UHPC bedeutet Ultrahochfester Beton. Normalbeton ist der Standardbeton, der für die meisten Platten, Balken, Säulen und Fundamente verwendet wird. Der entscheidende Unterschied ist nicht nur die Festigkeit. Der größere Unterschied ist wie sich das Material nach der Rissbildung verhält, und wie gut es Wasser und Salze über eine lange Lebensdauer blockiert. UHPC erfordert in der Regel eine strenge Produktionskontrolle. Normaler Beton ist nachsichtiger, billiger und leichter in großem Maßstab zu beschaffen.
Im Folgenden finden Sie einen praktischen Vergleich, der Ihnen hilft, das richtige Material für Ihr Projekt auszuwählen.
Was ist normaler Beton?
Normaler Beton ist der gängige Baustoff auf Zementbasis, der im täglichen Leben verwendet wird. Er besteht aus Zement, Wasser, feiner und grober Gesteinskörnung sowie bei Bedarf aus Zusatzstoffen. Die Druckfestigkeit variiert je nach Konstruktion, aber viele allgemein verwendbare Mischungen fallen in den Bereich 20-40 MPa Bereich.
Normaler Beton eignet sich gut, weil er leicht zu dosieren und einzubauen sowie kostengünstig ist. Er lässt sich auch leicht mit Bewehrungsstahl verstärken. So gehen die meisten strukturellen Betonsysteme mit Spannungen um.
Wo normaler Beton üblich ist
- Wohnstiftungen
- Balken und Stützen mit Bewehrung
- Platten auf dem Boden
- Bürgersteige
- Stützmauern
Was ist UHPC?
UHPC ist ein moderner zementhaltiger Verbundwerkstoff. Er ist in der Regel faserverstärkt, hat ein sehr niedriges Wasser-Bindemittel-Verhältnis und verwendet eine optimierte Partikelpackung. FHWA beschreibt UHPC als einen zementhaltigen Verbundwerkstoff mit w/cm unter 0,25, sowie einen hohen Prozentsatz an diskontinuierlichen internen Faserverstärkung. FHWA stellt außerdem fest, dass die Druckfestigkeit von UHPC über 150 MPa, sowie eine anhaltende Zugfestigkeit nach dem Riss über 5 MPa, mit einer diskontinuierlichen Porenstruktur, die das Eindringen von Flüssigkeit reduziert.
ACI 239R-18 sieht einen ähnlichen Anwendungsbereich vor. Sie beschränkt UHPC auf Beton mit einer spezifizierten Mindestdruckfestigkeit von 150 MPa, plus spezifizierte Anforderungen an Haltbarkeit, Zugfestigkeit und Zähigkeit. ACI weist darauf hin, dass zur Erfüllung dieser Anforderungen im Allgemeinen Fasern verwendet werden. ACI hebt auch die sehr geringe Durchlässigkeit aufgrund einer dichten, diskontinuierlichen Porenstruktur hervor.
UHPC wird häufig mit Zement, Quarzsand, feinem Quarzsand, hochgradigen Wasserreduzierern und Fasern hergestellt. ACI berichtet über typische Wasser-Bindemittel-Verhältnisse um 0.15-0.25. Der ACI weist auch darauf hin, dass UHPC oft Fasergehalte von 2% oder mehr nach Volumen, da die Fasern die Zugdehnbarkeit fördern.
Unterschied #1: Mischungsaufbau und Inhaltsstoffe
Normale Betonverwendung grobe Gesteinskörnung als ein Hauptskelett. Dadurch wird der Kleistergehalt reduziert und die Kosten werden gesenkt. Das Mischgut ist so konzipiert, dass es die Anforderungen an Verarbeitbarkeit, Festigkeit und Dauerhaftigkeit erfüllt, hat aber in der Regel eine größere Toleranz für Abweichungen vor Ort.
Bei UHPC wird die Strategie in der Regel geändert. Oft werden grobe Zuschlagstoffe in der Matrix reduziert oder eliminiert, um die Homogenität zu verbessern. Er stützt sich auf die Packung von Partikeln in verschiedenen Größen, um den Hohlraum zu verringern. Der ACI fasst drei Kernprinzipien zusammen: höhere Homogenität, höhere Dichte durch Packung und höhere Duktilität durch Fasern.
Die FHWA bezeichnet UHPC auch als optimiertes Gradationssystem mit niedrigem w/cm-Wert und einem hohen Anteil an Faserbewehrung.
Praktisches Ergebnis vor Ort
- Normaler Beton kann von den meisten Transportbetonwerken mit Standardsteuerung geliefert werden.
- UHPC erfordert oft eine strengere Kontrolle des Rohmaterials, eine strengere Kontrolle der Feuchtigkeit und eine höhere Mischenergie. Der ACI weist darauf hin, dass das Mischen von UHPC anders ist und aufgrund des begrenzten Wasseranteils und der geringen Menge an groben Zuschlagstoffen zusätzliche Energie benötigt.
