什么是超高性能混凝土

详细的UHPC超高性能混凝土

什么是超高性能混凝土

超高性能混凝土（UHPC）以其“三个高”而著称，即高耐久性，高可加工性和高强度。它被称为21世纪混凝土。在我国的可持续发展战略中，随着绿色混凝土工程材料的发展，超高强度，高性能混凝土在改善环境，增加经济效益和解决工程难题方面引起了专家的高度重视。

超高性能混凝土的应用

自从今年以来的成功发展以来，作为具有超高机械性能和超高耐久性的水泥基复合材料的超高性能混凝土（UHPC）引起了桥梁行业的极大兴趣和关注。在桥梁工程中，UHPC已应用于主梁结构，拱桥主拱，华夫格桥面板结构，桥缝和旧桥加固等许多方面。据不完全统计，到今年年底，世界上有超过百分之九十的桥梁采用UHPC作为主要或部分建筑材料，而超过百分之九十的桥梁采用UHPC作为主要结构材料。

1. UHPC材料在全球桥梁工程中的应用

图1显示了在世界各地使用UHPC作为主要或部分建筑材料的桥梁分布（不完全统计）。从图1可以看出，目前使用UHPC作为主要或部分建筑材料的桥梁主要分布在亚洲（东亚）。 ，东南亚），欧洲，北美和大洋洲，主要包括马来西亚，中国，日本，韩国，越南，缅甸，法国，德国，瑞士，荷兰，奥地利，捷克共和国，意大利，斯洛文尼亚，西班牙，加拿大，美国，澳大利亚，新西兰等。其中，在马来西亚，美国，加拿大，中国，日本和其他有20多个UHPC桥。

图1 UHPC在国内外桥梁中应用的不完全统计

在UHPC桥梁结构的应用和推广方面，马来西亚目前处于水平。到今年年底，仅马来西亚就建造了93座UHPC桥梁，所有桥梁均由UHPC制成，用于主梁结构。北美（加拿大和美国）主要将UHPC材料用于桥梁接头。大约一个桥梁使用UHPC材料，其中大约10个是使用UHPC材料的主要结构（主梁），其余主要用于桥梁的局部结构（例如面板节点）的UHPC。目前，中国大约有32座桥梁由UHPC材料制成，其中约5座桥梁主要结构（主梁，拱圈）由UHPC材料制成，其余27座主要用于钢-UHPC轻质复合桥面板结构和现浇连接。接缝，维护和加固。

2.各国的UHPC代表桥

下表列出了一些代表性的UHPC桥。以下是对世界各国代表性的UHPC桥梁的简要介绍。

1，加拿大

在加拿大魁北克的舍布鲁克，世界上个UHPC人行天桥，即舍布鲁克人行桥，建在加拿大魁北克的舍布鲁克。桥梁是一种预应力UHPC空间桁架结构，其跨度为法国UHPC材料，如图2所示。桥梁桥面由3cm厚的UHPC板制成，桁架腹板由直径为UHPC的钢管制成，下弦由预制的UHPC梁截面制成。这些部分没有配备普通的钢筋，只能通过后张预应力组装。由于UHPC的结构自重大大降低，并且有效地抵抗了在30°C以下局部严冬的反复冻融，因此该桥被提名为Nova奖。

图2加拿大舍布鲁克人行天桥

2.法国

法国是个成功实现UHPC商业化的，并建造了世界上个UHPC公路桥梁-Bourg-lès-ValenceOA4和OA6天桥。 OA4桥的主梁是π形UHPC梁，跨度为22.5m，高度为0.9m，宽度为2.4m。 UHPC甲板仅厚，梁重37吨。法国于1999年建造了一座跨度为47.4m的UHPC箱梁公路桥。 UHPC箱梁顶板宽4.4m，高1。UHPC桥面板上无防水层和沥青混凝土摊铺层。箱梁屋顶的厚度既是桥面甲板，也是道路甲板。

