一種超高性能混凝土檢查井蓋的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高性能混凝土檢查井蓋，尤其是一種輕質(zhì)超高性能混凝土檢查
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【背景技術】
[0002]超高性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete，簡稱 UHPC)，因為一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強混凝土(Ultra-HighPerformance Fibre Reinforced Concrete，簡稱 UHPFRC)。UHPC 不同于傳統(tǒng)的高強混凝土(HSC)和鋼纖維混凝土(SFRC)，也不是傳統(tǒng)意義“高性能混凝土(HPC)”的高強化，而是性能指標明確的新品種水泥基結(jié)構(gòu)工程材料。1999年清華大學覃維祖教授等發(fā)表文章“一種超高性能混凝土一活性粉末混凝土”最早介紹了 UHPC，至今在中國仍然較多地使用“活性粉末混凝土(簡稱RPC)”名稱。RPC是法國一個公司的專利產(chǎn)品名稱，宣傳介紹較多而廣為人知。1994年法國學者De Larrard等將這類新材料稱作UHPC，由于UHPC或UHPFRC名稱沒有商業(yè)色彩，且能更好表達這種水泥基材料或混凝土的優(yōu)越性能，逐步被廣泛接受和采用。
[0003]UHPC較有代表性的定義或需要具備的特性如下:是一種組成材料顆粒的級配達到最佳的水泥基復合材料；水膠比小于0.25，含有較高比例的微細短鋼纖維增強材料；抗壓強度不低于150MPa ;具有受拉狀態(tài)的韌性，開裂后仍保持抗拉強度不低于5MPa (法國要求7MPa);內(nèi)部具有不連通孔結(jié)構(gòu)，有很高抵抗氣、液體浸入的能力，與傳統(tǒng)混凝土和高性能混凝土(HPC)相比，耐久性可大幅度提高。
[0004]UHPC屬于現(xiàn)代先進材料，創(chuàng)新了水泥基材料(混凝土或砂漿)與纖維、鋼材(鋼筋或高強預應力鋼筋)的復合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率，使水泥基結(jié)構(gòu)材料的全面性能發(fā)生了跨越式進步。使用UHPC可以建造輕質(zhì)高強和高韌性的結(jié)構(gòu)，徹底改變混凝土結(jié)構(gòu)“肥梁胖柱”狀態(tài)；其結(jié)構(gòu)所擁有的耐久性和工作壽命，遠遠超越鋼、鋁、塑料等其它所有結(jié)構(gòu)材料。
[0005]UHPC在上世紀七十年代末起源于丹麥，八、九十年代在歐洲進行了比較系統(tǒng)深入的研究，并開始在小型工程和制品上應用。進入本世紀，在歐美、日韓等許多國家均將UHPC作為新型、未來的或戰(zhàn)略性工程材料進行研究與發(fā)展，法國和日本率先制定了設計指南。目前，UHPC的配制、生產(chǎn)、施工和預制技術已經(jīng)趨于成熟，結(jié)構(gòu)性能與設計規(guī)范正處于發(fā)展完善過程，工程結(jié)構(gòu)與制品的應用不斷取得新進展，定期舉辦國際UHPC / UHPFRC研討會進行學術交流。
[0006]UHPC的制備與增強、增韌原理
上世紀七十年代初的一些試驗研究證實，提高水泥凈漿的密實度，可以有效提高強度。丹麥學者 H.H.Bache 教授發(fā)展的 DSP (Densified System with ultra-fine Particles)理論，即:用充分分散的超細顆粒(硅灰)填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，實現(xiàn)顆粒堆積致密化。借助高效減水劑的分散作用，硅灰顆粒填充占據(jù)了水泥顆粒間的空隙即大量原本是水填充的空間，從而大幅度減小固體顆粒堆積的空隙率以及漿體的需水量，DSP體系可以使水膠比降低到0.10-0.20的超低水平。使用高強骨料，DSP基體混凝土的抗壓強度可以達到280MPa，但脆性非常大；同時使用鋼纖維增強增韌(即UHPC)，抗壓強度可達到400MPa(常溫養(yǎng)護)。后來再進一步，法國使用高壓成型和高溫高壓(壓蒸)養(yǎng)護的活性粉末混凝土(RPC)，最高抗壓強度達到了 800MPa。
[0007]高密實的DSP基體與鋼纖維界面的密實度也非常高，界面粘結(jié)強度得以大幅度提高，使鋼纖維在DSP基體中提高抗拉、抗彎、抗裂與增韌作用得到充分的發(fā)揮。
[0008]用DSP理論配制超高強度混凝土，是混凝土技術的一個重大突破。同時期出現(xiàn)的MDF水泥(Macro Defect Free，宏觀無缺陷水泥，用聚合物填充水泥漿孔隙和裂縫)，SIFCON(Slurry Infiltrated Fibre Concrete，預填鋼纖維灌注水泥細砂楽的混凝土)，也可以獲得很高的材料強度和韌性，但是前者需要輥壓或擠壓成型，后者難以使鋼纖維形成三維堆積，在應用上受到很大制約，至今只能用于制作小型制品。DSP理論實現(xiàn)更高的密實度，只需要選擇適宜優(yōu)質(zhì)原材料和進行配合比優(yōu)化，不需要使用特殊的工藝方法，用傳統(tǒng)攪拌設備和振動密實方法，就能生產(chǎn)與成型。因此，基于DSP理論配制的UHPC，較快地進入了實用階段。
