Бетон сверхвысокой прочности

Бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC; англ. Ultra High Performance Concrete , обычное сокращение UHPC ) или бетон со сверхвысокими характеристиками - это тип бетона, который характеризуется особенно высокой плотностью и прочностью. Распространенным, но не общепризнанным отличием от обычного бетона является прочность на сжатие более 150 Н / мм² и значение вод / ц <0,25.

Компоненты и принципы изготовления

Gärtnerplatzbrücke в Касселе, первое строительство UHPC в Германии
Мост Вальзера в Оберстдорфе с балюстрадами из UHPC, дизайн Dr. Инженеры Schütz

Самым важным компонентом бетона является матрица цементного камня, которая в основном производится из вяжущего цемента и воды. Цементная паста обволакивает такие заполнители. B. натуральные заполнители и склеенные между ними. Чем плотнее и беспористее матрица цементного камня, тем плотнее, прочнее и стабильнее будет бетон.

Обычно используется вяжущая смесь портландцемента , доменного шлака или летучей золы . Матрица цементного камня может быть дополнительно улучшена за счет гранулометрической оптимизации мелких материалов с размером зерна менее 0,063 мм. Зерна цемента имеют средний диаметр от 30 до 80 микрометров. Добавление значительно меньших по размеру и гидравлически активных веществ с диаметром в однозначном микрометровом или нанометровом диапазоне заполняет промежутки между зернами цемента и приводит к уплотнению конструкции. Наиболее распространенным веществом является кремнеземная пыль , но также используются алюмосиликаты, метакаолин, тонкоизмельченный цемент или нанокремнезем промышленного производства. В диапазоне от 60 до 125 микрометров, то есть над зерном цемента, используется измельченный гранулированный каменный порошок для точного определения кривой гранулометрического состава , см. Также высокопрочный бетон .

Вторая мера - снизить содержание воды до значения водоцементного раствора от 0,3 до 0,2 ( водоцементное соотношение ). С одной стороны, это минимизирует водную пленку и, следовательно, расстояние между зернами цемента. С другой стороны, из-за отсутствия воды зерна цемента реагируют только на поверхности, и около 70% зерна цемента остается в виде высокопрочного заполнителя. Для того, чтобы бетон был текучим или самоуплотняющимся, требуется большое количество высокоэффективных суперпластификаторов на основе поликарбоксилатного эфира (PCE).

С помощью двух описанных мер можно производить бетон с прочностью на сжатие цилиндра от 100 до 150 Н / мм² с использованием обычных заполнителей, таких как кварц или базальт. С такими образцами для испытаний бетон больше не разрушается вокруг заполнителя, а трещина проходит через них. Дальнейшее повышение механических характеристик требует дополнительных мер. С одной стороны, обычные зерна можно заменить агрегатами высокой прочности и плотности, такими как. B. корунд или другие природные или промышленные абразивы заменяются. Во-вторых, за счет добавления стальной фибры (до более 3% по объему или 250 кг / м³) вводятся дополнительные высокопрочные компоненты ( фибробетон ). Эти стальные волокна, часто в виде смеси волокон, не только приводят к пластичному поведению, но и значительно повышают прочность бетона на сжатие. В случае бетонов с микрокремнеземом в качестве третьей меры термическая обработка в первую неделю приводит к ускоренной гидравлической реакции кремнезема с дальнейшим улучшением механических характеристик ( пуццолановая реакция ).

