1. An'anaviy ishlab chiqarish
Zamonaviy beton har xil o'lchamdagi qum va shag'allardan boshlanadi, ular suv ishtirokida ajoyib bog'lovchi material Portlend tsement bilan aralashtiriladi, bu esa barcha agregatlarni bir-biriga bog'lab, toshga o'xshash material hosil qiladi. Portlend tsement 1824 yilda Jozef Asputin tomonidan ixtiro qilingan; u ohaktosh va gil minerallarini qizdirish va maydalash va oz miqdorda gips qo'shish orqali amalga oshiriladi. Keyinchalik, 1840-yillarda uning o'g'li Uilyam Asputin tomonidan taklif qilingan. Portlend tsement va agregatlardan tayyorlangan oddiy beton odatda betonning birinchi avlodi hisoblanadi.
Biroq, bu turdagi betonlar kuchlanish va süneklik etishmasligi bilan bog'liq bo'lib, natijada nurlar va plitalar konstruktsiyalari ishdan chiqadi. Shuning uchun bu ikkinchi avlod betonining paydo bo'lishiga olib keldi, bu erda po'lat armatura bu muammolarni hal qilish deb hisoblanadi. Jozef Monyer va Fransua Koigne 19-asrning ikkinchi yarmida beton mustahkamlashning birinchi kashshoflari edi. Ular har xil turdagi tuzilmalarni mustahkamlash uchun ko'plab patentlar berishdi. O'sha paytdan boshlab, po'lat va betonning kombinatsiyasi 19-20-asrlar davomida asosiy qurilish materiali edi. 20-asrda betonning bosim kuchining oshishi. Bu asrning birinchi yarmida bosim kuchi 20 dan 40 MPa gacha bo'lgan.
-20asr oʻrtalaridan soʻng ilgʻor tuzilmalarning katta yuklarini koʻtarish uchun quvvatni oshirish muammosi paydo boʻldi. Ushbu o'n yilliklar davomida bosim kuchi 40 MPa dan oshdi. Bunga agregatlarni ehtiyotkorlik bilan tanlash orqali erishiladi, chunki zaif agregatlar og'ir yuklarni ko'tarish uchun etarlicha mustahkam bo'lmasligi va suvning bog'lovchi materialga nisbatini kamaytirish orqali erishiladi. Bu nisbat bosim kuchiga teskari proportsionaldir. Suvni kamaytiradigan qo'shimchalarning ixtirosi suv tarkibini kamaytiradi, bu esa muhandislarga ish qobiliyatiga ta'sir qilmasdan kuchini oshirishga imkon beradi.
2. Zamonaviy betonning yangi avlodi
(1) Printsiplar va ta'riflar
Oldingi yaxshilanishlarga qaramay, hali ham quyidagilarga ehtiyoj bor:
a) mustahkamligi yuqori bo'lgan beton;
(b) xlorid ionlari va boshqa zararli moddalarning beton eritmasiga kirib ketishiga yo'l qo'ymaslik, bu temir panjaralarning korroziyasiga va betonning yomon chidamliligiga olib kelishi mumkin;
(c) tsement ishlab chiqarish jarayonida atmosferaga chiqariladigan uglerod oksidi 2 emissiyasini kamaytirish uchun portlend tsement o'rnini bosadigan muqobil materiallar.
Shu sababli, Ultra High Performance Concrete yoki UHPC talab qilinadigan standartlarga javob beradigan yangi beton texnologiyasi sifatida ishlab chiqilgan. Kerakli ko'rsatkichlarga erishish uchun faqat suv-tsement nisbatini kamaytirish etarli emasligini tushunish asosida ishlab chiqilgan. Bundan tashqari, nozik va o'ta nozik zarralar uchun optimallashtirilgan plomba moddalari talab qilinadi; hajmi taqsimoti, shuningdek, bu zarrachalarning shakli va tekstura sifati diqqat bilan nazorat qilinishi kerak.
UHPC va an'anaviy beton o'rtasidagi plomba tizimlaridagi farqlar. UHPC matritsasining zichligi yanada kuchayadi. Buning uchun qo'pol agregatlarni yo'q qilish va kattaroq zarralar orasidagi bo'shliqlarni to'ldirish uchun mikroyapı darajasida o'ta nozik zarrachalarni taqsimlash kerak. UHPC plomba tizimlarini takomillashtirish, albatta, UHPC betonining mustahkamligini oshiradi, chidamlilik va umumiy ish faoliyatini oshiradi.
Aslida, UHPC - bu yangi kompozit qurilish materiali bo'lgan betonning yangi shakli. Uning yuqori bosim kuchi va egiluvchanligiga nozik va o'ta nozik zarrachalarni qadoqlashni optimallashtirish va po'lat tolalarni qo'shish orqali erishiladi. Xususan, ushbu optimallashtirish kattaroq zarrachalar bilan o'ralgan bo'shliqni to'ldirish uchun barcha zarralarni mikroskopik miqyosda bir xilda taqsimlaydi. Shunday qilib, betonni mukammal xususiyatlar bilan ta'minlash uchun past o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan zich matritsaga erishiladi.
