UHPC一种专为建筑而生,改变世界的神奇材料

2020-06-28

超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),也称作活性粉末混凝土(RPC,Reactive Powder Concrete),是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。“超高性能混凝土”包含两个方面‘超高’——具有超高的耐久性和超高的力学性能(抗压、抗拉以及高韧性)。

UHPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料。它的基本配制原理是:通过提高组分的细度与活性,不使用粗骨料,使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减到最少,以获得超高强度与高耐久性。

UHPC 基本原料主要有水泥、硅灰、超高效减水剂、细骨料和钢纤维。基于颗粒紧密堆积理论、水泥水化理论、以及随机纤维相交理论等,通过计算得到最佳的颗粒级配和钢纤维尺寸以及掺量,从而使混凝土内部达到极高的密实度,极细微的孔径,以及相互交错的连续钢纤纤维网。可以说,UHPC是世界上第一种完全基于基础理论推导而设计出的一种新材料。


一、UHPC材料特性

优越的物理性能:具有极高的强度,防火,抗爆,抗冰雹,抗化学腐蚀。

1、具有超高耐久性

UHPC的特殊配方可以把材料分子有规律的排列从而使产品有极低的穿透性和极高的耐久性。这使材料在极端环境下如潮湿,冰冷,冰雹,海边,化学厂区有着良好的性能。

2、具有自愈能力

UHPC的钢筋微纤维的低孔隙度可以防止腐蚀和氧化。损坏时,UHPC能 ”再生”。微裂缝能重新愈合是由UHPC的自愈性能,利用空气中的湿度进一步水化反应。因此UHPC能够保持其初始强度甚至在高侵蚀的环境中也能使用。它的抗冲击能力和耐磨媲美花岗岩材料。测试表明UHPC是传统混凝土的100倍(有些标准甚至1000倍)因而比传统的混凝土更耐用。

3、优越的工作性能

UHPC可抵御外力和自然环境的破坏如摩擦,火,冻融,冰雹,且有着高效防水性能,这使它成为一种高效的外部隔热材料。UHPC的轻量化使它可以被简单的生产与大面积范围的安装。它的耐久性与极低的维护需求符合了更好的生命周期评估。

4、独特的装饰性能

UHPC的产品表面具有很高的光洁度,外界的有害介质很难,耐污性侵入到UHPC中去,所以本身自洁能力很强。外表喷涂的材料耐污及耐久性差,UHPC的产品采用填加矿物色粉调配出长久,纯色或混色的效果。而且产品中的着色剂等组分也不易向外析出。

二、施工及节点

由于超高性能混凝土价格较昂贵,适用于表面材料,而内部主体结构仍采用常规的普通混凝土。

超高性能混凝土通常为预制构件,其安装也通过预制构件与建筑主体形成连接固定。

UHPC挂板安装简单快捷,可采用预埋背栓或明孔两种方法,由于UHPC的超高抗弯强度,安装连接点可以大大简化。图上的装饰表皮除了提供横向的稳定支撑。其自身重量直接支承于楼板面,不需要向玻璃幕墙等采用吊挂方式。

正是有了以上的特征,UHPC才被国外的设计师争相使用,随着我国建筑业的发展,越来越注重建筑的个性化设计,建筑也越来越成为一种艺术文化。


三、应用领域

它在应用的过程中,可以很好地摆脱传统混凝土的限制,使用更少的材料,占用更少的空间,设计建造出形态更加惊人的建筑结构。

UHPC堪称耐久性最好的工程材料,适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构,同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此,UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构,以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前,UHPC已经在国外有了广泛应用,如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳等等。

最早将UHPC付诸实用的是桥梁,1997年加拿大魁北克省建成了第一座UHPC桥——Sherbrooke桥,跨度为66米。

四、经典案例

1、法国马赛La Marseillaise办公大楼


法国马赛,被公认为历史上最伟大的设计师都来此寻找灵感的圣地。

它的立面是由UPHC(超高性能混凝土) 的遮阳结构组成,并且UHPC标准挂板具有多种颜色,可根据需要定制所需的特殊颜色。

当然超高性能混凝土的特点,对于其施工也带来了前所未有的便捷,因为不仅是可以做到超级的轻薄穿孔率和重量。作为装饰表皮的同时,自己作为自重结构也是完全没有问题的。

2、欧洲及地中海文明博物馆

项目最外部的表皮是由自承重的UHPC构件以镂空板形式制成,3种不同类型的板块组合成不断变化的形式。

连接圣让堡和博物馆的人行桥由25块预制板组合而成,每个单元长4.6米,预制板厚度4厘米,总长115米(加回路为135米)。建筑误差在0.3毫米到0.4毫米之间。

仔细观察,就会发现,UHPC的特征就是让建筑的表皮立面可以做到如此高的穿孔率以及甚至是任意图案。而要采用传统的材料,不管是木材还是金属还是其他制品都是难以做到的。

至于为什么,当然就是得意于他的真正超高性能!

3、深圳悦彩城 | 曲面镂空的工业化之美

曲面镂空工艺与设计美学紧密关联。该项目通过工匠精湛的曲面造型工艺,体现出UHPC材料本色工艺与美学设计的完美融合。

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