Применение УВКБ требует контроля над всем производственным процессом. Даже прочная смесь может показать неудовлетворительные результаты, если её волокна сбиваются в комки, её текучесть изменяется во время подачи или её поверхность высыхает до начала отверждения. Надежные результаты начинаются с качественных материалов и технологии, адаптированной к реальному оборудованию на объекте.
Компания «Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.» поставляет арматурные волокна для бетона под брендом Ecocretefiber™. Подрядчикам, производителям сборных железобетонных изделий и дистрибьюторам мы рекомендуем рассматривать выбор волокон как неотъемлемую часть системы UHPC. Волокна, цементная матрица, смеситель, метод заливки и условия отверждения должны взаимодействовать друг с другом.
В данном руководстве изложены основные этапы — от выбора материала до окончательного контроля качества. Кроме того, в нём показано, как оценивать микроволокна из стали, не путая технические характеристики волокон, указанные поставщиком, с эксплуатационными характеристиками готового бетона.
Чем отличается UHPC
Сверхвысокопрочный бетон сочетает в себе плотную цементную матрицу и тщательно подобранную арматуру. Мелкие частицы способствуют уменьшению пустот. Низкое соотношение «вода/вяжущее» ограничивает количество избыточной воды при замешивании. Совместимый водоредуктор широкого диапазона обеспечивает технологичность бетона без необходимости неконтролируемого добавления воды.
Стальные волокна перекрывают трещины после того, как матрица начинает растрескиваться. Их вклад зависит от размеров, прочности, сцепления, количества и ориентации. Волокно, которое не пересекает развивающуюся трещину, не может вносить такой же вклад, как хорошо закрепленное волокно, пересекающее эту трещину.
UHPC часто ассоциируется с прочностью на сжатие 150 МПа и выше. Однако одного только показателя прочности на сжатие недостаточно для определения пригодности материала к применению в конструкциях. Важную роль играют также поведение при растяжении после появления трещин, долговечность, условия отверждения и принятые технические условия. Определения и объем испытаний могут различаться, поэтому перед сравнением продуктов заказчикам следует точно определить требования к проекту.
Плотная матрица может ограничивать проникновение агрессивных веществ, но она не делает любую конструкцию постоянно водонепроницаемой. На эксплуатационные характеристики по-прежнему влияют границы раздела фаз, трещины, воздействие внешних факторов и качество выполнения работ. Для обеспечения длительного расчетного срока службы необходима комплексная стратегия проектирования и технического обслуживания.
В каких случаях применение УВКБ приносит дополнительную выгоду
UHPC наиболее эффективен в тех случаях, когда его свойства позволяют решить конкретную строительную задачу. В мостовых соединениях преимуществами являются компактность конструкционных узлов и высокие эксплуатационные характеристики материала. Для тонких сборных элементов преимуществом может стать уменьшение размеров сечения. Ремонтные слои должны обеспечивать надежное взаимодействие с существующим основанием.
В руководстве Федерального управления автомобильных дорог (FHWA) по соединениям из ультравысокопрочного бетона (UHPC), изготовляемым на месте, описывается их применение между сборными элементами мостов. Такие проекты требуют скоординированного проектирования соединений и их выполнения на месте.
При ремонте морских сооружений специалистам следует оценить степень воздействия хлоридов и состояние существующего бетона. В случае архитектурных панелей на выбор волокна могут влиять качество поверхности и видимость волокон. При выполнении конструктивных соединений ключевыми требованиями становятся растяжимые свойства и детализация арматуры.
При коммерческом сравнении следует учитывать время монтажа, испытания, оборудование, время отверждения и техническое обслуживание. Если сравнивать только стоимость одного кубического метра, можно упустить из виду ценность более мелких компонентов или сокращение срока закрытия объекта. Кроме того, это может скрыть затраты, связанные со сложностью монтажа. УХПБ должен заслужить своё место в проекте на основе оценки, учитывающей конкретные особенности проекта.