Альтернативные названия

Резервуар для разведения креветок из UHPC
Фольксбанк Крефельд с белыми фасадными панелями из UHPC
Система водослива в Забельтице с защитными слоями UHPC от истирания

Другие термины для UHPC, которые более точно определяют компоненты или изолированные свойства или взяты из других языковых областей:

  • УВСК «Бетон сверхвысокой прочности»
  • UHPFRC "Бетон со сверхвысокими характеристиками, армированный фиброй"
  • UHPdC «Высокопрочный пластичный бетон»
  • DFRCC «Вяжущий композит на цементном волокне»
  • ЩКЦ «Деформационно-твердеющий цементный композит»
  • КВЦ «Инженерный цементный композит»
  • UHP-HFRC «Гибридный бетон, армированный волокнами с высокими эксплуатационными характеристиками»
  • HPFRCC «Высокоэффективные цементные композиты, армированные волокном»
  • НПК «Реактивный порошковый бетон»
  • УВФБ «Ультра высокопрочный бетон» (нем.)
  • УВФБ «Ультра-высокопроизводительный фибробетон» (Швейцария)
  • УВФБ «Сверхпрочный волокнистый композиционный строительный материал» (Швейцария)
  • UHLB "Ultra High Performance Concrete" (немецкий)
  • BFUB "Béton fiber à ultra-hautes performances" (французский)
  • BPR "Beton de Poudres Réactives" (французский)

сказка

Разработка сверхвысокопрочного бетона началась в Дании в 1967 году Хансом Хенриком Баче (Aalborg Portland Cement). В этом году он опубликовал разработку небольших образцов материала, в которых связующее было сжато до прочности 350 МПа. В 1970 году впервые в дальнейшей разработке были использованы суперпластификаторы. В 1978 году прочность материала 280 МПа была достигнута за счет разработки смешанного связующего с примерно 30% сверхтонких наполнителей. В этом году Aalborg Portland Cement и Hans Henrik Bache получили патент на эту высокопрочную систему связующего. В 1981 году в Ольборге, Дания, была основана компания DENSIT a / s. Компания DENSIT a / s разработала и произвела дополнительные сверхвысокопрочные связующие системы на основе первого патента. Суперпластификаторы PCE были впервые разработаны в Японии в 1980-х годах, а микродиоксид кремния от Elkem в Норвегии стал общедоступным в 1990-х годах. После истечения срока действия патентов Densit несколько компаний в Европе и Японии начали производить сверхвысокопрочные связующие. В 2002 году производитель цемента Lafarge зарегистрировал европейский патент EP 1315683 «Высокопрочный, высокопластичный бетон, армированный волокнами».

В Германии действовала приоритетная программа SSP1182 «Экологичное строительство из сверхпрочного бетона» Немецкого исследовательского фонда, на которую было выделено 12 миллионов евро и которая проводилась с 2005 по 2012 год . В 2008 году Немецкий комитет по железобетону (DAfStb) опубликовал отчет о состоянии методов строительства под номером 561 . Преемник в виде руководства DAfStb находится в стадии разработки.

В Японии в марте 2008 г. было опубликовано руководство из серии 82 «Рекомендации по проектированию и строительству высокоэффективных цементных композитов, армированных волокном с множественными мелкими трещинами (HPFRCC)».

В Швейцарии в 2016 году была опубликована брошюра SIA 2052 «Сверхвысокопроизводительный фибробетон (UHFB) - строительные материалы, проектирование и исполнение».

Франция - лидер в области UHPC. В 2016 году были опубликованы два строительных стандарта, регламентирующих сухие премиксы (товарные строительные растворы) и их использование в строительстве.

  • NF P 18-470 Bétons fibrés à ultra-hautes performances - Технические характеристики, характеристики, производство и соответствие, AFNOR, Париж, 2016
  • NF P 18-710 Calcul des structure en béton - Règles spècifiques pour les bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUB), AFNOR Paris, 2016

В декабре 2018 года был опубликован следующий французский стандарт: NF-P 18-451 Bétons - Exécution des structure en béton - Régles spécifiques pour les BFUB.

Сегодня некоторые производители цемента предлагают специальные вяжущие и рецептуры для производства UHPC. Поскольку они оптимизированы для определенных приложений и, следовательно, таких характеристик, как прочность на сжатие, прочность на разрыв, пластичность, текучесть, истирание, демпфирование и т. Д., Не может быть дана общая обязательная таблица по поведению материала.