Unterschied #2: Festigkeit und Rissverhalten
Normaler Beton hat eine gute Druckfestigkeit. Er hat eine schwache Zugfestigkeit, so dass er bei Zugbelastung reißt. Bei der Tragwerksplanung werden die meisten Zugkräfte von Bewehrungsstäben aufgenommen. Beton trägt Druckkräfte.
UHPC steigert sowohl die Druckfestigkeit als auch die Zugfestigkeit nach dem Riss erheblich. Laut FHWA liegt die Druckfestigkeit von UHPC über 150 MPa, sowie eine anhaltende Zugfestigkeit nach dem Riss über 5 MPa.
ACI hebt auch die Zugduktilität sowie das dehnungshärtende oder elastisch-plastische Verhalten unter einachsigem Zug in typischen UHPC-Rezepturen hervor.
Was dies in der Praxis bedeutet
- Normaler Beton reißt früher unter Spannung, daher hängt die Risskontrolle stark von der Anordnung der Bewehrungsstäbe, der Überdeckung und den Details ab.
- UHPC kann nach einem Riss eine Zugspannung aufnehmen, da die Fasern die Risse überbrücken. Die Rissbreiten können gering bleiben, und das Material kann mehr Energie aufnehmen, bevor es versagt.
UHPC macht eine technische Planung nicht überflüssig. Es verändert die Möglichkeiten. Es kann den Konstrukteuren auch ermöglichen, einige konventionelle Bewehrungen in bestimmten Elementen zu reduzieren, wenn die Konstruktionsmethode dies zulässt. Der ACI weist darauf hin, dass Stahlfasern die Duktilität verbessern und in bestimmten Fällen auf die Bewehrung aus Baustahl verzichten können.
Unterschied #3: Langlebigkeit und Durchlässigkeit
Normaler Beton kann haltbar sein, aber die Haltbarkeit hängt von der Kontrolle des Wasser-Zement-Verhältnisses, der Aushärtungsdisziplin, der Dicke der Überdeckung und der Expositionsklasse ab. Wenn sich Risse weit öffnen, können Wasser und Chloride schneller zum Stahl gelangen. Dadurch erhöht sich das Korrosionsrisiko.
UHPC ist allgemein für seine sehr geringe Durchlässigkeit bekannt. Die FHWA führt dies auf eine diskontinuierliche Porenstruktur zurück, die das Eindringen von Flüssigkeiten reduziert.
Laut ACI ist die Durchlässigkeit von UHPC aufgrund der dichten, diskontinuierlichen Porenstruktur sehr gering.
Für diese Behauptung gibt es auch aussagekräftige Testdaten. Im Rahmen der FHWA-Arbeiten zur Charakterisierung der UHPC-Materialeigenschaften meldete Graybeal eine schnelle Chloriddurchlässigkeit (ASTM C1202) unter 50 Coulombs für dampfbehandelten UHPC sowie deutlich niedrigere Werte im Laufe der Zeit für unbehandelten UHPC, wenn dieser gereift ist.
Wo dies am wichtigsten ist
- Meeresgebiete
- Streusalzbelastung
- Chemiespritzwasserzonen
- Frost-Tau-Regionen mit hoher Feuchtigkeit
- Brückenfugen und Verschlüsse, bei denen es häufig zu Leckagen kommt
Unterschied #4: Produktion, Aushärtung und Qualitätskontrolle
Die normale Betonproduktion ist standardisiert. Die meisten Werke können ihn mit routinemäßiger Qualitätskontrolle liefern. Der Einbau und die Nachbehandlung sind immer noch wichtig, aber der Arbeitsablauf ist vertraut.
UHPC erfordert eine strengere Prozesskontrolle. ACI erklärt, dass UHPC nur wenig Wasser und wenig grobe Gesteinskörnung enthält, so dass das Mischen zusätzliche Energie erfordert, um das Wasser zu verteilen und die geringe interne Mischwirkung zu überwinden.
Für UHPC gibt es bei vielen Projekten auch formalere Prüfverfahren. ASTM C1856/C1856M ist eine weithin referenzierte Praxis für die Herstellung und Prüfung von UHPC-Proben. Eine öffentliche Zusammenfassung der Norm besagt, dass sie für UHPC mit einer spezifizierten Druckfestigkeit von mindestens 120 MPa, sowie eine maximale Nenngröße der Gesteinskörnung unter 5 mm und ein definierter Fließbereich.
Praktische Auswirkungen
- UHPC erfordert eine hohe Disziplin bei der Dosierung.
- UHPC profitiert von Versuchsmischungen und einheitlichen Aushärtungsplänen.
- Für das Mischen, den Einbau und die Fertigstellung von UHPC sind häufig geschulte Mitarbeiter erforderlich.
