1. Kestävyysominaisuudet
Yksi UHPC-betonin päätavoitteista on olla yhtä kestävä kuin kivi ja kestää pitkään ilman merkittävää laadun heikkenemistä. Tyypillisesti betonirakenteet voidaan asentaa paikkaan, jossa ne tarttuvat välittömään ympäristöön ja ne voivat olla alttiina väistämättömille ankarille olosuhteille, kuten: veden tunkeutuminen, kemiallinen hyökkäys, teräksen korroosio, alkali-piidioksidireaktiot, jäätymis-sulamisjaksot ja hiilihapon muutos . Pitkäaikainen altistuminen tällaisille ankarille olosuhteille voi aiheuttaa betonirakenteiden huonontumista, mikä lisää rakenteiden ylläpitokustannuksia. Keskeinen kohta näissä kestävyyskysymyksissä on betonimatriisin läpäisevyys. Jos betoni on vähemmän läpäisevää, se on kestävämpi. UHPC-betonissa käytetyt materiaalityypit ja uudet teknologiat mahdollistavat poikkeuksellisen kestävän betonin kehittämisen, joka kestää kovia ympäristöjä ja jolla on pitkä käyttöikä.
Tärkeimmät läpäisevyyttä säätelevät tekijät ovat tiheysmikrorakenne ja betonimatriisin huokoisuus. Karkean kiviaineksen poissulkeminen, hienojen ja erittäin hienojen hiukkasten, kuten dyynihiekan ja piidioksidihöyryn, lisääminen, veden ja sideaineen välisen suhteen vähentäminen ja laimea superpehmitin toimivat yhdessä homogenoimalla seoksen, mikä vähentää huomattavasti sen huokosia.
Vedenimukyky on UHPC-betonin läpäisevyyskerroin ja sitä voidaan pitää merkkinä sen korkeasta kestävyydestä. Betonin vedenimukyvyn heikkeneminen tarkoittaa betonimatriisin huokoisuuden vähenemistä. Kun veden ja sideaineen suhdetta pienennetään, nämä huokoset pienenevät. Koska UHPC-betonin vesi-sideainesuhde on paljon pienempi kuin tavanomaisen betonin, Dobiaksen et al. osoitti, että UHPC:n vedenabsorptiokerroin on 5 kertaa pienempi kuin tavanomaisen betonin. Kun huokoset ovat alle kymmenesosan tavallisesta betonista, UHPC-betonin matriisi on läpäisemätön.
Toinen merkki hyvästä kestävyydestä on betonin kyky vastustaa kemiallisia hyökkäyksiä, kuten kloridi-ioneja. Jos betonimatriisi on läpäisevä, kloridi-ionit voivat tunkeutua matriisiin, tuhota teräksen passivoitumisen ja edistää korroosioprosessin alkamista. Teräs on suojattu korroosiolta passivoivalla emäksisellä kerroksella, joka voi vaurioitua kloridi-ionien syövyttävästä vaikutuksesta. UHPC-betonin tiheän ja läpäisemättömän matriisin ansiosta kloridi-ionien tunkeutuminen on kuitenkin mitätöntä ja UHPC-betoni kestää hyvin teräksen korroosiota.
Monet tutkijat ovat tutkineet erilaisia ympäristöaltistuksia, kuten jäätymistä-sulamista ja sääkäyttäytymistä. Jäätymis-sulatus tapahtuu, kun betonimatriisiin tulevat vesihiukkaset jäätyvät ja laajenevat betonin huokosten ulkopuolelle. Monet tutkijat ovat havainneet vain vähän huononemista ja merkityksetöntä laadun heikkenemistä satojen jäädytys-sulatusjaksojen jälkeen 800 jaksoon. Lisäksi Hakeem, Azad ja Ahmad tutkivat märkä-kuiva ja kuuma-kylmä jaksoja. Ne osoittivat, että UHPC säilytti lujuutensa aggressiivisissa altistusolosuhteissa. Itse asiassa betonialusta on riittävän kestävä kestääkseen pitkään ilman pinnoitteita tai maaleja.
2. Mekaaniset ominaisuudet
Suoritetut kokeelliset tutkimukset osoittivat, että UHPC:llä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet rakennusmateriaalina. Puristuslujuus on UHPC-betonin ensisijainen mekaaninen ominaisuus, ja se on kriittinen sen varmistamiseksi, että rakenne kestää tietyt kuormitukset. Sitä pidetään myös muiden mekaanisten ominaisuuksien ja korkean kestävyyden indikaattorina. Itse asiassa korkea betonin lujuus johtuu kahdesta pääperiaatteesta: materiaalihiukkasten pakkauksesta ja veden ja sideaineen suhteesta. Vesi-sideainesuhteen vaikutus UHPC-puristuslujuuteen. Piidioksidihöyrypitoisuus voi myös lisätä puristuslujuutta. Kovetusmenetelmällä on myös merkittävä vaikutus puristuslujuuteen, sillä höyrykovetus on tavallista kovetusta parempi.