3.日本

日本的座UHPC人行天桥坂田三井桥的建设已经完成。如图3所示，该桥的主跨为49.2m，主梁截面为箱形梁，并采用预制装配方法。预应力的拼接完成。从那以后，日本建造了许多UHPC人行天桥，例如山形桥和田原桥，它们以箱形梁作为主要梁。日本座高速公路UHPC桥梁是1991年建造的Horikoshi高速公路C匝道福冈大桥，跨度为2.8公里。日本非常有意思的是，将UHPC材料应用到顶升导向梁的下弦上，并完成了全长的，宽预应力混凝土波纹钢腹板箱梁桥（Torisalogawa桥）的顶升施工，如图4所示。

Rhodia，Lafarge，Bouygues和VSL Lee开发了超高性能混凝土（UHPC），并获得了Ductal的专利。与传统混凝土相比，UHPC具有许多优势：超高性能混凝土的抗压强度高于MPa，约为传统混凝土的3倍。超高性能混凝土具有出色的韧性和断裂能。与高性能混凝土相比，超高性能混凝土的韧性提升了一倍以上，相当于某些金属，使混凝土结构在过载或地震中具有更好的结构。可靠性。

超高性能混凝土具有优异的耐久性，可以大大提升混凝土结构的使用寿命，并降低混凝土结构的维护成本。超高性能混凝土几乎是不渗透的，几乎没有碳化，氯离子渗透和硫酸盐渗透也几乎为零。超高性能混凝土的优异耐磨性延长了桥梁的使用寿命，超高性能混凝土的耐腐蚀性为恶劣环境下的混凝土结构提供了保护。在开裂的情况下，由于超高性能混凝土中大量未水合的水泥颗粒，混凝土具有自修复功能。

超高性能混凝土结构的自重约为传统混凝土结构的自重的1/3或1/2，可显着降低自重。自重的减少有利于制造细长的建筑结构，减小混凝土结构的厚度，节省材料和成本，并降低总工程成本。超高性能混凝土可以减少预应力钢筋，并为建筑结构提供更大的自由度。

尽管超高性能混凝土具有许多显着的优点，但也有一些缺点。例如，超高性能混凝土中的水泥含量高达〜kg / m3，这会增加水化热并引起收缩。制备超高性能混凝土的原料通常是水泥，硅粉，石英砂，石英粉，钢纤维和高效减水剂等。生产成本是普通混凝土的几倍。为了提升辅助胶结材料在超高性能混凝土中的活性，在超高性能混凝土的生产中通常使用蒸汽或高压釜固化。复杂的生产过程限制了超高性能混凝土在实际工程中的应用。由于低水合比，超细颗粒大量，高效减水剂大量存在，超高性能混凝土具有粘度大，坍落度大的缺点，不利于超细混凝土的浇筑。高性能混凝土。由于超高性能混凝土包含大量未水合的水泥颗粒，因此这些未水合的水泥颗粒在使用混凝土结构期间可能会继续水合，这可能会影响混凝土结构的尺寸稳定性。在大多数项目中，传统混凝土可以满足性能要求，而超高性能混凝土价格昂贵且难以替代传统混凝土。

自从超高性能混凝土问世以来，已经对超高性能混凝土的原始材料，生产工艺，固化方法，机械性能，耐久性和水合微观结构进行了许多研究，这些研究也已应用于实际工程中。

随着建筑施工技术的发展，标志性的超高层建筑在我国乃至世界范围内如雨后春笋般涌现，其建造需要高效率，高性能和低能耗。随着建筑技术的发展，高强度和超高强度混凝土被广泛应用于高层和超高层建筑中。混凝土的结构及其超高泵送技术是其中的重要组成部分。

超高性能混凝土具有强度高，承载能力大，资源和能源消耗少，耐久性好的优点。它可以满足土木和建筑工程中轻质，高层，大跨度，重型和耐用性的要求。需求是具体科学技术发展的主要方向。我国研究人员对超高性能混凝土进行了持续而富有成果的研究。他们对复合技术和混合参数，微观结构和宏观结构，强度性能和变形性能，收缩，溶胀和耐久性进行了研究。在实践中。

