UHPC是什么

UHPC中的 UH是詞組（Ultra-High）的縮寫(xiě)，是指最高量級(jí)；

P( Performance)的單詞意思是性能、功效；

C指的是混凝土（Concrete）；

UHPC便是指「超高性能混凝土」（Ultra-High Performance Concrete）。

UHPC的強(qiáng)度有多大

既然UHPC是超高性能混凝土，那它的性能究竟可以達(dá)到多高？以混凝土最主要的抗壓性能來(lái)看，普通混凝土的抗壓強(qiáng)度差不多在15Mpa-30Mpa，而我們?nèi)粘Ｉ钪杏捕群芨叩纳F，抗壓強(qiáng)度一般在200Mpa ，據(jù)說(shuō)UHPC抗壓強(qiáng)度最高卻可以達(dá)到810Mpa。可以說(shuō)普通混凝土在UHPC面前都是“戰(zhàn)五渣”。

UHPC的"三高"

「超高性能混凝土」主要以“”三高”著稱：強(qiáng)度高、耐久性高、工作性高。

『強(qiáng)度高』

上文已經(jīng)提過(guò)UHPC最高抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到810Mpa，因?yàn)槊總€(gè)國(guó)家的工藝水平有較大差異，對(duì)UHPC最低也要求抗壓達(dá)到150Mpa以上，抗剪力達(dá)到25Mpa以上，且高隔熱、高防水，質(zhì)地細(xì)膩，基本可以隔絕一切有害介質(zhì)。可謂是擎天白玉柱，架海紫金梁，獨(dú)立扛起一片天。

▲中海·左岸瀾庭，建筑設(shè)計(jì)：上海天華，UHPC施工：南京倍立達(dá) ? 王驍、? 是然建筑攝影

『耐久性高』

傳統(tǒng)混凝土不可避免得，自身具有很多的縫隙。在高溫或低溫、陰雨連綿或是艷陽(yáng)高照的情況下縫隙便會(huì)進(jìn)一步放大使用壽命低，而UHPC自身基本沒(méi)有任何縫隙，即使受外力影響產(chǎn)生細(xì)微的縫隙，UHPC還具有神奇的自愈能力。

UHPC最早多應(yīng)用于橋梁建設(shè)，以此來(lái)減少結(jié)構(gòu)的自重，提升結(jié)構(gòu)的使用壽命和耐久性。使用壽命可以達(dá)到100年以上。

『工作性高』

與傳統(tǒng)混凝土“粗、笨、厚、重”等特點(diǎn)不同，UHPC依仗著自己強(qiáng)悍的物理特性，可以將結(jié)構(gòu)極度得輕量化，具有強(qiáng)烈的視覺(jué)美感。設(shè)計(jì)師借助其優(yōu)良的性能完全可以將天馬行空的想象落到實(shí)處。

UHPC密度大、表面光潔度高、質(zhì)地細(xì)膩有溫潤(rùn)如玉之感，普通混凝土在UHPC面前完全是個(gè)糙漢子。不僅如此，超低的低孔隙率也使得UHPC不易被污染，清潔維護(hù)工作好做。

UHPC為何如此強(qiáng)悍

傳統(tǒng)混凝土一般是由水泥、摻合料、砂石、水等成分按一定比例進(jìn)行配制，經(jīng)過(guò)攪拌和在一定的養(yǎng)護(hù)之后便形成以骨料（砂石）和水泥漿為主的水泥基復(fù)合材料。但傳統(tǒng)混凝土的骨料與水泥漿在物理和力學(xué)性能上，有較大的差異，主要受以下三個(gè)方面的制約：

第一水泥漿含水在高溫或低溫?zé)崦浝淇s的作用先，骨料和水泥漿之間天然便會(huì)產(chǎn)生縫隙。

第二以砂石為主的骨料硬度不高且體積較大在外力的用下會(huì)使縫隙進(jìn)一步放大，一般來(lái)說(shuō)骨料的體積越大裂縫越大。

第三傳統(tǒng)混凝土在攪拌過(guò)程粗糙，使得起支撐作用的骨料在水泥漿的分布并沒(méi)有很均勻且孔隙率比較高，大大降低混凝土的抗壓能力。

使得傳統(tǒng)混凝土脆性大、抗壓能力差且耐久性不高。抗壓能力只有20Mpa-30Mpa 。

提高混凝土的性能主要從一下3點(diǎn)入手：

1盡可能降低混凝土中的水分含量。

2尋找體積更小硬度更高的物質(zhì)作為骨料。

3降低孔隙率并使骨料、介質(zhì)等分部更加均勻。

『減水劑降低水分含量』

『超細(xì)粉末提高密實(shí)度』

上世紀(jì)70年代丹麥人通過(guò)在混凝土加入減水劑和超細(xì)粉末等方式使混凝土的強(qiáng)度極大提升。減水劑使得混凝土中的水分含量大幅度降低。超細(xì)粉末粉末作為摻合料加入到混凝土的配料中去，通過(guò)充分的攪拌以此來(lái)有效減少骨料之間的縫隙并最大限度得減少混合空氣的質(zhì)量，提高材料的密實(shí)度。

▲UHPC的充分?jǐn)嚢?/p>

通過(guò)以上手法處理過(guò)的混凝土被稱作HPC(高強(qiáng)混凝土），理論上HPC 的抗壓能力可以達(dá)到120MPA的強(qiáng)度（每平方米可以承受120噸的力）。