Проведите отбор материалов перед началом производства
Цемент и минеральные компоненты
Утвердить цемент, кремнеземный дым, другие минеральные добавки и наполнители в качестве единой системы. Один только класс прочности цемента не может служить подтверждением эксплуатационных характеристик сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Изменения в составе цемента или порошковых добавок могут повлиять на водопотребление, время схватывания и совместимость с водоредуктором.
Запишите название поставщика, обозначение продукта, номер партии и условия хранения. Храните порошки в защищённом от влаги месте. В случае смены поставщика или материала перед использованием нового материала в производстве необходимо повторно провести соответствующие проверки на совместимость и эксплуатационные характеристики.
Мелкозернистый заполнитель и влажность
Проверьте гранулометрический состав, чистоту и влажность заполнителя. Уплотнение частиц зависит от полного гранулометрического состава, а не только от максимального размера зерен. Во многих смесях УВБ используются мелкие заполнители, однако не следует применять одно и то же правило гранулометрического состава ко всем системам.
Особое внимание следует уделить поправкам, связанным с влажностью. Вода, содержащаяся в заполнителе, может изменить фактическое количество воды в смеси. В технологической карте должны быть указаны утвержденный расчет количества воды и метод корректировки количества заполнителя. Оператор не должен вносить эти поправки, опираясь на визуальную оценку.
Водоразбавитель и вода для замеса
Оцените водоредуктор в сочетании с конкретными цементными материалами. Начальная текучесть — лишь одна из составляющих оценки. Не менее важное значение имеет сохранение текучести в течение всего запланированного периода смешивания, транспортировки и укладки.
Установите утвержденный диапазон дозировок и порядок их корректировки. Учитывайте количество воды, вносимой в составе жидких ингредиентов, в соответствии с технологической рецептурой смеси. Добавление воды для исправления слишком густой партии может привести к изменению характеристик материала, который изначально прошел аттестацию.
Состояние волокон и отслеживаемость
Проверьте размеры волокон, заявленную прочность на разрыв, состояние поверхности, упаковку и идентификационные данные партии. Сравните поставленные волокна с утвержденным образцом и техническим паспортом. Перед загрузкой в партию проверьте наличие видимых комков, загрязнений или ненормальных деформаций.
Храните волокна в сухом месте и точно взвешивайте их. Качественный входной контроль облегчает последующее выявление и устранение неисправностей. Без возможности отслеживания изменения результатов испытаний может быть сложно установить связь с конкретной партией материала.
Выбор стальных волокон для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик бетона
Микростальные волокна актуальны для плотных матриц из сверхвысокопрочного бетона (UHPC), поскольку их мелкие размеры позволяют распределить большое количество отдельных волокон по всему материалу. При выборе по-прежнему необходимо соблюдать баланс между технологичностью и механическими характеристиками.
Наш Стальное волокно с микромедным покрытием На странице указаны длины 10–20 мм, диаметры 0,10–0,30 мм и предел прочности при растяжении свыше 2 850 МПа. Указанные данные относятся к опубликованным диапазонам характеристик продукции. Точные данные о марке, допусках и документации по партии необходимо уточнять при оформлении заказа.
Высокая прочность отдельного волокна на разрыв не означает, что бетон обладает такой же прочностью. Характеристики бетона также зависят от вырыва волокон, прочности матрицы, дисперсии и направления укладки. Медное покрытие не следует рассматривать как гарантию защиты от коррозии при любых условиях эксплуатации.
При закупке следует запрашивать волокно с конкретными значениями длины и диаметра, а не соглашаться на широкий диапазон параметров. Затем необходимо протестировать данное волокно в предполагаемой матрице и с учетом геометрии компонентов. Изменение длины или формы может повлиять как на характеристики смешивания, так и на результаты после растрескивания.
