Смесь UHPC должна быть одобрена с учетом эксплуатационных характеристик готового элемента, а не на основании надписи на мешке. Высокая прочность на сжатие — это ценное качество, но оно не дает инженеру ответа на вопросы о том, как стык будет выдерживать растяжение после появления трещин, можно ли заполнить тонкую панель без пустот или будут ли заданные свойства достигнуты в процессе отверждения на строительной площадке. На эти вопросы необходимо ответить до того, как начнется производство мостовых соединений, ремонтных элементов или архитектурных компонентов.
Компания «Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.» поставляет стальные волокна Ecocretefiber™ для бетонных систем, в том числе варианты с тонким медным покрытием для испытаний сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Мы рассматриваем выбор волокон как одну из составляющих комплексного плана аттестации. Настоящее руководство преобразует требования к материалам, смешиванию, укладке, отверждению и испытаниям в практические вопросы, которые покупатель, производитель и инженер могут решить совместно.
Начните с технического задания
Сверхвысокопрочный бетон представляет собой семейство плотных цементных композитов, а не одну фиксированную рецептуру. Американский институт бетона (ACI) определяет данный класс по механическим характеристикам и показателям долговечности, превосходящим показатели обычного бетона, в том числе по высокой прочности на сжатие, низкой водопроницаемости и сохраняющейся прочности на растяжение после растрескивания. В качестве основного фактора, определяющего такие характеристики при растяжении, обычно выступает армирование волокнами. Техническая записка ACI PRC-239.1-24 по высокопрочному бетону (UHPC) является полезной отправной точкой для понимания класса «материал».
В технических условиях должны быть указаны предполагаемое назначение и требуемые испытания на соответствующем сроке созревания. Мостовой шов, уложенный на месте, сборная фасадная панель и ремонтный слой могут предъявлять разные требования к ранней прочности, поведению при растяжении, текучести, стойкости к воздействию внешних факторов, качеству поверхности и условиям отверждения. Одно число, такое как “UHPC с прочностью выше 100 МПа”, не может охватить все эти аспекты. Во многих мостовых конструкциях причиной выбора UHPC является поведение при растяжении после появления первого трещины. Для этого следует установить измеримый критерий приемлемости.
Стандарты должны обозначаться следующим образом: их фактический объем и издание. Активные в Китае GB/T 31387-2015 называется Реактивный порошковый бетон. Не следует ссылаться на него как на “GB/T 31387-2025” или считать, что он распространяется на все изделия из ультравысокопрочного бетона (UHPC). ASTM C1856/C1856M-24 Охватывает изготовление и испытание репрезентативных образцов высокопрочного бетона с высоким содержанием цемента (UHPC) в пределах указанной сферы применения. Инженер должен указать в контрактной документации применимые нормы проектирования, стандарты на материалы, процедуры испытаний и приемные значения, характерные для данного проекта.
Выбрать «Материалы» в качестве совместимой системы
UHPC в значительной степени обязано своими эксплуатационными характеристиками тщательно подобранной матрице с низким содержанием свободной воды. Цемент, мелкий заполнитель, цементозаменители, наполнители, водоредуктор и волокна должны взаимодействовать друг с другом. Цель — получить плотный, удобный в работе материал, который можно равномерно смешивать и укладывать в реальный элемент. Перечень впечатляющих технических характеристик отдельных компонентов не гарантирует, что система в целом будет соответствовать целевым показателям проекта.
Связующее вещество и наполнитель из частиц
В качестве вяжущего выступают цемент и добавки. Кремневый дым и другие мелкие порошки могут заполнять пространство между более крупными частицами и влиять на гидратацию и обрабатываемость смеси. Оптимальное соотношение зависит от вида цемента, гранулометрического состава, добавок, условий твердения и целей испытаний. В некоторых системах используется кварцевый песок с мелкозернистым составом и небольшое количество традиционного крупного заполнителя или он вовсе отсутствует. В других системах применяются различные местные материалы. Обзор мостов, проводимый Федеральным управлением автомобильных дорог (FHWA) совместно с местными сообществами в ней представлен ряд рецептур УВПБ, а также результаты исследований с использованием альтернативных вяжущих и заполнителей.
