UHPC是什么

UHPC中的 UH是詞組（Ultra-High）的縮寫，是指最高量級；

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UHPC抗壓強(qiáng)度最高卻可以達(dá)到810Mpa?？梢哉f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UHPC最高抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到810Mpa，因?yàn)槊總€國家的工藝水平有較大差異，對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?！ぷ蟀稙懲ィㄖO(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、陰雨連綿或是艷陽高照的情況下縫隙便會進(jìn)一步放大使用壽命低，而UHPC自身基本沒有任何縫隙，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)膩有溫潤如玉之感，普通混凝土在UHPC面前完全是個糙漢子。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使縫隙進(jìn)一步放大，一般來說骨料的體積越大裂縫越大。

第三傳統(tǒng)混凝土在攪拌過程粗糙，使得起支撐作用的骨料在水泥漿的分布并沒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，通過充分的攪拌以此來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>

通過以上手法處理過的混凝土被稱作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)過長時間的養(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€過程起主主導(dǎo)作用的為活性礦物粉末，此時的混凝土被稱作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等級，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，各國對于UHPC的評定標(biāo)準(zhǔn)也具有很大差異性。一般來說抗壓強(qiáng)度超過150MPA的混凝土便可以稱作超高性能混凝(UHPC)了。

『UHPC相對的局限性』

一般來說，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。而這些對于現(xiàn)場澆筑的施工條件來說基本很難達(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)，支撐起一片交錯的圓盤，未來感十足。建筑師讓·努維爾利用UHPC超強(qiáng)的力學(xué)性能，將懸挑夸張的圓盤作為熱帶沙漠環(huán)境主要的遮陽系統(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建筑中對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，滿足冰面開裂的設(shè)計(jì)靈感，建筑渾然一體具有極強(qiáng)的視覺效果。UHPC 表面細(xì)膩，為后期的維護(hù)也提供了諸多的便利?！喊⒉荚缺R浮宮』

阿布扎比盧浮宮同樣也是普利茲克獎得主讓·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)來源，簡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，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UHPC（超高性能混凝土）這樣評價，“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?！钡拇_，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。

本文轉(zhuǎn)載自公眾號：景觀派