Правильно пересчитать дозу по объему в дозу по массе
Процентная доля волокна по объему и количество в килограммах на кубический метр — это разные величины. При использовании условной плотности стали, равной 7 850 кг/м³, получаются следующие арифметические пересчеты. Это примеры расчетов, а не универсальные рекомендации по дозировке.
| Объемная доля стального волокна | Рассчитанная масса стального волокна |
| 1.0% | 78,5 кг/м³ |
| 1.5% | 117,8 кг/м³ |
| 2.0% | 157,0 кг/м³ |
Например, партия объемом 0,20 м³ при соотношении 2,0% содержит примерно 31,4 кг стальных волокон. При составлении фактической спецификации партии следует использовать утвержденный выход смеси и плотность, указанную поставщиком.
При данном допущении о плотности дозировка 20–30 кг/м³ соответствует лишь примерно 0,25–0,381 TP3T стали по объему. Не следует переносить эти данные из общей практики применения волокнистого бетона без проверки эксплуатационных характеристик сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Опубликованные рецептуры UHPC существенно различаются; Анализ материалов Федерального управления автомобильных дорог (FHWA) включает пример, содержащий 156 кг/м³ стальных волокон.
Раздельно реализуйте функции, связанные со сталью и полипропиленовыми волокнами
Микроволокна из полипропилена не являются прямой заменой микроволокнам из стали с точки зрения их вклада в прочность конструкции в составе сертифицированной смеси UHPC. Гибридная волокнистая система должна быть разработана и испытана с учётом её предполагаемого назначения. Сопоставление равной массы двух различных видов волокон не означает, что они одинаковы по объёму, жёсткости или способности перекрывать трещины.
Для покупателей важно определить, каких характеристик должна достигать готовая смесь. Выберите состав волокон с учетом этих требований, а затем подтвердите результат с помощью испытаний.
Разработать стандартизированную процедуру приготовления смеси сверхвысокопрочного бетона (UHPC)
В утвержденной процедуре смешивания должны быть указаны оборудование, размер партии, последовательность добавления ингредиентов, этапы смешивания, скорость подачи волокон и проверки на готовность к разгрузке. Число оборотов смесителя в минуту нельзя напрямую переносить с одной машины на другую, если они имеют разную геометрию лопастей и разную мощность.
В качестве основы для планирования мы рекомендуем использовать приведенную ниже последовательность действий. Её необходимо адаптировать и уточнить с учетом выбранной системы UHPC.
Подготовьте партию и миксер
Проверьте показания весов, запланированные объемы партий и наименования материалов. Осмотрите смеситель на наличие затвердевших остатков и убедитесь, что запланированный объем партии соответствует его рабочей вместимости. Подготовьте формы и испытательное оборудование до начала смешивания.
Зафиксируйте температуру сырья и окружающей среды. Убедитесь, что бригада способна разместить и защитить всю партию в течение установленного рабочего времени. Начало производства сырья до того, как зона приемки будет готова, создает излишний риск.
Разработать унифицированную матрицу
Следуйте утвержденным этапам сухого смешивания и добавления жидкости. Во многих системах матрица формируется до добавления волокон; в других утвержденных процедурах волокна добавляются на более раннем этапе. Правильной считается та последовательность, которая была продемонстрирована для конкретных материалов и смесителя.
Дождитесь, пока смесь достигнет необходимой однородности. Не стоит полагать, что видимая вязкость на ранних этапах перемешивания свидетельствует о необходимости добавления большего количества воды. Сначала проверьте предписанный этап перемешивания, рабочие характеристики оборудования и количество ингредиентов.
Подача волокон с регулируемой скоростью
Вводите волокна постепенно на соответствующем этапе. Не следует засыпать большой плотный пучок в одну часть смесителя. Убедитесь, что способ подачи обеспечивает равномерное распределение волокон, а не их скопление со скоростью, превышающей способность смесителя их разделить.
Если появляются комки, необходимо проверить скорость подачи, последовательность операций, размер партии и состояние матрицы. Продолжение перемешивания в течение неопределенного времени может привести к дополнительному нагреву, не устранив при этом первоначальную причину. В отношении партии с неустраненными дефектами необходимо принять решение, которое должно быть задокументировано.