UHPC turli xil ta'riflarga ega. Ba'zi tadqiqotchilar atamani uning asosiy tarkibiy qismlariga qarab belgilaydilar. Masalan, Farzad va boshqalar. UHPC ni zarrachalar tarkibiy qismlarining taqsimlanishi yaxshilangan, suv-tsementli material nisbati 0.2 dan kam bo'lgan va ichki tola shakllanishining muhim qismi bo'lgan tsement asosidagi material sifatida aniqlang. Mishra va Singx UHPCni yuqori darajada nozik taneli reaktiv qo'shimchalar (ya'ni, kremniy tutuni va nozik kvarts), tolalar va superplastiklashtiruvchi moddalardan iborat bo'lgan betonning maxsus turi sifatida ta'riflagan, shu bilan birga ko'proq bog'lovchi tarkibiga va past suv-ind bog'lovchi nisbatiga ega. Aimee va Shafiq bu atamani tola bilan mustahkamlangan, o'ta suvni kamaytiruvchi, juda past suv-tsement nisbati (W/C) bo'lgan kremniy-tuman-sement aralashmasi deb ta'riflaydi, bu diametrli juda nozik kvarts qumi mavjudligi bilan tavsiflanadi. 0,15 dan 0,60 mm gacha, oddiy agregat emas. Ahmad va boshqalar. (2{{20}}16) UHPCni yuqori tarkibli tsement, kremniy tutuni (0.1-1 um) va superplastiklashtiruvchi hamda juda nozik kvarts qumi (0.{{21) dan foydalanish deb taʼriflagan. }}.60 mm), kvarts kukuni (10 um dan kam) va qo'pol agregat tolalarsiz ishlab chiqarilgan aralashma. Nematollahi va boshqalar. UHPC ni optimallashtirilgan tasniflash egri chiziqlari, juda yuqori quvvatli diskret mikropo'lat tolalar va juda past suv-tsement nisbati 0,25 dan kam bo'lgan nozik materiallardan tashkil topgan tsement asosidagi kompozitsiya sifatida aniqlang. Boshqa tadqiqotchilar UHPC ni yuqori mexanik va chidamlilik xususiyatlariga asoslanib aniqlaydilar. Masalan, Aroraa va boshqalar. UHPC ni juda yuqori bosim kuchi, yuqori egilish va tortishish kuchi va yuqori egiluvchanlik uchun ishlab chiqilgan ko'p miqyosli mikro tuzilishga ega material sifatida aniqlang. Li, J. va boshqalar. atamani korroziy muhitga ta'sir qiladigan beton konstruktsiyalar uchun potentsial nomzod bo'lishi mumkin bo'lgan innovatsion kompozit material sifatida aniqlang.
Yuqoridagi ta'rifga asoslanib, biz UHPC ning asosiy komponentlari va ustun xususiyatlarini, shuningdek, UHPC ishlab chiqarishning asosiy texnologiyasini birlashtirgan ta'rifni taklif qilishimiz mumkin. Shuning uchun UHPC tsement asosidagi qurilish materiallarining yangi avlodi bo'lib, juda yuqori bosimga chidamliligi, yuqori egiluvchanligi va barqarorligiga asoslanadi: nozik va o'ta nozik agregatlarni (kremniy tutuni va qum) mikro-optimallashtirish, suvni kamaytiradigan vositalar qo'shilishi. suv-tsement nisbatini kamaytirish uchun ishlatiladi va yuqori quvvatli po'lat tolalar mustahkamlash uchun ishlatiladi.
(2) Ultra yuqori kontrastli komponentlar
Yuqori quvvatli, egiluvchan va barqaror UHPC betoni nozik taneli qum, kremniy tutuni, suv, suvni kamaytiradigan qo'shimchalar va po'lat tolalardan iborat.
① Nozik agregat
Nozik agregat UHPC ning mustahkamligi va qayta ishlanishi uchun muhim komponent hisoblanadi. Kattaroq yuklarni ko'tarish qobiliyati tufayli betonning barqarorligini saqlaydi. O'zining inertligi tufayli u ob-havoga ham qarshilik ko'rsatadi. Uning zarracha o'lchami UHPC matritsalari orasida eng kattasi bo'lib, 150 mkm dan 600 mkm gacha. Bu silika qumi, kvarts qumi yoki tabiiy qum bo'lishi mumkin.
UHPC uchun silika qumi qimmat. Boshqa tomondan, kvarts qumi mavjud, ammo uni qo'pol agregat yoki tabiiy toshdan maydalash uchun vaqt kerak bo'ladi. Bundan farqli o'laroq, tabiiy qum UHPC uchun nozik agregat sifatida oson va samarali ishlatilishi mumkin. Masalan, Saudiya Arabistonining Sharqiy viloyatida mayda qumli qum bor.
