今天要介绍的是超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),UH(Ultra-High)是指最高量级;P(Performance)是指性能、功效;C(Concrete)是指混凝土。
是一种创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。
UHPC通过提高组份的细度和活性,使材料内部的孔隙与微裂缝减少,使产品具备“高强度”、“高韧性”、“高稳定性”和“低渗透性”,表面处理后,尚具备优秀的“自洁性”。根据其可塑性、韧性的特点,可任意制作成双曲面,多曲面、镂空的效果。
有人称它为“专为建筑而生”!
-01- 超高性能混凝土特性 Performance
UHPC之所以在建筑界有如此高的地位,得益于它本身的特征:
① 塑造能力超强,可以精确复制模具的表面和几何图案;
② 超健康,以天然矿物为基础的原材料带来环保和生态友好的环境;
③ 超高的强度,比石材,普通的混凝土预制件,多数陶板更轻更薄;
④ 超高的跨度和重量比,从而减少了与主体的连接点数量和简化或取消背负钢架,节约安装成本和五金连接件成本;
⑤ 加工性能好,包括切割,钻孔,表面效果加工和胶黏。
⑥ UHPC的高密实性与良好的工作性能,使其与模板相接触的表面具有很高的光洁度,外界的有害介质很难侵入到UHPC中去,而UHPC中的着色剂等组分也不易向外析出,利用这一 特点可把UHPC用作建筑物的外装饰材料。
除此之外“超高性能混凝土”还包含两个方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力学性能,详见下表:
-02-
产品工艺及类型
Technic | Category
UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括:不使用粗骨料,必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维),水泥用量较大,水胶比很低。
-03- 造价 Price ① 建筑外立面
MaoHaus是位于北京市中心的板桥胡同16号的一个文化创意空间,它被称为是一座非静止的建筑,因为它的墙面会“流动”。
立面的结构利用6块超高性能混凝土面板拼接制成,最高板幅尺寸达到7米,且无需任何辅助结构支撑。
温州的1.8公里滨水整体规划,建筑的造型与立面的语言来自于进一步利用流体动力学,该语言是建筑环境的形式和处理方法的来源。
多个建筑的镂空表皮是由高强纤维混凝土(UHPC)预制而成,由精准的几何造型数控呈现,突破水泥的特质,把硬度的材料做出柔软与自然水流的特性。
② 桥梁
UHPC堪称耐久性好的工程材料,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已经在一些实际工程中应用,如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁(实例见表3)、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳,等等。可以预计,还会有越来越多的应用。
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。
再比如萨拉戈萨桥亦称蓬桥馆位于西班牙萨拉戈萨,横跨埃布罗河,该桥是西班牙唯一具有室内空间需求的桥梁。
建筑结构主体为通体白色的UHPC,外形酷似一株剑兰构连两岸,萨拉戈萨桥的曲线外观长270米,横跨埃布罗河跨度达185米,顶部的鳞片由金属板重叠而成,在2008年世界博览会结束之后,这座桥梁作为永久建筑被保留,并在萨拉戈萨北岸地区的重建工作中,起到重要的作用。
③ 室内楼梯
⑤ 景观
contruqta 公园长椅的设计理念的灵感来源于一个基本的建筑元素——桁架梁。工程之美变成了景观建筑,具有明确的倾斜和直角边的对称玩法,为这个原本简单的长方体增添了独特的特征。集成在底部的小腿略微抬起整个块,消除了表面造成的任何可能的不平整。两米多长的长凳可以分开放置,也可以分两三块摆放,也可以排成一排。
虽然看似简单,但从制造的角度来看,该结构非常复杂,采用 UHPC 元素铸造 - 超高性能混凝土。整个长凳表面光滑但不发亮,有两种混凝土色调可供选择。
结语
UHPC超高性能混凝土是一种超高强、韧性、高耐久性的特种工程材料,在国防工程、海洋工程、核工业、特种保安和防护工程、以及市政工程领域有良好的应用前景。