Тестирование перед выпуском
Зафиксируйте время перемешивания, температуру свежего раствора и указанный результат испытания текучести. Оцените материал на наличие видимой сегрегации или скоплений волокон. Разрешите его использование только в том случае, если он соответствует утвержденным критериям приемки.
Регулировка температуры и времени работы
Изменения температуры могут повлиять на удержание текучести и развитие прочности. Кроме того, свежая смесь может нагреться в процессе перемешивания. Измерение только температуры окружающей среды не даст полного представления о состоянии партии.
Разработайте порядок действий в жаркую погоду с использованием мер, принятых для данной смеси, таких как хранение в затененном месте или поддержание контролируемой температуры компонентов. Разработайте порядок действий в холодную погоду, учитывающий особенности материалов, форм, основания и раннего отверждения. Проверьте оба порядка действий в ходе испытаний в условиях, в которых ожидается их применение.
Предельное значение температуры должно быть определено в соответствии с утвержденной процедурой по работе с материалами и техническими условиями проекта. Его не следует выбирать только потому, что оно использовалось в другом проекте. Записывайте температуру свежего материала на одном и том же этапе, чтобы можно было сравнивать результаты между партиями.
Планируйте доставку и размещение с учетом подтвержденного срока годности. При остановке производства фиксируйте задержку и повторно оценивайте оставшиеся материалы. Результат теста, полученный сразу после смешивания, не гарантирует, что эта же партия сохранит свои свойства значительно позже.
Укладка УВПБ без нарушения однородности волокон
Подготовка форм и поверхностей для склеивания
Перед установкой опазуйте стыки опалубки, уплотнения, опоры и точки доступа. Смесь жидкостей может просачиваться через зазоры, что не вызвало бы таких проблем при использовании более прочного бетона. Убедитесь, что опалубка способна выдержать предполагаемое давление при заливке.
При проведении ремонтных работ удалите поврежденный материал и подготовьте основание в соответствии с указанными требованиями. Согласуйте требуемый профиль поверхности, метод очистки и уровень влажности. Прочность UHPC не может компенсировать слабое или загрязненное сопряжение.
Спланируйте маршрут потока
Перед началом заливки определите точки выхода бетона и последовательность его укладки. Следует избегать ненужных изменений направления потока и неконтролируемых длинных траекторий течения. Проверьте участки вокруг арматуры, узкие промежутки и места, где сходятся два фронта потока.
Ориентация волокон может изменяться при течении материала. Это обусловливает влияние процесса литья на механические характеристики, особенно в случае тонкостенных деталей. Поэтому в ходе репрезентативных испытаний следует воспроизводить заданное направление и геометрию, а не ограничиваться использованием лишь удобных лабораторных форм.
Используйте метод квалифицированной консолидации
Не следует автоматически применять стандартную внутреннюю вибрацию к сыпучей смеси сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Техническая записка FHWA по UHPC не рекомендует применять внутреннюю вибрацию для описанного материала и рассматривает возможность ограниченной внешней вибрации формы для удаления захваченного воздуха.
В некоторых областях применения УВКБ используются различные консистенции и методы укладки. Подрядчик должен следовать методу, утвержденному для данной системы. Фиксированная частота или продолжительность вибрации не заменяют проверку качества заполнения, сегрегации и распределения волокон.
Незамедлительно приступайте к обработке защитным составом
Свежий УВБК нуждается в защите от потери влаги. Перед заливкой следует подготовить укрывные материалы и утвержденные средства для выдерживания. Нанесите защитное покрытие, как только это позволят состояние поверхности и процесс отделки; не оставляйте поверхность открытой в течение фиксированного количества часов по умолчанию.
Отверждение при комнатной температуре
Отверждение при комнатной температуре может быть целесообразно, если смесь приобретает необходимые свойства в реальных условиях. Следите за тем, чтобы влажность и температура соответствовали утвержденной процедуре отверждения. Контролируйте изменения в холодные ночи, при сильном ветре или под воздействием прямых солнечных лучей.