上海环球金融中心高性能混凝土浇筑技术

上海环球金融中心就是应用高性能混凝土的一个很好的例子。上海建设工程集团副总2龚坚表示，超高层建筑对混凝土的强度和性能有很高的要求。过去，高性能混凝土很少在工程中用作特殊混凝土，而且技术还不成熟。在该项目的建设过程中，上海建设工程创新并开发了采用特殊外加剂配制的高性能混凝土浇筑技术。使用这项创新的综合技术进行大体积混凝土施工，直径42米，直径4米，总厚度28,900立方米的主楼板混凝土在42小时内连续浇筑完成，超高层建筑项目一次浇筑大中型混凝土是当时的新世界纪录。在竖向结构中，无振动浇筑夯实自密实混凝土技术的应用解决了关键的施工问题，使混凝土施工技术达到了一个新的高度。广州西塔高性能混凝土技术的新突破

在广州西塔的建设过程中，建筑商克服了许多世界的建筑问题，并在高性能混凝土技术方面取得了新的突破。广州西塔总高0.5米，是中国第三高的建筑，由中国建筑工程总公司和广州建设集团有限公司共同建造。整个建筑设计为管状管结构系统。钢管混凝土巨型斜格栅柱的外管，钢筋混凝土剪力墙的内管以及钢筋混凝土复合地板将内外管连接起来。而且结构在平面和垂直方向上都在不断变化，特别是对于69层以上的酒店楼层而言。这种独特且创新的管中管结构系统决定了西塔的建造特别复杂且极为困难。建造者积极组织各种实验和科学技术研究，并成功地一次将高性能混凝土泵送到米的高度。

超高性能混凝土（以下简称UHPC）是近三十年来开发的新型水泥基复合材料。它具有超高的机械性能和耐用性，以及良好的韧性，粘结性能，抗冲击性和抗疲劳性。性能。近年来，随着UHPC制备技术的不断成熟，其性能的优越性已逐渐为公众所认可。 UHPC已成为混凝土领域的研究热点，已广泛用于结构，装饰，加固，快速修复，铺路和填缝。等待。然而，由于其高昂的成本，目前国内外的UHPC应用技术研究和试点项目主要停留在桥梁工程，建筑外墙装饰工程以及少量现有的混凝土建筑维护和加固项目中。许多专家学者积极探索UHPC在建筑结构工程中的可行性，其中在预制建筑领域的应用引起了广泛关注。

从UHPC的分类入手，分析了UHPC在预制建筑领域的应用前景，并在此基础上提出了UHPC在预制建筑领域的质量控制指标体系，以促进UHPC在预制建筑领域的应用。 。

1. UHPC分类

根据对UHPC应用现状的调查，UHPC的主要应用工程类别和组成部分如下：

（一）桥梁工程，包括现浇桥面铺装，桥梁湿缝，预制桥面，桥面铺装，预制箱形梁； （2）建筑工程，包括建筑物外墙装饰板，小型预制构件（楼梯，阳台），预制构件的预制节点连接； （3）市政工程，包括预制盖，预制综合管廊，基础设施加固等。

UHPC的综合用途与原始材料的组成体系不同，UHPC分为结构UHPC和装饰性UHPC，请参见表1。

2. UHPC在预制建筑物中的应用

2.1建筑外墙装饰

UHPC用于建筑外墙装饰是UHPC最重要和最广泛的应用领域之一，包括空心幕墙，遮阳板，夹心保温墙板，干挂或湿粘贴装饰板等。UHPC具有超高的耐高温性能。强度，超高韧性和超高耐用性，使其能够满足结构承载力的要求，减小结构横截面的尺寸，并实现轻量化和薄壁设计，从而使建筑师能够突破材料的束缚，设计轻巧美观的结构。以法国马赛圣让港的欧洲和地中海文化博物馆（以下简称为MuCEM）为例。它的空心幕墙由UHPC建造，制作精美。精美华丽的图案反映了地中海文化和手工艺的悠久传统，也突出了超高性能材料在建筑装饰领域的优越综合性能和巨大的应用潜力。