演讲者：Megan Voss，佛罗里达大学
专有 UHPC 的高成本引发了人们对非专有 UHPC 开发的兴趣。本次演讲将介绍通过混合 150 多种试验混合物而获得的一些经验教训，以便使用当地材料（包括 IL 型水泥）设计 UHPC。演讲将讨论不同试验混合物中使用的砂级配、外加剂使用、填料、水泥类型、搅拌器类型和冰的影响。采用的一种有用的混合物设计方法是首先制造小批量的 UHPC 并测试流动性，然后制造稍大一些的批次并对符合流动性标准的混合物进行抗压强度测试。结果表明，细粉和填料可提高抗压强度，但在很多情况下，它们会降低混凝土的流动性。用冰代替部分混合水可改善流动性并减少所需的混合时间。虽然使用 IL 水泥可以达到 120 MPa (17,000 psi) 的抗压强度，但发现使用不同的水泥对于达到 150 MPA (21,000 psi) 的抗压强度非常有帮助。
从非专有UHPC混合设计中学到的经验教训
谢谢大家。我不会说我不喜欢UHPC，但我会说在这个演示中有一些好的和坏的经验教训。我很感激你在开头提到，我们被允许分享我们的成功和失败，所以今天的演示中我们将看到这两者。
我与我的同事Riad Al-Rashidi（他在这里）和我的导师Dr. Writing，以及在沙特阿拉伯的Rami一起进行这项研究，他同样在混合设计方面为我们做了很多工作。
非专有混合设计目标
使用佛罗里达的本地材料
设计一系列的抗压强度混合，从12到21 ksi
测试混合物以了解抗压强度如何影响机械性能和耐久性
接下来，我将讨论我们的项目及我们进入时的目标。这是佛罗里达交通部的一个项目，他们的目标是使用佛罗里达的本地材料制作UHPC。我们希望获得一系列的抗压强度，实际上范围是12到21 ksi。虽然你可能会认为这不算真正的UHPC抗压强度范围，但我们的目标是设计四种不同的混合：12至15 ksi、15至18 ksi、18至21 ksi，以及超过21 ksi的混合。我们希望涵盖这一抗压强度范围。
我知道很多这些并不被认为是UHPC，因为通常认为UHPC的抗压强度起始于17 ksi或21 ksi，但我将更多关注那些更强的混合设计，因为我们在这些方面遇到了最多的问题。
然后我们希望研究不同的混合设计及其不同的抗压强度，看看这些抗压强度如何影响机械性能和耐久性。
在佛罗里达州，有很多关于混凝土的规范并没有涵盖专有UHPC与普通混凝土之间的抗压强度。因此，我们的项目正是针对这一点。
上一场演讲很好地介绍了颗粒堆积，因此如果你参加了你会明白这对UHPC的重要性。我们希望减少颗粒之间的空隙，这样能提供更好的抗压强度。许多混合设计都关注混凝土的这些特性，看看颗粒之间的空间有多大。
当我们试图降低混合物的水含量时，更好的颗粒堆积通常会导致较低的水需求，因为为了让混合物流动，你不需要那么多水去分散颗粒。
混合设计流程
制作小批量混凝土以测试混合流动性
制作更大批量的混凝土以测试29天的强度
使用具有目标强度的混合物进行研究
这是我们的总体混合设计流程。首先，我们从小批量开始，观察混凝土的流动性。针对流动性，我们的目标是使用流动测试达到7到10英寸的直径。
然后，我们取流动性好的混合物，制作稍大批量的混合物，并在28天时查看其抗压强度，力求达到之前提到的抗压强度范围。如果我们得到的混合物在某个范围内，比如18到21 ksi，我们将其用于我们的研究，并进行进一步测试。
水胶比与强度的相关性较低
第一个教训是，水胶比与强度之间的相关性较低。这个教训让我花了很长时间才领悟，因为在我的混凝土材料课上，我被教导如果降低水含量，混凝土会变得更强。作为土木工程师，我们普遍认为这是混凝土强度的黄金法则：水越少越好。然而，当我们使用UHPC时，由于水含量非常低，并不是所有的水都与水泥反应，因此我们并没有得到明确的趋势。