Разрешение на строительство

Гардеробные стелы из неармированного и не содержащего волокон UHPC в музее Bibelhaus во Франкфурте-на-Майне

UHPC отличается от обычных бетонов с точки зрения прочности, содержания мелкозернистого материала, пластичности и т. Д. И не соответствует бетонам, регулируемым строительными органами. Для использования в строительстве в Германии требуется разрешение в отдельных случаях или общее разрешение строительной инспекции.

Применение в строительной отрасли Германии

Компоненты машины из UHPC
Бетонная поверхность из UHPC в машиностроении

Во всем мире существует большое количество иногда впечатляющих сооружений, таких как B. Национальный музей в Катаре или MuCEM в Марселе. В Германии есть обширные концепции и отчеты об исследованиях, но, за исключением нескольких проектов маяков, UHPC не используется. Основная причина - высокая цена, которая - в зависимости от содержания волокна - составляет от 500 до 1500 евро за м³ и, таким образом, в 5-20 раз выше, чем у обычного бетона. Другой причиной являются требования к испытаниям и качеству, которых следует ожидать при утверждении строительных властей, что делает продукт неэкономичным, несмотря на явное улучшение качества. Выполняемые объекты:

  • Пешеходные и велосипедные мосты Niestetalbrücke
  • Пешеходный и велосипедный мост Gärtnerplatzbrücke Kassel
  • Мост арочной велосипедной дорожки возле Лейпцига
  • Штаб-квартира компании в Ферхау-Гуммерсбах, фасадные панели для дома 1 и 2
  • Фольксбанк Крефельд, белые фасадные панели
  • Креветочная ферма Гревесмюлен
  • Якорные головки в замке Иффецхайм
  • Железнодорожный мост Тегернзее-Бан возле Гмунда
  • Заполнение желобов на примыкании к фундаменту, а также башенные конструкции ветряных электростанций
  • Тонкие армирующие поверхностные слои на мостовых конструкциях, таких как эстакада B27 на L3378 возле Фульда-Ленерц в 2017 году. Другой пример - реконструкция моста через Рейн через Максау возле Карлсруэ зимой 2018/2019. Этот метод строительства уже много лет успешно применяется в соседних европейских странах. Европейский патент на конструкцию отозван.

Другие применения за пределами области, регулируемой строительными властями, включают стелы для гардеробов, лестницы, мебель, предметы дизайна, сводчатый бетон и заполнение зазоров в стыках вертикальных колонн морских ветряных турбин.

Применение в машиностроении

Наиболее экономически значимым применением в Германии является замена полимербетона на эпоксидной смоле или минерального литья в машиностроении. В дополнение к высокому пределу прочности на разрыв решающее значение в этом применении имеют демпфирование материала от вибраций и тепловая инерция в случае тепловых колебаний. Компоненты машин, изготовленные из UHPC, должны изготавливаться и не иметь трещин. Волокна и армирование вступают в силу только после образования трещин, изменяющих жесткость, и поэтому бесполезны. Матрица из цементного теста неармированного UHPC должна выдерживать все силы. Поскольку требуемая точность параллельности и ровности находится в диапазоне до 5 микрометров на контрольной поверхности в несколько метров, деформация материала, такая как Б. можно смело исключить по усадке.

литература

  • Михаэль Шмидт, Эккехард Фелинг, Сюзанна Фрёлих, Дженни Тимке: Экологичное здание из сверхвысокопрочного бетона, результаты приоритетной программы 1182, финансируемой Немецким исследовательским фондом (DFG). (= Строительные материалы и прочное строительство. Выпуск 22). Издательство Кассельского университета, Кассель, 2014 г.
  • DAfStb: Бетон сверхвысокой прочности, отчет о состоянии. (= Немецкий комитет по железобетону, выпуск 561). Бейт, Берлин, 2008 г.
  • Бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC) 10 лет исследований и разработок в Кассельском университете. (= Строительные материалы и прочное строительство. Буклет 7). 2007 г.
  • Бернхард Загмайстер: Детали машин из бетона на цементной основе. Beuth Verlag, Берлин 2017, ISBN 978-3-410-27186-4 . (Описание Beuth Verlag) .

