ovat vain 2-tuumaisia. Kokonaispaino vastaa alle 3 tuumaa paksua kiinteää laattaa. Asennettu, soffit olisi suljettu kevyt gage palkit venyttely varret ja peitetty Kipsilevy, ja varret on aukkoja, jotta integrointi apuohjelmia. Tämän pitkäikäisen tuotteen ansiosta kerrostaloasunnoissa voi olla palstaton pysäköinti alemmissa kerroksissa, mikä parantaa tilankäytön tehokkuutta ja asukkaiden turvallisuutta. Suhteellisen matala rakenteellinen syvyys – jossa on mekaaniset, sähkö — ja LVI-järjestelmät-mahdollistaa tehokkaan tilankäytön ja kustannustehokkaan kerroskorkeuden.

Kuva 2. UHPC-laatan käsite asuinkäyttöön

Kuvassa 3 esitetään tavanomainen betonilaattapalkki, jota käytetään 40-60 jalan jänneväleissä kiihtyneessä siltarakentamisessa (ABC). Kuvassa näkyy myös optimoitu UHPC tyhjäksi laatikko laatta käyttäen samaa syvyys, leveys ja kantavuus. UHPC-tuotteessa on betonista noin 52% ja raudoituksesta alle 4% verrattuna vastaavaan perinteiseen betonipalkkiin. Floridan DOT – Rakennelaboratorion täysimittainen testaus osoitti, että tällä palkin rakenteella on paljon suurempi taipuisuus -, leikkaus -, lävistysleikkaus-ja poikittaiskapasiteetti kuin sillalta vaaditaan. Elementtisuunnittelun tarkentaminen voisi oikeuttaa vähentämään niiden säikeiden määrää, jotka pidettiin tässä demonstraatiossa samana kuin tavanomaisessa betonituotteessa.

kuva 3. Laatikkolaatta siltasovelluksiin. Vasemmalla: tavanomainen betonilaatikko, jossa näkyy raudoitus (ennen muottien asennusta); oikealla: optimoitu UHPC laatikko laatta (muotti ja vaahto tyhjiömuovaus blockout paikallaan).

Conclusion

UHPC voi mullistaa betonielementtiteollisuuden erityisesti suurissa käyttökohteissa, joissa pitkät jännevälit tai parempi kestävyys ovat eduksi. Uusien mallien ja kehittyvien suunnittelumenetelmien avulla UHPC pystyy olemaan kustannuskilpailukykyinen perinteisten betoni-ja teräsvaihtoehtojen kanssa ensikustannusperiaatteella, ja se voi tarjota lisäarvoa pitkän aikavälin elinkaarikustannusperiaatteella. Hyödyntämällä keskeisiä ominaisuuksia UHPC, long-span precast, prestressed bridge ja rakennuksen jäsenet mullistaa teollisuuden kautta tehokkaampaa materiaalien käyttöä, parantaa tilankäyttöä ja parantaa pitkän aikavälin suorituskykyä.