现在越来越多的企业开始生产超高性能混凝土UHPC大板,作为建筑装饰幕墙。这种幕墙可以做多种造型,表面也可以进行各类处理,美观且环保。这种大板的尺寸也多样化,小的有1-2米,大的有4-6米。然而,越大的混凝土板要求的技术含量就要越高。从原料、配方、纤维到施工、养护、运输都要十分小心,做到极致,否则大板一旦开裂,就成了废品,浪费和损失极大。
这里根据我公司客户反应的情况,以及对技术的探讨,浅谈一下做超高性能混凝土UHPC大板的经验,同样也适用于各类混凝土大板。
增强体系包括合成纤维、钢纤维、钢筋网片、玻纤网格布等。用1-2米长的小板的增强体系来增强4-6米的幕墙大板,其产生开裂的风险就会很大。所以不同的尺寸所需要的增强体系一定是不同的。
1合成纤维
合成纤维,包括微米级的抗裂纤维和增韧粗纤维。如果面层混凝土浇筑后不再做处理,可以使用增韧粗纤维,因为时科的TMA系列纤维密度小于1,在震动的过程中,纤维会上浮一点,所以面层光滑不会暴露。如果面层要做打磨、缓凝处理,使用增韧粗纤维就会露头,这时就要使用微米级的抗裂合成纤维。纤维的用量建议在体积分数3%以上,即14kg每吨干粉,纤维达到这量后,会在混凝土中形成连续的纤维网络。
这里要重点注意的,就是纤维的长度。同等用量、同样材质、同样粗细的纤维,只是长短不同,纤维的增强效果就会有很大的差别。下面是时科TMA06、12、16、20纤维的增强效果,他们的长度分别是6、12、16、20mm,可以看出纤维越长增强效果越好。总的来说,纤维越长,增强效果越好,但是分散和流动性就要越难。相反,纤维越短,分散和流动性就越容易,但是增强效果就越差。
所以要根据不同的应用场景来选择纤维。比如做灌浆料,混凝土的流动性是关键指标,那就要选择6mm长纤维。再比如做1-2米的UHPC幕墙板,选择12mm长纤维是可以,分散和流动性都很好,施工会更方便。可是如果做大板,如4-6米,就一定要选择16或者20mm长纤维了,短的纤维是容易裂掉的。
2钢纤维
合成类纤维,可以有效提高混凝土的韧性和抗裂性能,但是对于混凝土的抗压和抗折强度的增强贡献较小。对于大板来说,尤其是特大板,抗折强度就成了很重要的指标之一。钢纤维,可以有效提高混凝土的抗折强度,这是合成类纤维没法比的。但是,钢纤维也有自身的缺陷,比如生锈影响外观、扎手等。同样,钢纤维分散和施工比较困难,一般掺量是体积分数的1%,这个用量距离体积分数3%形成连续纤维网还是有差距的。所以只加入1%的钢纤维后,抗折强度会有很大的提高,但是后期韧性就会降低很多。对于4-6米的大板来说,可以采用体积分数1%钢纤维+2%时科合成纤维,这样既保证了混凝土板的抗折强度,又可以保证混凝土的后期的韧性和抗裂性能。换算成干粉重量就是,每吨干粉中加39kg钢纤维(12mm长)和9kg时科TMA12纤维。这种做法的前提是混凝土面层是单独浇筑的,底层采用钢纤维,因为如果一次性浇筑钢纤维会暴露在面层,从而生产锈斑,影响美观。
3玻璃纤维
将混凝土和玻璃纤维搅拌,是比较有难度的,因为玻璃纤维会让混凝土变得很粘稠,不容易分数开。所以,要在搅拌上多下功夫,才能解决可施工性。玻纤一定要选用耐碱玻纤,水泥还要使用低碱度水泥,即快干水泥。在硅酸盐水泥中,即便是耐碱玻纤,玻纤也会被腐蚀掉,形成孔洞,未来构件的耐久性就会变得很差。
4钢筋网片
对于4-6米甚至更大的板来说,钢筋网片+时科合成纤维是最好的选择。钢筋网片的加入,会使整个板的刚度明显提高,在受到外力时,板的变形就会很小。在脱模、运输、安装的过程中,大板会受到各种程度的外力。混凝土板刚度提高后,受力变形小,可以有效抵御各种外力。合成纤维的抗裂机理,是纤维桥架在裂纹上,让裂纹无法扩展,但是对于混凝土的变形,尤其是大板,是很难抵御。如果要找性能最好的增强方案,就是钢筋网片+时科TMA改性聚丙烯纤维。当然,钢筋网片也不是完美的,因为钢筋网片不会是绝对平的,对于较薄的大板,加入钢筋网片后,网片会起边暴露。
5玻纤网格布
玻纤网格布可以平铺在大板中,虽然不如钢筋网片大刚度大,但是确实是钢筋网片很好的代替品。只是,使用玻纤网的缺点就是不能一次性浇筑,需要先浇一次,再铺网,再浇筑底层,会让施工的程序增多。
总之,没有一种方案是完美的,只能根据具体的需求,选择最适合自己的方案。板的尺寸每增大一些,板厚每减小一些,都要对增强材料进行加强。一定要多做试验,选择出最好的增强方案。时科团队有专业的测试弯曲韧性的设备,可以在弯曲韧性测试中,提供免费的测试和技术服务。
其他方面,超高性能混凝土UHPC的原料和配方也是重中之重。在UHPC板的养护、脱模、运输、安装等过程中,一定要做到轻拿轻放,要把UHPC大板当玻璃去看待。否则一旦开裂,就无法补救,只能报废处理,或者切成小板了。
超高性能混凝土UHPC大板的开裂,分为早期塑性收缩开裂、干缩开裂、受到外力且外力超过抗折强度而开裂。
时科纤维的掺量达到14kg每吨时,虽然UHPC的胶凝材料用量比例很大,但是纤维已经足够形成连续网络结构了,所以对于塑性收缩开裂和干缩,只要养护到位基本就不会开裂。然后,就是大板的抗折强度,包括早期抗折强度和后期抗折强度。早期抗折强度,比如混凝土强度上来的慢,脱模又太用力,超过了早期抗折强度,就会开裂。后期抗折强度,包括运输、安装时给板的力太大了,超过了板能承受的抗折强度,就开裂了。同样,板子越大越薄这种情况就越明显。因为合成纤维对抗折强度贡献很小,其抗折主要靠混凝土的级配。钢纤维可以有效提供混凝土的抗折强度,钢筋网和网格布可以减小混凝土板变形,也算是提高了板的抗折性能。所以总的来说,对于特大幕墙板来说,时科纤维可以有效阻止收缩类的开裂,但抗后期的开裂,要么就是降低外力,让外力低于混凝土的抗折强度,要么就是提高混凝土的抗折性能。