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Т. Хирата: Диспергатор . Патент JP 842,022 (S59-018338) 1981 г.
  2. ^ Lafarge: Бетон из высокопрочного и пластичного волокна . EP 1315683 [1]
  3. ↑ beuth.de
  4. ↑ dafstb.de
  5. ↑ [2]
  6. ↑ shop.sia.ch
  7. ↑ boutique.afnor.org
  8. ↑ boutique.afnor.org
  9. ↑ [3]
  10. ↑ qm.org.qa
  11. ↑ mucem.org
  12. ↑ Майкл Шмидт, Кай Бунье, Эккехард Фелинг, Томас Тайхманн: Семейство мостов из сверхвысокопрочного бетона в Нистетале и Касселе. В кн . : Бетонное и железобетонное строительство. 101, 3, 2006, стр. 198-204.
  13. ↑ Майкл Шмидт, Кай Бунье, Эккехард Фелинг, Томас Тайхманн: Семейство мостов из сверхвысокопрочного бетона в Нистетале и Касселе. В кн . : Бетонное и железобетонное строительство. 101, 3, 2006, стр. 198-204.
  14. ↑ Р. Меллвиц, М. Рихтер, М. Райхель: Сверхвысокопрочный фибробетон для сборных сегментов. В: Betonwerk International. BWI 03/2014
  15. ↑ Бернхард Загмайстер, Томас Деус: Применение бетона вне строительной индустрии - применение UHPC на основе специального связующего в строительной технологии и машиностроении. В: Betonwerk International. BWI 01/2012
  16. ↑ Томас Дрёсслер: Инновационное применение UHPC в Германии: бетон со сверхвысокими характеристиками для облицовочных фасадов и нестандартных элементов с клеевыми соединениями. (= Строительные материалы и прочное строительство. Выпуск 27). Университетская пресса Касселя, Кассель 2016.
  17. ↑ Томас Деус, Кристиан Дрёсслер, Томас Дрёсслер, В. Риттер: Высокоэффективный бетон с клеевым соединением. В: Betonwerk International BWI. 06/2014
  18. ↑ Герман Вейхер, Кристиан Тритчлер, Майкл Глассл, Себастьян Хок: Гибридные анкеры из первого приложения UHPC для усиления шлюза Иффецхайм Рейн с помощью постоянных анкеров. В кн . : Бетонное и железобетонное строительство. Выпуск 107, апрель 2012 г.
  19. ↑ [4]
  20. ↑ Пелке, Э .; Бергер Д.: Первое применение UHFB в строительстве автодорожных мостов. Часть 1: Проект ASB 5424-824 Üf B27 автострады L3378 около Фульда-Ленерц ; Лекция в Dreikönigstreffen Университета прикладных наук Рейн-Майн 15 января 2019 г. в Висбадене
  21. ↑ [5]
  22. ↑ Kaptijn, N; Блом, Дж .: Новая мостовая настила для мостов Кааг ; in Proceedings of the International Symposium on Ultra High Performance Concrete University Kassel University, 2004, pages 49-57.
  23. ↑ Denarié E .; Brühwiler E .: ПРИЛОЖЕНИЕ ПЛОЩАДКИ UHPFRC ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ - ДОСТИЖЕНИЯ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 10 ЛЕТ В ПРАКТИКЕ И ИССЛЕДОВАНИЯХ ; на 7-м семинаре по высокоэффективным цементным композитам , армированным волокном , 1-3 июня 2015 г., Штутгарт, Германия [6]
  24. ↑ EP 1 623 080 B1 Конструкция в виде многослойной плиты [7]
  25. ↑ durcrete.de
  26. ↑ Бернхард Загмайстер: Бетон UHPC в машиностроении. beton 12/2018, Verlag Bau + Technik, Дюссельдорф