[0009]如今，已經(jīng)能夠配制自密實UHPC，預制產(chǎn)品與現(xiàn)場澆筑比較方便。雖然現(xiàn)在配制UHPC的技術途徑和使用材料呈現(xiàn)多樣化，但遵循的基本原則沒有變，即顆粒組成與配合比要使密實度最大化。
[0010]UHPC的力學性能
單純的超尚抗壓強度往往伴隨著“超尚脆性”，并不意味“超尚性能”。UHPC的“超尚力學性能”更主要體現(xiàn)在超高抗拉強度(單軸抗拉和彎曲抗拉強度)和高韌性，這依靠加入短纖維來實現(xiàn)。早期使用直徑0.15-0.4mm、長度6~12mm的平直光圓鋼纖維，可將UHPC的抗拉強度提高到30MPa，斷裂能達到1，500-40, ΟΟΟΝ/m (鋼纖維體積含量2%~12%)，使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列(斷裂能超過1，000J/m2劃分為韌性材料)?，F(xiàn)在，使用異形，特別是扭轉(zhuǎn)形高強鋼纖維，可以進一步提高UHPC的抗拉強度、變形能力、韌性或斷裂能。此外，高強高模的聚乙烯醇(PVA)纖維也用于UHPC的增強與增韌；聚乙烯(PP)纖維用于提高UHPC的耐火能力。
[0011]UHPC的抗壓與抗拉強度大幅度超越其它水泥基材料。在變形能力方面，UHPC可以在相對低的纖維含量水平實現(xiàn)拉伸“應變硬化”行為，即單軸受拉經(jīng)歷彈性階段，出現(xiàn)多微裂縫，纖維抗拉作用啟動；隨后拉應力上升，進入非彈性的應變硬化階段(類似鋼材的“屈服”);達到開裂后最大拉應力(抗拉強度)，出現(xiàn)個別裂縫在局部擴展，之后拉應力下降，進入軟化階段?！皯冇不笔琼g性材料的重要特征，體現(xiàn)短纖維增強增韌效率“質(zhì)”的變化，目前只有ECC (高延性水泥基復合材料)和UHPC可以實現(xiàn)“應變硬化”。普通和高強纖維混凝土(FRC、HSFRC)開裂即軟化，纖維強度未能有效發(fā)揮，故提高韌性的作用有限。鋼纖維增強增韌的UHPC，再與高強鋼筋或鋼絞線復合應用制作的梁(CRC或HRUHPC梁)，抗彎承載能力接近鋼梁的水平且抗彎行為相似，可以實現(xiàn)更高的強度/質(zhì)量比和剛度/質(zhì)量比。結(jié)合預應力技術，UHPC還有更大潛力用于建造大跨度或輕質(zhì)高強、高韌的結(jié)構(gòu)，至今已經(jīng)發(fā)展出多種橋梁結(jié)構(gòu)。
[0012]UHPC的耐久性與可持續(xù)發(fā)展
UHPC最具吸引力的另一個性能是潛在的超高耐久性。從理論上和根據(jù)至今的試驗研究結(jié)果，基本上可以確定:UHPC沒有凍融循環(huán)、堿一骨料反應(AAR)和延遲鈣礬石生成(DEF)破壞的問題；在無裂縫狀態(tài)，UHPC的抗碳化、抗氯離子侵入、抗硫酸鹽侵蝕、抗化學腐蝕、耐磨等耐久性能指標，與傳統(tǒng)高強高性能混凝土(HSC/HPC)相比，有數(shù)量級或倍數(shù)的提高。但UHPC不耐硝酸氨腐蝕，因為鋼纖維會較快銹蝕。
[0013]UHPC具有非常好的微裂縫自愈能力。由于水膠比非常低，UHPC拌和水量僅能供部分水泥水化，絕大多數(shù)水泥顆粒的內(nèi)部處于沒有水化狀態(tài)。因此，水或水汽進入UHPC的裂縫，暴露在裂縫表面的水泥顆粒未水化部分就會“繼續(xù)”水化；結(jié)合了外界水分的水化產(chǎn)物體積大于水泥孰料體積，多出來的體積能夠填堵裂縫。試驗和工程驗證表明，UHPC的裂縫自愈不僅能夠封閉微裂縫降低滲透性和保持良好耐久性，同時還起“膠結(jié)”裂縫作用，在一定程度上恢復混凝土因裂縫降低的力學性能。
[0014]UHPC的耐久性能中，表面鋼纖維的銹蝕一直令人關注。靠近表面的鋼纖維保護層很小，還可能露出表面，在潮濕或腐蝕性環(huán)境(氯鹽、酸性等環(huán)境)，表面鋼纖維有較快發(fā)生銹蝕的危險性。目前10~15年的試驗和實際工程觀察表明，只要鋼纖維不露出表面，UHPC密實的基體能夠非常有效地保護鋼纖維不銹蝕，露出表面鋼纖維的銹蝕沒有擴展到內(nèi)部，僅限于表面，但會影響表面美觀。因此，對于有裝飾功能的UHPC結(jié)構(gòu)，需要采取措施防止鋼纖維暴露或使用不銹蝕纖維。
[0015]與鋼結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于高耐久性和幾乎沒有維護費用，并容易達到建筑防火要求。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)壽命可成倍提高。根據(jù)理論分析、現(xiàn)有的暴露試驗以及實際工程檢驗結(jié)果，預期UHPC結(jié)構(gòu)壽命，在腐蝕性自然環(huán)境中(如海洋環(huán)境)可以超過200年以上；在非腐蝕環(huán)境(如城市建筑)可以達到1000年。相對保守的日本指南認為，在正常使