UHPC中的UHP是短语(ultra-high)的缩写,指的是P(性能)的最高量级,这个词表示性能、功效,C是指混凝土,UHPC是指超高性能混凝土
既然UHPC是超高性能混凝土,它的性能能有多高?
就混凝土最重要的抗压性能而言,普通混凝土的抗压强度大致相同15mpa-30mpa而我们日常生活中硬度较高的生铁,一般都具有抗压强度200mpa据说UHPC具有最高的抗压强度,但可以达到810mpa
可以说,普通混凝土在UHPC面前是“五渣”。
【例】:孙悟空如意金箍棒,重13500斤(约6斤)。75吨),最高强度的UHPC还能轻松在一平方米上放一百根左右的鼎海神针。
UHPC的“高”不仅仅是单一的抗压能力
超高聚碳酸酯"三高"
【超高性能混凝土】主要以其“三高”著称:高强度、高耐久性和高和易性。
1.强度高
如上所述,UHPC的最大抗压强度可以达到810MPa,因为每个国家的工艺水平差异很大,并且UHPC的最小抗压强度也要求达到120MPa以上,抗剪切强度在25MPa以上,并且具有高隔热性,高防水性,质地细腻,基本可以隔离所有有害介质。 可谓是天上的白玉柱,海的紫金色光束,独立承载着一片天空。
2.高耐久性
传统混凝土不可避免地存在许多缺口。 在高温或低温、连续下雨或日照强烈的情况下,缝隙会进一步放大,使用寿命低,而UHPC本身基本没有任何缝隙,即使受到外力影响产生细微的缝隙,UHPC也具有神奇的自愈能力。
UHPC首先用于桥梁建设,以减轻结构的重量,提高结构的使用寿命和耐久性。 使用寿命可达100年以上。
sunyudo footbridge
3.可加工性高
有别于传统混凝土“粗、笨、厚、重”等特点,UHPC依靠其强大的物理特性,使结构极轻,具有很强的视觉美感。 凭借其出色的性能,设计师可以完全实现他们的想象力。
UHPC具有高密度、高表面光洁度、细腻的质地和如玉般的温暖感,普通混凝土在UHPC面前完全粗糙。 不仅如此,超低孔隙率还使UHPC不易受到污染,并且易于清洁和维护。
为什么UHPC如此强大
传统混凝土一般由水泥、外加剂、砂、水等组分按一定比例制备,经过一定程度的混合固化后,形成以骨料(砂石)和水泥浆为基材的水泥基复合材料。 但是,传统混凝土的骨料和水泥浆在物理力学性能上存在很大差异,主要受以下三个方面的制约:
第一:水泥浆的含水量在高温或低温下膨胀和收缩,骨料与水泥浆之间自然会出现间隙。
第二:以砂砾为基的骨料硬度不高,体积大,在外力作用下缝隙会进一步扩大,一般来说,骨料体积越大,裂纹越大。
第三:传统混凝土在搅拌过程中粗糙,使水泥浆中支撑骨料的分布不是很均匀,孔隙率相对较高,大大降低了混凝土的抗压能力。
混凝土配料和混凝土浇筑
这使得传统的混凝土变脆、抗压差且不耐用。 抗压能力仅为20MPa-30MPa。
要提高混凝土的性能,我们主要从以下三点入手:
1、尽可能降低混凝土中的含水率。
2.寻找体积较小、硬度较高的物质作为聚集体。
3、降低孔隙率,使骨料、介质等分布更均匀。
减水剂降低含水量
超细粉末提高致密性
上世纪70年代,丹麦人通过在混凝土中添加高效减水剂和超细粉末,大大提高了混凝土的强度。 高效减水剂使混凝土中的含水量大大降低。 将超细粉体粉末作为外加剂加入混凝土配料中,通过充分搅拌,有效减小骨料之间的间隙,使混合空气的质量降到最低,从而提高材料的致密性。
UHPC充分搅拌。
用上述方法处理的混凝土称为HPC(高强混凝土),HPC的抗压能力理论上可以达到120MPa(每平方米120吨力)。
钢纤维增加强度
活性粉末提高了汇合度
上世纪90年代左右,人们使用硅粉、矿粉等活性矿物粉作为混凝土的外加剂,并用超细钢纤维代替传统的粗骨料,并掺入超细活性粉,以尽量减少材料的内部缺陷。 钢纤维的强度更高,体积更小,硅粉、矿物粉等活性矿物粉可以使材料之间的熔融在化学意义上更高,在高温高压环境下长期固化后,可以优化混凝土的显微组织。 即使材料中有微小的裂纹,它们也可以在活性矿物粉末的作用下慢慢愈合。
混凝土中的超细钢纤维。
添加了钢纤维的UHPC外加剂。
高压成型
高温固化
由于整个过程在活性矿物粉中起着主导作用,因此此时的混凝土称为RPC(Reactive Poeder Concrete)活性粉末混凝土,它已经可以具有超高的物理性能,也被称为UHPC。
一般RPC(活性粉末混凝土)根据养护条件的不同可分为两个等级,在20-90的情况下养护3天左右,RPC的抗压强度可达200MPa左右(每平方米200吨),这种混凝土称为PRC200。 如果RPC在高压下形成(高压下UHPC的孔隙率较低),并在250-400°C下固化,则RPC的抗压强度可达500MPa-800MPa,这种混凝土称为PRC800。
各国在工艺生产水平和科技水平上存在较大差异,各国对UHPC的评价标准也存在很大差异。 一般来说,抗压强度在150MPa以上的混凝土可以称为超高性能混凝土(UHPC)。
UHPC的相对局限性
一般来说,UHPC要想达到比较高的强度,就需要一定的高温高压热固化作为必要条件,另一方面,钢纤维在混炼过程中容易结块,需要大型的专业混炼设备。 这些对于现场浇筑的施工条件来说,基本上是难以实现的。 因此,UHPC大多是预制件,需要在工厂提前准备。
中海左岸兰亭项目的UHPC预制构件(**来源:上海天华)。
UHPC应用实例
卡塔尔国家博物馆
卡塔尔博物馆于 2019 年开放,其灵感来自“沙漠玫瑰”独特的自然意图,其垂直结构发挥了主要承重结构的作用,并支撑着交错的圆盘,营造出未来主义的外观。 建筑师让·努维尔(Jean Nouvel)利用UHPC优越的机械性能,将圆盘作为热带沙漠环境中的主要遮阳系统,创造了一种融合了建筑、外部和感官的独特体验。
杭州余杭大剧院是UHPC在我国建筑中应用的首例,建筑整体采用”。框架剪力+钢筋混凝土(混凝土)。结构形式符合冰裂的设计灵感,建筑一体化,视觉效果强烈。 UHPC精致的表面也为后期维护提供了很大的便利。
上海歌剧院
上海歌剧院的立面材料为UHPC外墙挂板和GRC挂板,整体为中空,以砖砌图案为主要设计,质感和色彩简约,与周围环境同步,静谧典雅。
上海歌剧院摄影师:邵峰。
桥梁的双曲几何形状跨度为10米,跨度为0这座桥以4米的曲线,采用UHPC突破传统桥梁的局限性,结构极其简洁轻巧,具有迷人的科技感,同时,它似乎起源于神话传说,将我们带到未知的隐秘角落。