UHPC öffnet die Tür zu neuen Ideen und spannenden Möglichkeiten zur Neugestaltung von Gebäuden. Nachfolgend sind einige Forschungsarbeiten zur Nutzung von UHPC in vorgeschlagenen Hybridstrukturen zusammengefasst.
Die Verwendung von UHPC mit glasfaserverstärktem Polymer (GFRP) ist eine vorgeschlagene Hybrididee, die viele Spitzenforscher inspiriert hat. Elmahdy et al. [85] untersuchten experimentell ein innovatives Design mit UHPC in gemischten Strahlen. Der Trägerteil ist ein GFK-Hohlkasten. Auf der Oberseite wird eine dünne Hülle aus UHPC zur Aufnahme der Druckspannung verwendet.
An der Unterseite werden Stahl- oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffplatten (SFK/CFK) eingesetzt, um Zugspannungen standzuhalten. Diese verschiedenen Materialien werden mit Kopfbolzendübeln und Epoxidkleber miteinander verbunden, um eine ausreichende Verbindung zwischen ihnen zu gewährleisten. Untersuchungen zeigen, dass durch die Zugabe von Hochleistungsmaterialien wie UHPC die Fähigkeit zur Strahlmischung deutlich verbessert wird.
Chen & El-Hacha untersuchten einen weiteren Hybridträger mit dem gleichen GFK-Hohlkastenprofildesign unter statischer Biegebelastung. Untersuchungen belegen, dass UHPC entscheidend ist, um eine höhere Festigkeit bei geringerem Gewicht und kleineren Strukturelementen zu erreichen. Darüber hinaus haben Iskander et al. untersuchte hybride UHPC-GFRP-Hohlkastenprofile mit SFRP- oder CFRP-Plattenbasen, um die Ursachen des Versagens unter Scherkräften zu analysieren. Untersuchungen zeigen, dass der Fehler teilweise auf die Faserausrichtung in den Eckbereichen dieses Hybridträgers zurückzuführen ist.
Viele Forscher haben eine weitere Hybrididee untersucht, nämlich die Kombination von UHPC mit normalem Beton als Bau- oder Reparaturmaterial. Als Baumaterial untersuchten Hakeem und Azad & Hakeem das strukturelle Verhalten von drei verschiedenen Konzepten von einseitig einfach ausgesteiften vorgefertigten Bodeneinheiten aus Normalbeton, UHPC, hergestellt in verschiedenen Strukturformen wie: (i) Elemente mit einer Schicht aus UHPC auf der unteren Spannungsebene UHPC-Untergrund und Balkenproben aus Normalbeton; (ii) Elemente, die mit vorgefertigten verformten UHPC-Stäben verstärkt sind. Das Konzept der Verwendung von UHPC-Sticks wurde von Azad und Hakeem eingeführt. Vor dem Gießen von Normalbeton wurden UHPC-Stahlstäbe in die Hybridstrukturform eingelegt. Die UHPC-Stäbe wurden 48 Stunden lang bei 900 °C thermisch ausgehärtet, um die Aushärtung und Festigkeitsentwicklung zu beschleunigen. Endgültige Hybridprobe, verstärkt mit zwei 50 × 50 mm UHPC-Stäben; (iii) Hybrid-Hohleinheit mit auf die Ober- und Unterseite gegossenen UHPC-Schichten.
Ermüdungsrisse wurden in vielen orthotropen Stahldeckbrücken auf der ganzen Welt beobachtet, zum Beispiel: Severn Bridge in England, Sintal Bridge in Deutschland, Westgate Bridge in Australien, Leverkusen in Deutschland Moribashi. Viele Forscher haben dieses Ermüdungsproblem untersucht, um ihre Leistung zu verbessern.
Eine der am besten erwarteten Lösungen zur Bekämpfung dieser Ermüdung ist die Verwendung von UHPC-Überzügen als Brückendeckbelag anstelle von Rohpflaster. Die Ermüdungsreaktion von UHPC-Verkleidungen unter Verwendung eines orthotropen Stahldecks wurde untersucht. Studien haben gezeigt, dass UHPC-Beläge das Ausmaß der Spannungen auf der Decksseite deutlich reduzieren können. Darüber hinaus wurde das Querbiegeverhalten des Stahl-UHPC-Verbunddecks unter Biegemomenten untersucht. Untersuchungen haben ergeben, dass UHPC-Beläge einen erheblichen Einfluss auf die endgültige Tragfähigkeit von Terrassen haben.
Beton der nächsten Generation (UHPC) bietet erstaunliche, noch nie dagewesene Qualitätsniveaus. Nach gründlicher Prüfung des Themas wurden folgende Schlussfolgerungen gezogen:
1. Es ist klar, dass die meisten Forscher betonen, dass die mechanischen und Umwelteigenschaften von UHPC alle Erwartungen übertreffen und das Potenzial für breitere Anwendungen im Bauwesen schaffen.
2. Die mechanischen Eigenschaften der neuen Betongeneration sind deutlich besser als die von herkömmlichem Beton. Diese beispiellosen Werte sind eine Funktion des Wasser-zu-Bindemittel-Verhältnisses, des ultrafeinen Pulvers, der optimierten Partikelverpackung, der Aushärtemethode und der Verbesserung der Mikrostruktur.
3. Mit dieser Technologie können Bauwerke gebaut werden, die leichter und größer sind oder größere Spannweiten haben als üblich. Dank seiner außergewöhnlichen Verarbeitbarkeit kann neuer Beton in unregelmäßigen oder sehr länglichen Formen gegossen werden, um Strukturen mit ästhetischem Erscheinungsbild oder außergewöhnlichem Finish zu schaffen.
4. Der Einsatz von UHPC im Bauwesen ist jedoch begrenzt, da es aus folgenden Gründen kommerziell nicht möglich ist, herkömmlichen Beton in den meisten Anwendungen zu ersetzen:
A. Ein wirtschaftlicher Faktor, der sich in den hohen Kosten und der mangelnden Verfügbarkeit einiger seiner Ausgangsstoffe äußert. Beispielsweise können Stahlfasern mehr kosten als andere Matrixmaterialien zusammen.
B. Einige technische Aspekte, wie begrenzte Designspezifikationen und komplexe Herstellungs- und Aushärtungstechniken.
C. Negative Auswirkungen der Zementproduktion auf die Umwelt, da die für die UHPC-Produktion erforderliche Zementmenge etwa doppelt so hoch ist wie die von herkömmlichem Beton.
5. Eine der Empfehlungen zur Förderung von UHPC im Bauwesen besteht darin, alternative Materialien zu erkunden, um die teuren Verbundwerkstoffe von UHPC zu ersetzen. Es wird empfohlen, anstelle von Portlandzement und Quarzstaub Abfallmaterialien mit gelierenden Eigenschaften zu verwenden, die folgende Vorteile haben:
A. Reduzieren Sie die Betonproduktionskosten,
B. Machen Sie Beton umweltfreundlicher, indem Sie Abfall und Gasemissionen bei der Zementproduktion reduzieren.
C. Verbessern Sie die Gleichmäßigkeit und Dichte des Betons für eine bessere Festigkeit und Haltbarkeit.
