一、什么是UHPC
UHPC(Ultra-high Performance Concrete)最早是由丹麥Bache教授在20世紀(jì)70年代展開研究的,當(dāng)時的研究是以大摻量的鋼纖維并保留普通配筋。從90年開始,法國Bouygues公司在Pierre Richard的領(lǐng)導(dǎo)下開始研究RPC,之后由拉法基研發(fā)中心與之合作進行了優(yōu)化并于90年代末開始商業(yè)化。
UHPC是一種具有超強力學(xué)性能,高韌性,超高耐久性,和優(yōu)良澆筑及成型性能的水泥基混凝土材料。UHPC通過選用高活性的微細材料,采用最緊密堆積和纖維增強技術(shù)配制而成。UHPC的各項性能指標(biāo)均大幅度優(yōu)于普通混凝土,高性能混凝土UHPC和GRC(Glass-Fiber Reinforced Concrete)。
在建筑及橋梁結(jié)構(gòu),建筑外立面裝飾,建筑修補加固等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。UHPC的超高性能使其在結(jié)構(gòu),裝飾等各方面的應(yīng)用較其他混凝土材料更加節(jié)約材料用量,并能夠減輕建筑物或構(gòu)件自重,從而減少二氧化碳排放,而優(yōu)異的耐久性能夠減少建筑物和構(gòu)件的維護返修,在建筑物的全生命周期實現(xiàn)更加綠色和節(jié)能的建筑和構(gòu)件。
二、UHPC結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的應(yīng)用分類
根據(jù)用途和主要目的,UHPC應(yīng)用通常劃分為結(jié)構(gòu)性(Structural)和裝飾性(Architectural)兩大類,結(jié)構(gòu)性UHPC是承擔(dān)除自重,風(fēng)荷載,地震力以外其他荷載的UHPC結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,典型應(yīng)用如預(yù)制梁,現(xiàn)澆鋼箱梁橋面鋪裝層,濕接縫等。
裝飾性UHPC是不承擔(dān)除自重,風(fēng)荷載,地震力以外其他荷載的UHPC結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,并對裝飾功能包括表觀質(zhì)量,顏色,均勻性等有較高要求,典型應(yīng)用如UHPC建筑幕墻板,UHPC遮陽板,UHPC裝飾景觀構(gòu)件等。在某些情況下,UHPC結(jié)構(gòu)或構(gòu)件需要同時承擔(dān)結(jié)構(gòu)性荷載并實現(xiàn)較高的建筑裝飾效果,這類應(yīng)用既需要滿足較高的力學(xué)性能,進行詳細的結(jié)構(gòu)受力分析和計算,滿足結(jié)構(gòu)上的安全性和可行性,同時還要求建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的充分融合及相互適應(yīng),對構(gòu)件制作過程中的模具制作,澆筑,養(yǎng)護工藝都有較高的要求,以確保滿足建筑裝飾效果。這類應(yīng)用可以稱之為UHPC裝飾與結(jié)構(gòu)一體化應(yīng)用。
三、裝飾與結(jié)構(gòu)一體化UHPC的應(yīng)用價值
場景及關(guān)鍵成功因素
UHPC結(jié)構(gòu)與裝飾一體化主要應(yīng)用場景為對建筑造型和表觀質(zhì)量要求較高的纖薄輕巧結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,現(xiàn)階段主要包括:橋梁、屋面、陽臺和樓梯等,未來可望拓展至更多的應(yīng)用領(lǐng)域。
UHPC結(jié)構(gòu)與裝飾一體化實施關(guān)鍵在于業(yè)主,建筑師,結(jié)構(gòu)工程師,預(yù)制構(gòu)件廠,安裝單位,UHPC材料提供商各方的充分討論和溝通,反復(fù)推敲和逐步完善方案,即能符合建筑師對造型及表觀質(zhì)量的要求,又能夠保證結(jié)構(gòu)安全性,同時在構(gòu)件制作和安裝效率及成本方面得到有效控制。
四、裝飾與結(jié)構(gòu)一體化UHPC的應(yīng)用
面臨的挑戰(zhàn)及前景
UHPC作為新興的水泥基材料,在結(jié)構(gòu)工程和幕墻裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用正在逐步擴展,而結(jié)構(gòu)和裝飾一體化應(yīng)用更是對其性能的充分挖掘和利用,UHPC結(jié)構(gòu)和裝飾一體化在實施過程中將會遇到的挑戰(zhàn)包括:
a. 業(yè)主、建筑師,結(jié)構(gòu)工程師對UHPC性能的認識和理解;
b. UHPC結(jié)構(gòu)計算規(guī)程;
c. UHPC對建筑全生命周期能耗及成本的影響的認識;
d. 養(yǎng)護方法對結(jié)構(gòu)和裝飾一體化構(gòu)件的影響研究;
e. 鋼纖維點蝕對表觀效果的影響;
隨著建筑師和結(jié)構(gòu)工程師對其性能的了解和認識,更多項目案例的實施,在不斷總結(jié)經(jīng)驗和完善結(jié)構(gòu)計算,模具和澆筑養(yǎng)護工藝的前提下,UHPC結(jié)構(gòu)和裝飾一體化應(yīng)用一定會有良好的發(fā)展前景。
五、UHPC應(yīng)用案例
1.法國馬賽La Marseillaise辦公大樓
法國馬賽,被公認為歷史上最偉大的設(shè)計師都來此尋找靈感的圣地。
它的立面是由UPHC(超高性能混凝土) 的遮陽結(jié)構(gòu)組成,并且UHPC標(biāo)準(zhǔn)掛板具有多種顏色,可根據(jù)需要定制所需的特殊顏色。
當(dāng)然超高性能混凝土的特點,對于其施工也帶來了前所未有的便捷,因為不僅是可以做到超級的輕薄穿孔率和重量。作為裝飾表皮的同時,自己作為自重結(jié)構(gòu)也是完全沒有問題的。
2.歐洲及地中海文明博物館
項目最外部的表皮是由自承重的UHPC構(gòu)件以鏤空板形式制成,3種不同類型的板塊組合成不斷變化的形式。
連接圣讓堡和博物館的人行橋由25塊預(yù)制板組合而成,每個單元長4.6米,預(yù)制板厚度4厘米,總長115米(加回路為135米)。建筑誤差在0.3毫米到0.4毫米之間。
仔細觀察,就會發(fā)現(xiàn),UHPC的特征就是讓建筑的表皮立面可以做到如此高的穿孔率以及甚至是任意圖案。而要采用傳統(tǒng)的材料,不管是木材還是金屬還是其他制品都是難以做到的。至于為什么,當(dāng)然就是得意于他的真正超高性能!
3.預(yù)制人行橋應(yīng)用
4.預(yù)制樓梯應(yīng)用
5.預(yù)制陽臺應(yīng)用
6.預(yù)制屋面應(yīng)用
7.預(yù)制鏤空板應(yīng)用