性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),是过去三十年中具创新性的水泥基工程材料,具有的抗压强度、延展性、耐久性及生态环保功能。UHPC材料融结构与功能于一体,集科技、绿色和艺术于一身,具有丰富的美学表现力,能够展示出丰富的表面肌理和具创意的外型特征。UHPC可广泛应用于城市公共建筑、文化艺术建筑、旅游地产建筑以及室内景观设计等领域,能够满足个性化设计风格的要求
杭州余杭大剧院是我国建筑中对UHPC应用的例,建筑整体采用“框剪+型钢砼(混凝土)”的结构形式,满足冰面开裂的设计灵感,建筑浑然一体具有强的视觉效果。UHPC 表面细腻,为后期的维护也提供了诸多的便利。
UHPC构件的应用分类
根据用途和主要目的,UHPC应用通常划分为结构性(structural)和装饰性(Architectural)两大类,结构性UHPC是承担除自重,风荷载,地震力以外其他荷载的UHPC结构或构件,典型应用如预制梁,现浇钢箱梁桥面铺装层,湿接缝等。
装饰性UHPC是不承担除自重,风荷载,地震力以外其他荷载的UHPC结构或构件,并对装饰功能包括表观质量,颜色,均匀性等有较高要求,典型应用如UHPC建筑幕墙板,UHPC遮阳板,UHPC装饰景观构件等。
在某些情况下,UHPC结构或构件需要同时承担结构性荷载并实现较高的建筑装饰效果,这类应用既需要满足较高的力学性能,进行详细地结构受力分析和计算,满足结构上的和可行性,同时还要求建筑设计与结构设计的充分融合及相互适应,对构件制作过程中的模具制作,浇筑,养护工艺都有较高的要求,以确保满足建筑装饰效果。这类应用可以称之为UHPC装饰与结构一体化应用。
UHPC构件与其他混凝土相比,在原材料选择方面有很大不同。主要表现为以下几个方面:
1、胶凝材料方面:UHPC水胶比很低,一般在0.14-0.27之间,水泥用量较大,一般在700-1010Kg/m3左右;使用颗粒粒径较小。传统减水剂由于技术性能的局限性,越来越不能满足工程需要,而聚羧酸减水剂作为备受关注的新一代高性能减水剂,使水胶比的获得成为了现实。
2、骨料方面:UHPC不使用粗骨料,同时在细骨料方面选取与浆体力学性质相近的石英砂。这样,没有粗骨料的骨架限制作用,可以大幅度减少由于收缩导致的浆体与骨料界面间的孔隙及微裂缝。
3、外加剂方面:UHPC能获得的水胶比及孔隙率,离不开混凝土外加剂技术的支持。传统减水剂由于技术性能的局限性,越来越不能满足工程需要,而聚羧酸减水剂作为备受关注的新一代高性能减水剂,使水胶比的获得成为了现实。
除了以上几个方面外,UHPC在配制过程中还必须要加入纤维,如钢纤维或复合有机纤维等,主要是作为增强、增韧和抗裂材料。
一般来说,UHPC如果想达到比较高的强度,便需要一定的高温高压热养护作为必要条件,另一方面钢纤维在搅拌过程中容易结团,需要大型的搅拌设备。而这些对于现场浇筑的施工条件来说基本很难达到。这也导致了UHPC大多是需要在工厂提前制备完成的预制件。
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