Не следует превращать одну лабораторную рецептуру в правило, согласно которому каждая партия должна содержать фиксированный процент кремнеземного дыма или одну фракцию песка. Уточните у производителя фактические марки материалов, поправки на влажность, меры контроля источников и утвержденные допуски. Изменение цемента, кремнеземного дыма, песка или наполнителя может повлиять на текучесть и дисперсию волокон, даже если номинальные веса остаются неизменными.
Водоредуктор и водный баланс
Низкие соотношения «вода/цементные материалы» широко распространены в сверхвысокопрочном бетоне (UHPC). Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA) описывает системы, укладываемые на месте, с соотношениями ниже примерно 0,25, однако целевое значение не является универсальной формулой. В водном балансе необходимо учитывать влажность заполнителя и жидкие добавки. Высокоэффективный водоредуктор помогает обеспечить необходимую текучесть при низком содержании воды. Его химический состав и дозировка должны быть совместимы с выбранным вяжущим и временным интервалом укладки.
Большее количество водоредуктора не всегда означает лучший результат. Несовместимый или чрезмерный дозатор может изменить схватываемость, сопротивление сегрегации и время, доступное для заливки. Производитель должен проверить текучесть по окончании смешивания и повторно во время укладки. Зафиксируйте условия окружающей среды и прошедшее время. Если текучесть выходит за пределы утвержденного диапазона, скорректируйте её с помощью утвержденной процедуры, а не добавляя воду на месте без соответствующей записи.
Геометрия и качество стального волокна
Тонкие стальные волокна, входящие в состав многих систем сверхвысокопрочного бетона (UHPC), перекрывают трещины и помогают композиту сохранять сопротивление растяжению после появления первых трещин. Их диаметр, длина, форма, прочность, состояние поверхности и дозировка влияют на процесс смешивания, ориентацию волокон, вырывную прочность и конечные характеристики при растяжении. Подходящим волокном считается то, которое соответствует требованиям элемента проверенное совокупное требование с надежной эксплуатацией в производственных условиях.
Наш Стальное волокно Ecocretefiber™ с микропокрытием из меди списки страниц 10–20 мм длины, 0,10–0,30 мм диаметры и предел прочности на разрыв изделия свыше 2 850 МПа для перечисленных вариантов. Это дает 1,0–2,01 TP3T по объему в качестве ориентировочного диапазона испытаний элементов из сверхвысокопрочного бетона (UHPC) или высокопрочных элементов, при условии соблюдения требований инженерного проекта. Перед использованием приведенных данных необходимо уточнить точный артикул (SKU) и проверить наличие сертификата. Ассортимент продукции, представленный на данной странице, не является нормой для всех видов сверхвысокопрочного бетона (UHPC), а результат испытания на растяжение отдельного волокна не соответствует пределу прочности на растяжение монолитного элемента.
Если требуется спецификация материала со стальным волокном, ASTM A820/A820M-22 может помочь определить класс и свойства поставляемого волокна. Проектная группа должна отдельно провести аттестацию композитного материала UHPC. Медное покрытие может быть одной из характеристик изделия, однако долговечность всего элемента по-прежнему зависит от слоя покрытия, матрицы, условий эксплуатации и конструктивных решений.
Контроль перемешивания и дисперсии волокон
Для приготовления УВБ часто требуется больше энергии и времени на перемешивание, чем для обычного бетона. Сухие порошки необходимо тщательно перемешать, вода и добавки должны равномерно распределиться по всей партии, а смесь должна пройти характерный переходный этап, превратившись в пластичную пасту. Затем волокна вводятся в соответствии с проверенной последовательностью подачи, чтобы они распределялись равномерно, а не скатывались в комки. На продолжительность каждого этапа влияют производительность смесителя, геометрия лопастей, размер партии и состояние исходного сырья.
