1. Haltbarkeitseigenschaften
Eines der Hauptziele von UHPC-Beton ist es, steinhart zu sein und lange Zeit ohne nennenswerte Qualitätsverluste zu halten. Typischerweise können Betonkonstruktionen dort errichtet werden, wo sie mit der unmittelbaren Umgebung verbunden sind und unvermeidbaren rauen Bedingungen ausgesetzt sein können, wie z. B. Eindringen von Wasser, chemischer Angriff, Stahlkorrosion, Alkali-Kieselsäure-Reaktionen, Frost-Tau-Zyklen und Kohlensäurewechsel . Wenn Betonkonstruktionen über einen längeren Zeitraum solch rauen Bedingungen ausgesetzt sind, kann dies zu einer Verschlechterung führen, was zu höheren Kosten für die Instandhaltung der Struktur führt. Ein zentraler Punkt bei diesen Haltbarkeitsproblemen ist die Durchlässigkeit der Betonmatrix. Je weniger durchlässig der Beton ist, desto haltbarer ist er. Die für UHPC-Beton verwendeten Ausgangsmaterialien und neuen Technologien werden die Entwicklung von Beton mit außergewöhnlicher Haltbarkeit ermöglichen, der rauen Umgebungen standhält und eine lange Lebensdauer hat.
Die Hauptfaktoren, die die Durchlässigkeit steuern, sind die Dichte der Mikrostruktur und die Porosität der Betonmatrix. Der Verzicht auf grobe Zuschlagstoffe, die Zugabe von feinen und ultrafeinen Partikeln wie Dünensand und Quarzstaub, die Reduzierung des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses und die Verdünnung von Fließmittel tragen dazu bei, die Mischung zu homogenisieren und dadurch ihre Poren stark zu verkleinern.
Die Wasseraufnahmefähigkeit ist der Durchlässigkeitskoeffizient von UHPC-Beton und kann als Zeichen seiner hohen Dauerhaftigkeit gewertet werden. Die Abnahme der Wasseraufnahmekapazität von Beton bedeutet eine Abnahme der Porosität der Betonmatrix. Wenn das Verhältnis von Wasser zu Bindemittel verringert wird, verkleinern sich diese Poren. Da das Wasser-Bindemittel-Verhältnis von UHPC-Beton deutlich geringer ist als das von herkömmlichem Beton, wurde in der Studie von Dobias et al. zeigten, dass der Wasseraufnahmekoeffizient von UHPC fünfmal niedriger ist als der von herkömmlichem Beton. Wenn die Porengröße weniger als ein Zehntel von gewöhnlichem Beton beträgt, ist die Matrix von UHPC-Beton undurchlässig.
Ein weiteres Zeichen für eine gute Dauerhaftigkeit ist die Fähigkeit des Betons, chemischen Angriffen wie Chloridionen zu widerstehen. Ist die Betonmatrix durchlässig, können Chloridionen in die Matrix eindringen, die Passivierung des Stahls zerstören und den Beginn des Korrosionsprozesses fördern. Stahl wird durch eine passivierende alkalische Schicht vor Korrosion geschützt, die durch die korrosive Wirkung von Chloridionen beschädigt werden kann. Aufgrund der dichten und undurchlässigen Matrix von UHPC-Beton ist das Eindringen von Chloridionen jedoch vernachlässigbar und UHPC-Beton weist eine gute Beständigkeit gegen Stahlkorrosion auf.
Viele Forscher haben verschiedene Umwelteinflüsse wie Frost-Tau-Wechsel und Wetterverhalten untersucht. Frost-Tauen tritt auf, wenn Wasserpartikel, die in die Betonmatrix eindringen, gefrieren und sich außerhalb der Poren des Betons ausdehnen. Viele Forscher haben nach Hunderten von Gefrier-Tau-Zyklen bis hin zu 800 Zyklen kaum eine Verschlechterung und einen vernachlässigbaren Qualitätsverlust beobachtet. Darüber hinaus untersuchten Hakeem, Azad und Ahmad Nass-Trocken- und Heiß-Kalt-Zyklen. Sie zeigten, dass UHPC seine Festigkeit auch unter aggressiven Expositionsbedingungen beibehielt. Tatsächlich ist der Betonuntergrund haltbar genug, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, ohne dass Beschichtungen oder Farben erforderlich sind.
2. Mechanische Eigenschaften
Durchgeführte experimentelle Studien zeigten, dass UHPC als Baustoff hervorragende mechanische Eigenschaften aufweist. Die Druckfestigkeit ist die primäre mechanische Eigenschaft von UHPC-Beton und entscheidend dafür, dass die Struktur bestimmten Belastungen standhalten kann. Es gilt auch als Indikator für andere mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Haltbarkeit. Tatsächlich ist eine hohe Betonfestigkeit das Ergebnis zweier Hauptprinzipien: der Packung der Materialpartikel und dem Verhältnis von Wasser zu Bindemittel. Einfluss des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses auf die UHPC-Druckfestigkeit. Auch der Gehalt an Silikastaub kann die Druckfestigkeit erhöhen. Auch die Aushärtemethode hat einen erheblichen Einfluss auf die Druckfestigkeit, wobei die Dampfaushärtung der herkömmlichen Aushärtung überlegen ist.