Не следует полагать, что каждый вид UHPC, отвердевающий при естественных условиях, достигает через 28 дней лишь фиксированного процента от своей расчетной прочности. Набор прочности зависит от состава и истории отвердевания. Окончательный результат следует определять по результатам испытаний.
Термоотверждение
Термическая обработка может ускорить изменение свойств в соответствующей системе. Укажите начальные условия, скорость нагрева, пиковую температуру, продолжительность, меры защиты от влаги и порядок охлаждения. Контролируйте температуру детали в тех случаях, когда это предусмотрено техническими требованиями.
Цикл обработки паром не может гарантировать достижение универсального показателя прочности через 24 часа. Слишком раннее начало нагрева или изменение цикла также могут повлиять на эксплуатационные характеристики. Обработка в автоклаве является специализированным заводским процессом и не должна рассматриваться как рутинный вариант отверждения в полевых условиях.
Выдача для обработки или обслуживания
Установите четкие критерии снятия опалубки, подъема, операций преднапряжения (где это применимо) и ввода в эксплуатацию. Используйте предписанные испытания и репрезентативные записи о выдержке. Запланированный срок повторного ввода в эксплуатацию является ориентиром при составлении графика до тех пор, пока не будут выполнены необходимые условия приемки.
Проверка качества до, во время и после литья
Расширение масштабов клинического испытания
Начните с лабораторной аттестации, а затем перейдите к производственному оборудованию, которое планируется использовать, и к проведению репрезентативных испытаний. Точные объемы испытаний зависят от конкретного проекта. Цель состоит в том, чтобы воссоздать условия, которые могут повлиять на результат.
Зафиксируйте размер партии, этапы смешивания, способ разгрузки, схему потока, отделку и отверждение. Проверьте сложные детали на пробном изделии. Устраните проблемы до первой серийной заливки, когда внести корректировки ещё проще.
Название: Испытание на расход
Показатели текучести и осадки не являются взаимозаменяемыми величинами. При указании значения в миллиметрах необходимо указать название метода, оборудование и допустимый диапазон значений.
ASTM C1856/C1856M-24 охватывает изготовление и испытание образцов сверхвысокопрочного бетона (UHPC) в рамках указанной сферы применения. Эта область применения включает заданную прочность на сжатие не менее 120 МПа, номинальный максимальный размер заполнителя менее 5 мм и результаты испытаний на столе течения в диапазоне от 200 до 250 мм. Эти условия определяют применимость данной методики; они не являются универсальными пределами формования для всех изделий из УВПБ.
Используйте процедуру испытаний, утвержденную в рамках проекта. Не переоценивайте показатель расплыва по таблице расплыва как традиционное значение осадки.
Ознакомьтесь со свойствами, определяющими дизайн
Испытания на сжатие имеют важное значение, но их недостаточно, если конструкция рассчитана на упрочнение волокнами после появления трещин. Укажите необходимые испытания на растяжение или изгиб, а также соответствующие критерии приемки. Зафиксируйте геометрию образца, направление литья, срок выдержки и условия отверждения.
Необходимо оценить усадку и долговечность, связанную с воздействием внешних факторов, в тех случаях, когда они влияют на условия эксплуатации. Неразрушающий контроль может помочь выявить дефекты, однако он не должен заменять предусмотренные приемочные испытания без утвержденного обоснования. Выбор испытаний должен давать ответ на конкретный технический вопрос.
| Этап | Регистрация или проверка | Назначение |
| Поступающие материалы | Идентификационные данные, состояние, документы по партиям | Обеспечить соблюдение утвержденной системы материалов |
| Партиционная обработка | Коэффициенты взвешивания и поправки на влажность | Регулировка пропорций смеси |
| Свежая смесь | Испытание на номинальный расход, температура, визуальный осмотр | Подтвердить готовность к размещению |
| Размещение | Сроки, последовательность, сложные детали | Проверить соответствие условиям испытания |
| Отверждение | Защита и история температурных показателей | Отслеживание условий развития силы |
| Принятие | Требуемые показатели механических характеристик и долговечности | Проверить заявленные эксплуатационные характеристики |
Решение типичных производственных проблем
Если волокна скатываются в комочки, проверьте, с какой скоростью они поступают в смеситель и подходит ли размер партии. Сравните фактический ход процесса с протоколом испытаний. Даже утвержденный сорт волокон может показать неудовлетворительные результаты при неконтролируемом процессе смешивания.