Фиксированное “пятиминутное” правило перемешивания или одна последовательность из трёх скоростей не могут служить критерием для всего оборудования. Проведите испытание конкретного смесителя на типовой партии, зафиксируйте последовательность действий и изменения мощности или визуальные изменения (если таковые имеются) и убедитесь в однородности смеси. Влажный мешок с порошком или внезапное добавление волокна могут привести к образованию локальных комков. Более длинное волокно или больший объём волокна могут снизить текучесть, однако увеличение дозы целесообразно только в том случае, если смесь поддаётся укладке и улучшаются испытанные показатели прочности на разрыв.
Дисперсия и ориентация волокон также зависят от как ультравысокопрочный бетон (UHPC) поступает в опалубку. Поток, проходящий от одного конца длинного соединения, может приводить к иному расположению волокон по сравнению с многоточечным заполнением. Лабораторный образец, отлитый в другом направлении, может дать неверное представление о готовом элементе. Исследования FHWA показывают существенное влияние ориентации на поведение при изгибе в некоторых геометриях. Квалификационный макет должен отражать фактическую форму, траекторию течения, размеры, армирование и метод литья.
Полезная отчетная документация по партии включает номера партий материалов, поправки на содержание воды, дозировку добавок, последовательность смешивания, скорость добавления волокон, объем партии, время смешивания, расход свежего бетона, температуру и время укладки. Эти записи позволяют производителю проанализировать причины неудачного испытания, не гадая, какая из переменных изменилась.
Измерение текущего расхода с помощью метода с именем
Свежий УВПБ должен проходить через узкие элементы конструкции, при этом волокна должны оставаться во взвешенном состоянии. В рамках проекта следует определить диапазон текучести и метод его измерения. Некоторые проектные группы используют измерение по типу «осадка-текучести», другие — модифицированный метод с использованием стола для определения текучести. Указанные ими диаметры составляют не взаимозаменяемые.
Например, ASTM C1856/C1856M-24 определяет сферу применения УВКБ с заданной прочностью на сжатие не менее 120 МПа, номинальный максимальный размер агрегата не превышает 5 мм, и 200–250 мм пропускная способность, измеренная с помощью модифицированной методики с использованием пропускного стола. Именно это и является предметом данного типового руководства, а не универсальным целевым показателем пропускной способности свежего бетона для всех видов сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Отдельное значение “распространение осадки 600–800 мм” не следует сравнивать с указанным числом без проверки приборов и метода. На листе испытаний необходимо указать название испытания и допустимый диапазон.
Визуальный осмотр по-прежнему имеет большое значение. Инспектор должен обращать внимание на наличие клубков волокон, утечки пасты, сегрегации, воздушных пузырей и изменения потока в течение запланированного интервала укладки. Один лишь показатель свежего потока не может подтвердить, что волокна остаются равномерно распределенными или что стык заполнится за арматурой.
Размещение плана, стыки и отверждение
UHPC может обладать самоуплотняющимися свойствами в составе утвержденной смеси, однако для этого по-прежнему необходимы плотная опалубка, свободный канал для выпуска воздуха и последовательность работ, обеспечивающая заполнение элемента. Опалубка должна выдерживать давление свежего материала и предотвращать утечку пасты. Поверхность соединения, выполняемого на месте, должна быть подготовлена в соответствии с указаниями инженера, чтобы новый материал мог прочно соединиться с существующим бетоном. Не допускайте смещения свежего соединения до тех пор, пока оно не достигнет требуемой прочности на разрыв.
Способ укладки влияет на ориентацию волокон, поэтому изменение направления заливки или применение непроверенной системы внутренней вибрации может привести к изменению характеристик изделия. В обзоре FHWA отмечается, что Внутренняя вибрация, как правило, не рекомендуется для армированного волокном сверхвысокопрочного бетона (UHPC); в качестве одного из методов, соответствующих установленным требованиям, можно предусмотреть ограниченную вибрацию внешней поверхности для удаления захваченного воздуха. Ни универсальная толщина слоя, ни универсальная продолжительность вибрации не должны фигурировать в каждой спецификации на UHPC. Макет должен демонстрировать предусмотренный способ нанесения материала в углах, проемах и на тонких участках.