Unterschied #5: Kosten und Wert
Normaler Beton gewinnt an Materialkosten. Er ist weithin verfügbar. Er eignet sich für die meisten strukturellen Anforderungen, wenn er mit Stahl verstärkt wird.
UHPC kostet mehr. Der ACI weist ausdrücklich darauf hin, dass die Kosten für UHPC im Vergleich zu konventionellem Beton hoch sind, so dass sich sein Einsatz auf Anwendungen konzentrieren sollte, die mehrere seiner vorteilhaften Eigenschaften gleichzeitig nutzen.
Die Entscheidung lautet also selten “UHPC überall”. Die Entscheidung lautet in der Regel “UHPC, wo es Lebenszykluskosten spart”.”
Wann UHPC kosteneffizient sein kann
- dünnere Profile, die das Eigengewicht reduzieren
- langlebige Beschichtungen, die die Lebensdauer verlängern
- Verschlussgüsse, die Leckageprobleme reduzieren
- Elemente, bei denen Korrosionsreparaturen teuer sind
- Projekte, bei denen die Kosten für Ausfallzeiten hoch sind
Wo UHPC sinnvoll ist, wo normaler Beton sinnvoll ist
Normaler Beton ist die Standardwahl für die meisten Bauwerke. Er ist wirtschaftlich. Er ist bewährt. Er ist leicht zu beschaffen.
UHPC ist eine strategische Wahl. Er ist am besten geeignet, wenn Sie mehrere Vorteile gleichzeitig benötigen: hohe Festigkeit, hohe Haltbarkeit, enge Risskontrolle und lange Lebensdauer.
Wählen Sie Normalbeton, wenn
- die Struktur ist Standard
- Die Bewehrung ist einfach zu handhaben
- die Exposition ist mäßig
- Einfachheit in der Lieferkette ist wichtig
- das Budget ist knapp
Wählen Sie UHPC, wenn
- Langlebigkeit ist ein entscheidender Faktor für den Geschäftserfolg
- Sie brauchen schlanke Elemente
- Sie benötigen eine hohe Zugfestigkeit des Materialsystems
- das Korrosionsrisiko ist hoch
- Verschlusskappen oder Fugen müssen wasserdicht bleiben
Die FHWA hebt UHPC für Brückeninfrastrukturlösungen hervor, darunter dünne Deckschichten, Verkleidungen, Schalen sowie vor Ort gegossene Verbindungen zwischen Fertigteilelementen.
Expertenrat: Faserauswahl für UHPC-Projekte
Die Leistung von UHPC hängt stark von den Fasern ab. Der ACI stellt fest, dass die Duktilität durch Fasern verbessert wird, wobei der typische Fasergehalt bei 2% oder mehr nach Volumen, während der Höchstgehalt von der Faserform, dem Seitenverhältnis und den Grenzen der Verarbeitbarkeit abhängt.
Das macht die Faserauswahl zu einem echten technischen Hebel. Sie beeinflusst das Zugverhalten, die Kontrolle der Rissbreite, die Mischenergie und die Oberflächenqualität.
Wie ein guter UHPC-Unterstützungsprozess aussieht
- Exposition definieren, plus Ziellebensdauer
- die Anforderungen an die Zugfestigkeit definieren, nicht nur an die Druckfestigkeit
- Auswahl des Fasertyps und der auf diesem Ziel basierenden Geometrie
- Versuchsmischungen für Fließfähigkeit, Faserdispersion und Frühalterungsverhalten durchführen
- die Leistung mit anerkannten Tests für den Projektumfang zu überprüfen
Ecocretefiber™-Unterstützung
Ecocretefiber™ ist die Fasermarke von Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. Wenn Sie UHPC-ähnliche Mischungen entwickeln, können wir Sie bei der Auswahl der Fasern, der Dosierungsplanung und der Anleitung zum Mischen unterstützen und dann eine stabile Versorgung für die Wiederholungsproduktion sicherstellen. Dies ist besonders nützlich für Fertigteilwerke und Bauunternehmen, die konsistente Abschlüsse oder dauerhafte Reparaturlösungen wünschen.
Schlussfolgerung
Der Unterschied zwischen UHPC und Normalbeton ist größer als die Druckfestigkeit. Normaler Beton ist die Standardwahl, weil er wirtschaftlich, weithin verfügbar und einfach zu verarbeiten ist. UHPC ist ein dichter, faserverstärkter Verbundwerkstoff mit sehr hoher Festigkeit, anhaltender Zugfestigkeit nach Riss und sehr geringer Durchlässigkeit.
UHPC ist am sinnvollsten, wenn Haltbarkeit und lange Lebensdauer die höheren Materialkosten rechtfertigen. Normaler Beton ist für die meisten konventionellen Bauwerke nach wie vor am besten geeignet. Bei den besten Projekten wird jedes Material dort eingesetzt, wo es den größten Nutzen bringt.