Если текучесть снижается слишком быстро, проверьте температуру, состав ингредиентов, поправки на влажность и время, прошедшее с начала процесса. Возможно, также потребуется изучить вопрос о совместимости добавок. Не следует использовать незарегистрированные добавки для приведения каждой партии к желаемому внешнему виду.
Если на поверхности рано появляются трещины, необходимо проверить степень воздействия внешних факторов до отверждения, целостность защитного покрытия, наличие ограничителей и динамику температуры в процессе отверждения. Добавление волокон не избавляет от необходимости проводить оценку отверждения или усадки.
Если результаты испытаний на прочность несовместимы, необходимо проанализировать процедуры отбора проб, подготовку образцов, отверждение и проведение испытаний, а также процесс производства. Сравнивайте сопоставимые результаты. Различные формы образцов или условия отверждения могут привести к тому, что сравнение будет неверным.
Если реставрация отходит от основания, необходимо изучить состояние границы раздела и смещение конструкции. Увеличение только прочности на сжатие реставрационного материала может не устранить причину проблемы.
Часто задаваемые вопросы
Всегда ли высокопрочный ультравысокопрочный бетон (UHPC) требует отжега паром?
Нет. Некоторые смеси приобретают необходимые свойства при отверждении при комнатной температуре. Необходимость термообработки определяется утвержденной смесью, графиком работ и требованиями к приемке. Перед началом производства необходимо уточнить предполагаемый метод отверждения.
Может ли стандартный бетоносмеситель производить сверхвысокопрочный бетон (UHPC)?
Некоторые стандартные смесители могут использоваться для производства УВПБ, однако необходимо подтвердить их пригодность для этих целей. Проверьте рабочую производительность, мощность, эффективность смешивания, повышение температуры и повторяемость результатов. Успешное изготовление небольшой партии не гарантирует автоматической пригодности оборудования для производства более крупных партий.
Может ли добавление большего количества стального волокна исправить некачественную смесь?
Нет. Увеличение содержания волокон может затруднить перемешивание и укладку. Содержание волокон должно соответствовать матрице и требуемым механическим характеристикам. Следует устранить проблему, связанную с составом смеси или технологическим процессом, а не изменять дозировку без проведения испытаний.
Могут ли волокна заменить все арматурные стержни?
Общих правил замены не существует. Роль арматуры, стержней и преднапряжения определяется конструкцией. Следуйте утвержденным чертежам и эксплуатационным требованиям.
Что следует приложить к запросу о покупке оптоволокна
Укажите область применения, толщину элемента, длину и диаметр волокон, необходимую документацию, требуемые эксплуатационные характеристики бетона, предполагаемый объем и место назначения. Укажите предполагаемую дозировку и оборудование для смешивания. Эти сведения позволят более эффективно сравнивать продукты и планировать испытания.
Заключение
Успешное применение УВКБ зависит от качественного состава смеси и контролируемого процесса выполнения работ. Точное дозирование, подходящие волокна, равномерное перемешивание, тщательно спланированная укладка и своевременная отвердка — все это влияет на конечный результат. Приемочные испытания должны подтвердить соответствие свойств конструкции фактическим требованиям.
В компании «Шандун Цзяньбан» мы рекомендуем покупателям оценивать волокна Ecocretefiber™ в составе полной бетонной системы. Свяжитесь с нашей командой с учетом ваших требований к применению УВКБ и волокна, чтобы обсудить технические характеристики продукции и образцы для аттестации. Выберите волокно совместно с проектной группой, проверьте его в ходе репрезентативных испытаний и внедрите утвержденную процедуру в производство.