Отверждение включает в себя две взаимосвязанные задачи: защиту матрицы с низким содержанием воды от потери влаги и поддержание температурного режима, обеспечивающего формирование требуемых свойств. Первый период — до и сразу после схватывания — особенно чувствителен к высыханию. На некоторых предприятиях по производству сборных железобетонных изделий после первоначальной выдержки применяется термическая или паровая обработка; при монолитном бетонировании на строительной площадке часто используется утвержденная выдержка при температуре окружающей среды. Термическая обработка может ускорить формирование свойств, однако её температура, скорость нагрева и продолжительность должны быть подобраны с учётом конкретного изделия и геометрии элемента. Анализ процесса отверждения УВПЦ, проведенный Федеральным управлением автомобильных дорог (FHWA) описывает несколько способов отверждения, в том числе при комнатной температуре.
Необходимо фиксировать момент начала отверждения, меры защиты от влаги, температурный профиль, а также время снятия опалубки или загрузки. Лабораторный образец, прошедший термообработку, отличную от термообработки установленного соединения, не должен использоваться для подтверждения того, что элемент на объекте достиг той же прочности.
Проверьте свойства, определяющие дизайн
Полный план приемки предусматривает разделение новые объекты недвижимости, механические свойства, и долговечность. В нём определены порядок отбора проб, геометрия образцов, ориентация отливок, условия отверждения, срок выдержки, количество испытаний, а также правила браковки или повторного испытания. Требуемые значения зависят от проекта инженера и класса воздействия. Таблица общих “минимальных значений для UHPC” не заменяет собой данный план.
| Требование | Вопрос по проекту | Доказательства, которые необходимо запросить |
| Свежая пластичность | Сможет ли микс заполнить этот элемент в течение окна размещения? | Метод номинального расхода, проверки времени, температуры, сегрегации и распределения волокон |
| Прочность на сжатие | Когда элемент можно отпустить, соединить или загрузить? | Репрезентативные образцы, история отверждения, указанный срок выдержки и порог приемлемости |
| Характеристики при растяжении | Сохраняет ли материал прочность после растрескивания? | Метод прямого растяжения и критерии отклика, связанные с расчетом |
| Поставка волокна | Соответствует ли поставленный сорт установленным требованиям? | Размеры, тип, доза, отслеживаемость партии и сертификат на материал |
| Долговечность | Будут ли матрица и детализация соответствовать экспозиции? | Испытания на транспортную устойчивость, циклическое замораживание-оттаивание или другие виды воздействий, специфичные для конкретного проекта |
| Готовый элемент | Соответствует ли фактическая геометрия проектной? | Документация по подготовке швов, заделке, покрытию, допускам, состоянию поверхности и отверждению |
ASTM C1856/C1856M-24 адаптирует процесс изготовления и испытания образцов для сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Если при проектировании конструкций используются характеристики прямого растяжения, AASHTO T 397 посвящен одноосному испытанию UHPC на растяжение. Метод изгиба балки, такой как ASTM C1609/C1609M-24 может описывать поведение армированных волокном композитных материалов, когда это требуется по проекту, однако значение прочности на изгиб не следует использовать вместо расчетного значения прочности на прямое растяжение без наличия общепринятой зависимости.
Низкая проницаемость является одним из распространенных преимуществ УВББ, однако она не гарантирует полного отсутствия проникновения хлоридов, полного отсутствия карбонизации или фиксированного срока службы в 100 или 200 лет. Важную роль играют условия эксплуатации, состояние трещин, швы, условия отверждения и метод испытаний. Укажите критерий долговечности и метод, использованный для его подтверждения. В случае смесей с металлическими волокнами перед интерпретацией результатов также необходимо проверить, подходит ли испытание на электропроводность для конкретного расположения волокон.