『鋼纖維增加強(qiáng)度』

『活性粉末提高融合度』

上世紀(jì)90年代左右，人們將硅灰、礦粉等活性礦物粉末作為混凝土的摻合料，并且用超細(xì)的鋼纖維來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粗骨料，摻入超細(xì)活性粉末將材料的內(nèi)部缺陷降到最低。鋼纖維強(qiáng)度更高體積更小，硅灰、礦粉等活性礦物粉末則可以在化學(xué)意義上使材料之間的融合度更高，并在高溫高壓的環(huán)境下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)讓混凝土在微觀結(jié)構(gòu)上達(dá)到最優(yōu)。即使材料有細(xì)微的裂縫在活性礦物粉末的作用下也可以緩慢自愈。

『高壓成型』

『高溫養(yǎng)護(hù)』

因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程起主主導(dǎo)作用的為活性礦物粉末，此時(shí)的混凝土被稱作RPC（Reactive Poeder Concrete）活性粉末混凝土，此種混凝土已經(jīng)可以具備超高的物理性能也開(kāi)始被稱作UHPC。

一般RPC（活性粉末混凝土）根據(jù)養(yǎng)護(hù)條件的不同可以分為兩個(gè)等級(jí)，在20℃-90℃的情況下養(yǎng)護(hù)3天左右，RPC的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到200MPA（每平方米可受力200噸）左右，此類混凝土被稱作PRC200。如果將RPC利用高壓成型后（高壓下UHPC的孔隙率更低），在250℃-400℃的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，RPC的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到500MPA-800MPA，此類混凝土被稱作PRC800。

各國(guó)之間的工藝制作水平和科學(xué)技術(shù)具有較大的差異性，各國(guó)對(duì)于UHPC的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也具有很大差異性。一般來(lái)說(shuō)抗壓強(qiáng)度超過(guò)150MPA的混凝土便可以稱作超高性能混凝(UHPC)了。

『UHPC相對(duì)的局限性』

一般來(lái)說(shuō)，UHPC如果想達(dá)到比較高的強(qiáng)度，便需要一定的高溫高壓熱養(yǎng)護(hù)作為必要條件，另一方面鋼纖維在攪拌過(guò)程中容易結(jié)團(tuán)，需要大型的專業(yè)攪拌設(shè)備。而這些對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的施工條件來(lái)說(shuō)基本很難達(dá)到。這也就導(dǎo)致了UHPC大多是需要在工廠提前制備完成的預(yù)制件。

UHPC應(yīng)用案例

開(kāi)放于2019年的卡塔爾博物館，以“沙漠玫瑰”這一獨(dú)特的自然意向?yàn)樵O(shè)計(jì)靈感，垂直結(jié)構(gòu)起主要的承重結(jié)構(gòu)，支撐起一片交錯(cuò)的圓盤(pán)，未來(lái)感十足。建筑師讓·努維爾利用UHPC超強(qiáng)的力學(xué)性能，將懸挑夸張的圓盤(pán)作為熱帶沙漠環(huán)境主要的遮陽(yáng)系統(tǒng)，創(chuàng)造了融合建筑、室外、感官一體化的獨(dú)特體驗(yàn)。

『杭州余杭大劇院』

杭州余杭大劇院是我國(guó)建筑中對(duì)UHPC應(yīng)用的首例，建筑整體采用“框剪+型鋼砼（混凝土）”的結(jié)構(gòu)形式，滿足冰面開(kāi)裂的設(shè)計(jì)靈感，建筑渾然一體具有極強(qiáng)的視覺(jué)效果。UHPC 表面細(xì)膩，為后期的維護(hù)也提供了諸多的便利。『阿布扎比盧浮宮』

阿布扎比盧浮宮同樣也是普利茲克獎(jiǎng)得主讓·努維爾的代表作，建筑群的立面由3900塊高性能纖維混凝土（UHPC）形成造型獨(dú)特的穹頂結(jié)構(gòu)。在超高混凝土強(qiáng)悍的性能下，整個(gè)穹頂機(jī)構(gòu)基本不再需要其他的結(jié)構(gòu)組件，純粹而又通透，配合周邊的水體環(huán)境，光影斑駁十分迷人。

▲阿布扎比盧浮宮 / 讓·努維爾

『上海歌劇院』

上海歌劇院建筑立面材料為UHPC外墻掛板和GRC掛板，整體呈鏤空狀，以砌磚圖案為主要的設(shè)計(jì)來(lái)源，簡(jiǎn)潔的肌理與色彩與周圍環(huán)境步調(diào)一致，清靜雅麗。

▲上海歌劇院 攝影師:邵峰

『D?etovice河畔的橋梁』

橋梁的雙曲幾何結(jié)構(gòu)有著10米的跨度和0.4米的弧度，橋梁利用UHPC以極其簡(jiǎn)約的輕量結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)橋梁的局限性，具有迷人的科技感的同事，又仿佛源自于神話傳說(shuō)，將我們帶往未知的隱秘角落。

▲D?etovice河畔的橋梁，捷克

天才建筑師魯?shù)?里喬蒂（Rudy Ricciot1）曾經(jīng)對(duì)UHPC（超高性能混凝土）這樣評(píng)價(jià)，“我們不知道這種材料將帶我們走多遠(yuǎn)，但我們肯定可以一起改變世界。”的確，科技的力量更像是一座橋，引領(lǐng)著設(shè)計(jì)師前往創(chuàng)意的王國(guó)。

本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：景觀派