我非常喜欢这篇论文中的图表，尽管我曾见过，但在进行混合设计时，仍然很难说服自己和项目组的顾问，也许更强的混凝土并不总是意味着减少水含量。这实际上给我们带来了问题。
更细的材料提高了强度和水需求
第二个教训是，更细的材料通常会提高强度，但也会增加水需求。我们在使用更细的砂粒级配时，发现它能提供良好的强度，但我们担心需要更多的水，这样不好。硅灰也是如此，虽然它对混凝土强度有益，但也常常增加水需求。
我们尝试使用白色硅灰，虽然强度没有变化，但流动性得到了改善。此外，使用一些填料材料也大大提高了强度。我们的初始混合物没有填料材料，因为这并不是本地的佛罗里达材料，但对于更强的混合物，我们确实需要使用填料材料。
冰的替代提高了流动性和混合时间
第三个教训是，用冰代替水是一个非常好的、低成本的解决方案。我起初不愿意使用冰，因为我不想每次混合混凝土时都去破冰，但一旦我尝试了，就发现这解决了我们很多问题。我们用75%的冰替代水，流动性显著提高，混凝土温度也降低，这样有助于流动性。
混合程序对结果的影响
第四个教训是，混合程序对结果的影响是巨大的。在不同的混合设计中，我们使用不同的批次大小、不同的搅拌机，有时候速度和混合能量也不同，这导致我们流动值的巨大差异。因此，我们发现不同的混合设计在不同的搅拌机中表现不同，这使我们很难理解趋势。
基于这些经验教训，我学到的重要一课是……
优选混合设计流程
制作小批量混凝土以测试混合流动性
制作更大批量混凝土以测试29天的强度
在全尺寸搅拌机中测试目标强度的混合物
使用具有目标强度的混合物进行研究
我想补充的是，针对之前提到的混合程序，我们应该在全尺寸搅拌机中重新制作那些在28天强度测试中表现良好的混合物，而不是直接使用它们。这样可以避免在小规模试验和大规模搅拌时出现流动性和纤维分离的问题。
我们发现，最佳流动性是在添加水后再添加外加剂时得到的。这在许多研究中都有支持，虽然具体结果可能依赖于你的混合设计。我们在一些情况下发现，如果在水中提前混合外加剂，反而会降低流动性。
另外一个意外是，某些外加剂之间发生了反应。我们通常在前一天批量准备外加剂，有时将三种不同的外加剂混合在一个容器中并没有出现问题。但当我们更换外加剂后，有些混合物的颜色发生了变化，并且第一种混合物没有完成搅拌，变得非常热，最终只是一团粉末，而第二种混合物的流动性很好。
关于水泥类型，我们发现其对混凝土的影响很大。起初，我们希望使用佛罗里达的本地材料，佛罗里达正在推动使用1L型水泥，因为它更环保，含有石灰石替代成分，但这并没有提供我们所需的强度，我们无法达到19 ksi，因此我们转向了3型水泥，结果显示3型水泥的级配更细，能够提供更好的早期强度。
热处理
热处理对强度有影响。如果你阅读关于热处理如何影响UHPC的文献，就会知道蒸汽养护的UHPC通常具有更高的抗压强度。然而，由于我们的一些混合物不完全符合UHPC的标准，它们处于中间范围，我们发现这一原理并不适用于其他混凝土。我们观察到，在两天的强度测试中，蒸汽养护的混合物表现良好，但在28天时，热处理对强度较低的混合物并没有带来优势，反而在后期产生了劣势。
纤维对流动性的影响
我学到的最后一个教训是，纤维会降低流动性。尽管这似乎很明显，因为我们添加的金属纤维并不优化颗粒堆积。我们的初始试验混合物没有使用纤维，以节省时间和成本，但这并没有提供我们在设计混凝土时所需的信息。最终，添加纤维后，我们的流动性平均减少了半英寸，但有些混合物的流动性下降更为显著。因此，进行试验混合时始终使用纤维是必要的，尽管这会增加时间和成本。
最后，我要感谢佛罗里达交通部对这项研究的资助。这是我们进行的第100次混合，尽管总共做了超过150个混合，但当我们达到100时确实进行了庆祝。感谢所有在实验室帮助我的人，Dr. Rollinson、我的本科生，以及为这个项目捐赠材料的所有人。