Контрольный список покупателя для высокопрочного бетона с стальными волокнами (UHPC)
Прежде чем запрашивать цену, направьте поставщику техническое задание и целевые показатели эксплуатационных характеристик. Укажите, будет ли волокно использоваться в мостовом соединении, изготовленном в полевых условиях, в сборном элементе, в накладке, в тонкой архитектурной панели или при ремонте. Укажите систему вяжущего, тип смесителя, предполагаемый метод укладки, маршрут заливки, план отверждения, а также требуемые испытания на растяжение или изгиб.
1. Определите, о каком именно волокне идет речь. Согласуйте тип материала, прямую или загнутую форму, длину, диаметр, соотношение сторон, поверхность и упаковку.
2. Установите дозу по объему и массе. Запишите плотность и коэффициент пересчёта. Объёмный процент нельзя пересчитать в массовый процент.
3. Проверьте совместимость. Проведите пробную укладку волокна с использованием реального вяжущего, водоредуктора, смесителя и опалубки. Оцените распределение материала и его текучесть в течение всего периода укладки.
4. Проведите испытание композитного материала. Используйте репрезентативные образцы УВПБ и методику, предусмотренную проектом, для испытаний на сжатие, растяжение и долговечность.
5. Изменения в управлении. Укажите в протоколе производственной партии утвержденный сорт волокна, состав смеси, метод литья и условия отверждения. Проведите повторную квалификацию в случае изменения материала или технологического процесса, если это может повлиять на утвержденные эксплуатационные характеристики.
Компания Ecocretefiber™ может предоставить актуальную информацию о выбранном сорте микростальных волокон, а также обсудить вопросы, касающиеся пробных партий и упаковки. Наша задача — помочь производственной команде начать работу с четко определённого и отслеживаемого вида волокон. Инженер и производитель совместно определяют состав смеси и приемочные показатели для конкретного элемента. Более подробную информацию о практической последовательности действий см. в нашем Руководство по смешиванию, укладке, отверждению и применению стальных волокон в УВКБ.
Часто задаваемые вопросы
Является ли каждая бетонная смесь с прочностью выше 100 МПа сверхвысокопрочным бетоном (UHPC)? Нет. УХПЦ оценивается как система материалов. Наряду с прочностью на сжатие важны также характеристики при растяжении, долговечность и техническое задание проекта.
Всегда ли для UHPC требуется отверждение паром при температуре 90 °C? Нет. При производстве некоторых изделий и сборных конструкций применяется термическая обработка, тогда как UHPC, заливаемый на месте, может подходить для отверждения при комнатной температуре. Следует использовать утвержденный режим отверждения и проводить испытания образцов, отвержденных в соответствии с ним.
Является ли добавка стального волокна 2% в объёме стандартной дозировкой? Нет. В некоторых рецептурах это может быть пробная доза. Оптимальная доза определяется геометрией волокон, текучестью, требуемыми характеристиками прочности на разрыв и методом производства.
Может ли сертификат на волокно заменить испытание UHPC на растяжение? Нет. Сертификат относится к поставляемому волокну. Характеристики прочности на растяжение относятся к смешанному, литому и отвержденному композиту.
Можно ли сравнивать двух поставщиков, ориентируясь исключительно на диаметр теста на осадку? Только в том случае, если использовались те же самые указанные метод испытаний и условия. Необходимо комплексно учитывать расход, распределение волокон, окно укладки и механические характеристики.
Сначала проведите апробацию элемента, а затем нарастите объемы производства
Технические требования к УВКБ наиболее эффективно работают в виде взаимосвязанной цепочки. Выбор материала определяет плотность упаковки частиц и технологичность. Процессы смешивания и заливки влияют на распределение и ориентацию волокон. Отверждение определяет формирование свойств. Испытания должны отражать характеристики готового элемента и давать ответы на вопросы инженера, связанные с проектированием.
Компания «Шаньдун Цзяньбан» может обеспечить поддержку этой цепочки с помощью Ecocretefiber™ — марка тонкого стального волокна для конкретного испытания. Свяжитесь с нашей командой с чертежом элемента, требуемыми характеристиками, предлагаемым составом и планом испытаний. Мы поможем вам выбрать подходящий вариант волокна и подготовить документацию по классу качества для сертификации.