② Portlend tsement
Oddiy portlend tsementi asosiy bog'lovchi materialdir va suv bilan aralashtirilganda u namlanadi va UHPC betonidagi barcha agregatlarni bog'laydigan qattiq moddaga aylanadi. U asosan ikkita asosiy xom ashyodan ishlab chiqariladi; ohaktosh va gil. Ezilgan va maydalangandan so'ng, bu materiallar tsement klinkeri ishlab chiqarish uchun pechda isitiladi, undan keyin kichik miqdordagi gipsni mayda kukunga maydalash uchun maydalanadi. Bu oddiy betonda qoʻllaniladigan tarkibdan taxminan ikki barobar (600-1000 kg/m) koʻp, oʻrtacha diametri 15 mkm. Shuning uchun u UHPC matritsalari orasida ikkinchi eng katta zarracha hajmi hisoblanadi. Suvning kichik ulushi tufayli tsementning suvsiz qismi qadoqlashni optimallashtirish uchun boshqa agregatlar bilan birga ishlatiladi.
③ Kremniy kukuni
Kremniy tutuni yoki mikrosilikat kremniy metalli va ferrosilikon qotishmalarini ishlab chiqaradigan o'choq bug'larining chiqindi qo'shimcha mahsulotidir. Kremniy kukunining yumaloq zarrachalarining oʻrtacha diametri 0,15 mkm, koʻpchilik zarrachalari esa 1 mkm dan kam. Shuning uchun ular UHPC matritsasidagi eng kichik zarralar bo'lib, tsement zarralaridan 100 barobar kichikdir. Shuning uchun u UHPC matritsalaridagi katta zarralar orasidagi bo'shliqlarni to'ldirish uchun ajoyib plomba hisoblanadi. Ushbu o'ta nozik materialdan foydalanish betonning mexanik va chidamlilik xususiyatlarini oshiradigan zich matritsa hosil qiladi.
UHPC aralashmalarida 150–250 kg/m3 (sement massasining 10-30%) oralig'ida kremniy dumanı ishlatilishi mumkin. UHPC betonidagi siqish kuchi va kremniy tutuni tarkibi o'rtasidagi bog'liqlik. 81MPa gacha quvvatga ega betonni kremniy tutunisiz olish mumkin. Biroq, kremniy tutuni tarkibini ko'paytirish orqali bosim kuchi tezda oshadi. Ushbu materialning asosiy kamchiliklaridan biri shundaki, u o'zining juda nozik zarralari tufayli ko'proq suv talab qiladi, ammo superplastiklashtiruvchi bilan bir xil suv miqdori saqlanib qolishi mumkin.
④ suv
Suv UHPC ishlab chiqarish uchun muhim materialdir. Ichimlik suvi mos keladi va odatda oddiy beton uchun ishlatiladi. Suv miqdori hidratsiya jarayonini yakunlash va ish qobiliyatini saqlab qolish uchun etarli bo'lishi kerak. Oddiy beton uchun minimal suv-sement nisbati (w/c) taxminan 0.4–0.5, shu jumladan, ishlov berish qobiliyati. Suv miqdori bosim kuchiga teskari proportsionaldir, ya'ni suv ko'paysa, kuch kamayadi. Hidratatsiya uchun ishlatilmaydigan ortiqcha suv beton aralashmada bo'shliqlar hosil qiladi, bu esa o'tkazuvchanlikni oshiradi va betonning mustahkamligini pasaytiradi.
UHPC texnologiyasida yuqori diapazondagi suvni kamaytiradigan qo'shimchalardan foydalanish ortiqcha suvsiz ishlov berish qobiliyatini saqlashga yordam beradi. Shuning uchun w/c nisbati 0.14–0.22 oraligʻida optimal darajaga tushadi. Bu bosim kuchining oshishiga olib keladi va betonning barcha boshqa xususiyatlarini oshiradi.
⑤ Katta diapazondagi suvni kamaytiruvchi vosita
Kam namlik bilan aralashtirilganda beton aralashmalarning ish qobiliyati pasayganligi sababli, aralashtirish jarayonida UHPC betoniga uning ish qobiliyatini yaxshilash uchun suvni kamaytiruvchi moddalar yoki polikarboksilatlar kabi yuqori samarali suvni kamaytiruvchi moddalar qo'shilishi kerak. Kimyoviy tarkibning ta'siriga kelsak, u 0.5-2.0% oralig'ida bo'lishi kerak, masalan, Courtial va boshqalar. Biroq, ko'plab tadqiqotchilar tomonidan aniqlanganidek, optimal tarkib 1.5-2.4.
⑥ Chelik tola
Armaturasiz beton sindirishga moyil, chunki u mo'rt tabiatga ega va yoriqlarni to'xtatib bo'lmaydi. Shuning uchun, po'lat tolalar UHPC matritsasini mustahkamlash uchun yorilish hosil bo'lishiga yaxshi qarshilik ko'rsatish, shuningdek, yaxshi kuchlanish va sinish qarshiligini ta'minlash uchun ishlatiladi. Chelik tolalar shakli, uzunligi, diametri, hajmi, orientatsiyasi va mustahkamligi bilan tavsiflanadi.