Stahlfasern haben keinen nennenswerten Einfluss auf die Druckfestigkeit, können aber andererseits die Zugfestigkeit von UHPC-Beton erhöhen. Bei Stahlfasern liegt die Zugfestigkeit von UHPC normalerweise im Bereich von 15-20MPa, was fast dem Doppelten des Zugfestigkeitswerts von UHPC ohne Stahlfasern entspricht. Dieser Wert beträgt fast ein Zehntel bis zwei Zehntel der Druckfestigkeit von UHPC-Beton.
Was den Wert der Druckfestigkeit betrifft, sagen einige Forscher, dass die Druckfestigkeit normalerweise mehr als 120 MPa beträgt, während andere sagen, dass sie bei 150 MPa beginnt. In beiden Fällen ist es viel stärker als gewöhnlicher Beton. Den Forschern zufolge sind die Druckfestigkeit und alle mechanischen Eigenschaften von UHPC denen von gewöhnlichem Beton weit überlegen.
Darüber hinaus wird die Biegefestigkeit von UHPC auf bis zu 30 MPa geschätzt, was im hochtemperaturausgehärteten Zustand bzw. im Langzeitnormalzustand von 28 Tagen erreicht wird. Dieser Wert wurde in vielen Referenzen erwähnt. Es wurden Werte über 30 MPa, bis zu 40 MPa oder im Bereich von 30-50 MPa angegeben. Da die aus der Studie abgeleiteten Ergebnisse verwiesen, beträgt die durchschnittliche 28-Tage-Biegefestigkeit 31 MPa, und die Referenz-Faustregel besagt, dass die Biegefestigkeit von UHPC mehr als fünfmal so hoch ist wie die von gewöhnlichem Beton, die Biegefestigkeit von UHPC wird in unserer Tabelle mit Werten bis 30 MPa angezeigt.
Die Spaltzugfestigkeit von UHPC wird in der Tabelle mit einem Maximalwert von 20 MPa angegeben. Dieser Wert wurde in vielen Referenzen erwähnt. Beispielsweise heißt es in der Referenz, dass „mit Fasern versetzte UHPC-Matrizen typischerweise Zugfestigkeiten im Bereich von 15-20MPa haben“. Darüber hinaus heißt es in der Referenz, dass „Mischungen Berichten zufolge Spaltzugfestigkeiten im Bereich von 8-15MPa aufweisen“. Die Zugfestigkeit von UHPC kann als ein Zehntel seiner Druckfestigkeit angesehen werden, d. h. wenn die Druckfestigkeit 150 MPa beträgt, beträgt die Zugfestigkeit 15 MPa.
Die Zugeigenschaften von UHPC unterscheiden sich von denen von herkömmlichem Beton aufgrund der Zugrissfähigkeit der zementären Verbundmatrix und des Rissüberbrückungsverhaltens der Faserbewehrung. Im Vergleich zu faserverstärktem konventionellem Beton kann UHPC eine erhebliche, anhaltende Zugfestigkeit nach dem Riss aufweisen, bevor es zur Risslokalisation, zum Faserauszug und zum Verlust der Zugfestigkeit kommt.
Da UHPC zunehmend im modernen Bauwesen eingesetzt wird, ist die Bestimmung seiner Zug- und Druckeigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Untersuchung seines Strukturverhaltens, der numerischen Modellierung und der Bruchmechanik.
Doo et al. wies darauf hin, dass Fasereigenschaften wie Fasergehalt, Form, Aspektverhältnis, Ausrichtung und Verteilung einen großen Einfluss auf die Zugeigenschaften von faserverstärktem Ultrahochleistungsbeton haben. Die Erhöhung des Fasergehalts ist der überzeugendste Weg zur Verbesserung der Zugeigenschaften, einschließlich Zugfestigkeit und Bruchenergiekapazität. Dies bedeutet, dass die erforderliche Zugfestigkeit durch den Einsatz ausreichender Fasermengen erreicht werden kann.
Habel et al. zeigte ein schematisches Diagramm von drei verschiedenen Zugverhalten, die UHPC zeigen kann: I) lineares elastisches Verhalten vor der Rissbildung; II) Kaltverfestigungsverhalten nach Rissbildung und verteilter diskreter Rissbildung; und III) rissspezifische Erweichung während der Dehnungslokalisierung. Verhalten.