Teräskuiduilla ei ole merkittävää vaikutusta puristuslujuuteen, mutta toisaalta ne voivat lisätä UHPC-betonin vetolujuutta. Teräskuitujen osalta UHPC:n vetolujuus on yleensä välillä 15-20MPa, mikä on lähes kaksi kertaa UHPC:n vetolujuusarvo ilman teräskuituja. Tämä arvo on lähes kymmenesosa - kaksi kymmenesosaa UHPC-betonin puristuslujuudesta.
Puristuslujuuden arvosta jotkut tutkijat sanovat, että puristuslujuus on yleensä suurempi kuin 120 MPa, kun taas toiset sanovat sen alkavan 150 MPa:sta. Kummassakin tapauksessa se on paljon vahvempi kuin tavallinen betoni. Näiden tutkijoiden mukaan UHPC:n puristuslujuus ja kaikki mekaaniset ominaisuudet ovat paljon paremmat kuin tavallisen betonin.
Lisäksi UHPC:n taivutuslujuuden on osoitettu olevan arvoltaan jopa 30 MPa, joka saavutetaan korkeassa lämpötilassa kovetetussa tilassa tai pitkäaikaisessa normaalitilassa, joka on 28 päivää. Tämä arvo on mainittu monissa viitteissä. Sen on mainittu yli 30 MPa, jopa 40 MPa tai alueella 30-50 MPa. Koska viitatun tutkimuksen tulokset ovat peräisin, keskimääräinen 28-päivä taivutuslujuus on 31 MPa, ja vertailupeukalosääntö, jonka mukaan UHPC:n taivutuslujuus on yli viisi kertaa tavallisen betonin taivutuslujuus. UHPC on esitetty taulukossamme arvoina 30 MPa asti.
UHPC:n halkaisuvetolujuus on esitetty taulukossa maksimiarvona 20 MPa. Tämä arvo on mainittu monissa viitteissä. Viitteessä esimerkiksi todetaan, että "kuitulisättyjen UHPC-matriisien vetolujuus on tyypillisesti alueella 15-20MPa". Lisäksi viitteessä todetaan, että "seoksilla on raportoitu halkaistun vetolujuuden välillä 8-15MPa". UHPC:n vetolujuuden voidaan katsoa olevan yksi kymmenesosa sen puristuslujuudesta, eli jos puristuslujuus on 150 MPa, se on 15 MPa.
UHPC:n vetoominaisuudet eroavat perinteisen betonin vetoominaisuuksista johtuen sementtimäisen komposiittimatriisin murtumiskyvystä ja kuitulujitteen halkeamissiltauskäyttäytymisestä. Kuituvahvisteiseen tavanomaiseen betoniin verrattuna UHPC:llä voi olla merkittävä, jatkuva murtuman jälkeinen vetolujuus ennen halkeamien lokalisointia, kuidun irtoamista ja vetokapasiteetin menetystä.
Koska UHPC:tä käytetään yhä enemmän nykyaikaisessa rakentamisessa, sen veto- ja puristusominaisuuksien määrittäminen on ratkaisevan tärkeää sen rakenteellisen käyttäytymisen, numeerisen mallinnuksen ja murtumismekaniikan tutkimisen kannalta.
Doo et ai. huomautti, että kuitujen ominaisuudet, kuten kuitupitoisuus, muoto, muotosuhde, suunta ja jakautuminen, vaikuttavat suuresti kuituvahvisteisen ultrakorkean suorituskyvyn betonin vetoominaisuuksiin. Kuitupitoisuuden lisääminen on vakuuttavin tapa parantaa vetoominaisuuksia, mukaan lukien vetolujuus ja murtoenergiakapasiteetti. Tämä tarkoittaa, että vaadittu vetolujuus voidaan saavuttaa käyttämällä riittävää määrää kuitua.
Habel et ai. osoitti kaavion kolmesta erilaisesta vetokäyttäytymisestä, joita UHPC voi osoittaa: I) lineaarinen elastinen käyttäytyminen ennen halkeilua; II) muodonmuutoskovettumiskäyttäytyminen halkeilun ja hajautettujen diskreettien halkeilujen jälkeen; ja III) halkeamisspesifinen pehmeneminen venymän lokalisoinnin aikana. Käyttäytyminen.
