水泥基材料界的“六边形战士”——UHPC
水泥基材料界的“六边形战士”——UHPC
gh_b57c208af35e
信息和学术交流
广受好评的建筑材料
有这样一种新型材料，刚被推入市场时就面临了来自多方面的质疑。
然而随着研究的开展，它所展现的超高强度和超长耐久性受到了工程界的广泛关注。
美国混凝土学会主席 Thomas Vert评价它为混凝土行业的未来。
德国不来梅大学教授 Karl-Heinz Reineck称它是人类工程学的一次革命。
瑞士建筑师Patrik Schumacher说它具有超强的抗压、抗拉和抗弯强度，可用于修建具有极高要求的建筑和设施。
究竟是什么样的材料能得到社会各界的高级评价呢？
它就是水泥基材料里的“六边形战士”——UHPC
视差滑动
什么是UHPC?
UHPC（Ultra-High Performance Concrete）指的是一种强度极高、耐久性强、耗能低、成形性好的超高性能混凝土。它通过提高组织成分的细度与活性，使材料内部的孔隙与微裂缝减到最少，从而获得超高强度与耐久性，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料。相较于传统混凝土，UHPC在材料强度、结构力学性能等方面都具备了更加优异的特点，且其在设计上更具有创新性和表现力。
水泥基材料界的“六边形战士”
UHPC材料有着很多优异的性能，可谓是建筑材料中的“优等生”。小编总结了一下，UHPC主要有六大优点，可以说是全面发展的水泥基材料“六边形战士”。
UHPC的高强度
普通混凝土的抗压强度仅约为20-60MPa，而UHPC可达 150MPa以上 。UHPC基于最大堆积密度配制，剔除了粗骨料，各组分间相互填充，且水胶比较低（一般为0.14-0.2），降低了ITZ（InterfacialTransition Zone）中的孔隙尺寸和孔隙率；同时，所掺入的如硅灰等矿物掺合料可与CH进行火山灰反应，形成水化硅酸钙（C-S-H），使得ITZ如同水泥基体一样致密。这些措施使得材料的致密性显著提高，受力时具有更好的均一性，从而表现出高强度和高耐久性。
细观形貌对比：UHPC（左）、普通混凝土（右）
UHPC的高抗拉性能
在抗拉性能方面，UHPC有两个重要的指标，即初裂强度和极限抗拉强度。其中初裂强度在 7~11MPa 之间，而极限抗拉强度据已有文献报道最大可达到 37MPa 。 超高性能混凝土中的高抗拉强度是由其中的纤维提供的，UHPC材料掺入了大量钢纤维，其基体致密，从而表现出优异的抗拉性能。
UHPC内部纤维
UHPC的高延性
UHPC中的高延性亦是由其中的纤维提供的。 UHPC的纤维含量通常在 1%~3% 之间，以确保延性的同时控制造价。因此如果采用钢纤维，根据以上标准进行换算，差不多是要求UHPC中钢纤维的最低含量为80kg/m3，这个指标对于工程师控制材料延性更易懂也更有操作性。
UHPC模块座椅
UHPC的高耐久性
抗渗透性 ： UHPC的水胶比很低，因而孔隙率很低，且孔隙不连通，从而表现出优异的抗渗透性。
抗碳化性： UHPC具有优异抗碳化性能，主要得益于UHPC自身致密的微观结构和剔除粗骨料使混凝土获得的优异均匀性。
抗冻性： 于UHPC水胶比非常小，拌合水几乎能完全反应，混凝土内部几乎没有多余水分；再者，UHPC结构致密均匀，孔隙极少和极小且大多数孔隙不连通，外界水分很难进入。因此，UHPC具有优异的抗冻性。
微裂缝自愈性能： 试验和工程验证表明，UHPC的裂缝自愈不仅能够封闭微裂缝降低渗透性和保持良好耐久性，同时还起“胶结”裂缝作用，可在一定程度上恢复混凝土因裂缝降低的力学性能。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。
抗疲劳性： 根据相关研究，UHPC中无粗骨料，基体致密，且掺入了大量钢纤维，当基体开裂后，钢纤维能够传递应力并有效阻止裂缝扩展，从而表现出很强的应力与变形重分布能力。总体而言，UHPC的疲劳性能要远优于普通混凝土和钢纤维混凝土。
UHPC抗压试验
UHPC的轻质性
由于其抗压强度和抗拉强度相比普通混凝土都有很大提高，因此同样条件下就会更加轻薄，因此在追求轻质方便运输与吊装的情况下，UHPC也是非常适合的。
UHPC的美观性
UHPC的产品表面具有很高的光洁度，普通混凝土在UHPC面前就是个糙汉子。外界的有害介质很难侵入到UHPC中去，因此耐污性强。UHPC的产品采用添加矿物色粉调配出的纯色和混色也可保持更为长久。同时由于其材质致密，着色剂等组分也不易向外析出产生反碱等情况影响外观。
UHPC的实际应用
卡塔尔国家博物馆
开放于2019年的卡塔尔博物馆，以“沙漠玫瑰”这一独特的自然意向为设计灵感，垂直结构起主要的承重结构，支撑起一片交错的圆盘，未来感十足。建筑师让·努维尔利用UHPC超强的力学性能，将悬挑夸张的圆盘作为热带沙漠环境主要的遮阳系统，创造了融合建筑、室外、感官一体化的独特体验。
余杭文化艺术中心
余杭文化艺术中心是国内UHPC幕墙近几年主要应用案例之一。利用UHPC可实现建筑的表皮立面的超高穿孔率，通过变换模具甚至可以得到任意图案，而要采用传统的材料，不管是木材、还是铝板和不锈钢板等金属材料都是难以做到的。
上海嘉闵高架
上海嘉闽高架采用的是UHPC湿接缝连接。预制装配式桥梁与UHPC湿接缝组合的技术体系，因建设速度快、桥梁性能和质量好，预计未来会在中国获得越来越多的应用，同时成为UHPC应用的重要领域。
UHPC的未来发展趋势
随着人们对建筑品质要求越来越高以及城市化进程不断加速，对新型建材需求也将持续增长。因此，预计未来将会有更多基于UHPC开发出来的新型产品问世。
同时，在施工技术方面也将不断创新提升。例如，在目前已经应用较为广泛的桥梁领域中，正在探索采用3D打印技术直接制造出整座桥梁，并通过数字化管理实现全生命周期监测和维护。
来源：百顺新材，如有侵权请联系删除。