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關(guān)于超高性能混凝土你真的了解嗎？
加拿大多倫多woodsy公園展館
UHPC是混凝土材料中的一匹黑馬，它將會(huì)改變我們的城市和建筑。
—— 挪威建筑師 Kjetil Tr?dal Thorsen
超高性能混凝土
Ultra High Performance Concrete
超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，簡(jiǎn)稱UHPC）是一種經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和制造的混凝土，相較于普通混凝土（Conventional Concrete），因其具有更高的強(qiáng)度、更好的耐用性和更優(yōu)秀的耐候性，近年來在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。作為一種新型的建筑材料，UHPC具有優(yōu)異的性能和可靠性，被廣泛應(yīng)用于橋梁、高樓大廈、地下結(jié)構(gòu)、道路等領(lǐng)域。但是，對(duì)于許多人來說，他們并不了解UHPC的具體性能和特點(diǎn)，這也導(dǎo)致了一些企業(yè)在選材和工程應(yīng)用上存在一些困惑。下面，我們來為大家詳細(xì)介紹一下UHPC的相關(guān)知識(shí)。
01
UHPC的歷史追溯
Historical Background
UHPC的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初期，最初是由法國(guó)的J.P.瑪松教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究。經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，UHPC在1990年代初期正式得到了命名和廣泛的應(yīng)用。之后，UHPC的技術(shù)不斷地得到改進(jìn)和提升，并于2000年獲得了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的認(rèn)證，現(xiàn)已成為建筑行業(yè)中備受推崇的一種材料。
02
UHPC的性能特點(diǎn)
Performance Characteristics
相較于普通混凝土UHPC具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1) 抗壓和抗彎強(qiáng)度更高：超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了150-250 MPa,遠(yuǎn)高于普通混凝土的70MPa；同時(shí)，其抗彎強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于普通混凝土。
(2) 密度更大：超高性能混凝土的密度一般為2300-2600 kg/m3, 略大于普通混凝土的2400kg/m3左右，這使得其在抵御風(fēng)、水等自然災(zāi)害方面具有更強(qiáng)的承受能力。
(3) 壓縮變形率更小：超高性能混凝土的壓縮變形率僅為0.2- 0.4%,相比之下普通混凝土的壓縮變形率可達(dá)到1.2%左右，這表明超高性能混凝土可以更好地保持穩(wěn)定性，有助于提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。
(4) 粘結(jié)力更強(qiáng)：超高性能混凝土的粘結(jié)力也比普通混凝土要強(qiáng)，這可以保證細(xì)部構(gòu)造更加緊密，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的韌性和耐久性。
(5) 超高性能混凝土還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如更高的耐久性、更好的耐蝕性、更好的隔熱性能和更高的防爆性能等，這些都是普通混凝土無法比擬的。
03
UHPC的應(yīng)用案例
Application Cases
超高性能混凝土在近年來依然成為一個(gè)備受關(guān)注的話題，其由于材料本身的特殊性能，在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
基礎(chǔ)設(shè)施
Infrastructure Construction
由于UHPC具有極強(qiáng)的抗壓、抗彎、抗沖擊和耐久性等特點(diǎn)，在橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。例如，在法國(guó)京布瓦高速公路上，使用了UHPC連接部件[1]，在保障其堅(jiān)固性的同時(shí)降低了維護(hù)成本。此外，在美國(guó)特拉華紀(jì)念大橋（如圖）的修繕中，UHPC材料被應(yīng)用于縱向滑道、墩臺(tái)頂板和橋面鋪裝等不同部位，以提高這些部位的耐久性和承載能力，該項(xiàng)目因世界上首次在懸索橋上使用超高性能混凝土，而備受關(guān)注。
[1] Ultra-High Performance Concrete: A State-of-the-Art Report for the Bridge Community (FHWA-HRT-13-060 Report), Alexander et al, 2013.
樓宇建筑
Building Construction
外觀設(shè)計(jì)在建筑物的美感中起著至關(guān)重要的作用，而UHPC在外觀上的應(yīng)用極其廣泛。它可以制作窗口、裝飾墻板、雕像等，這些構(gòu)件表現(xiàn)出現(xiàn)代感和特殊的紋理，同時(shí)也具有高強(qiáng)度和耐久性能。其中最具代表性的是新加坡濱海灣金沙酒店（如圖），該酒店采用了大量的UHPC材料，包括外墻板、內(nèi)隔墻、樓梯等，使得整座建筑更加輕盈、更加牢固。這座酒店擁有世界上最大的公共基座，同時(shí)也為城市增添了別具一格的現(xiàn)代化建筑風(fēng)貌。此外，UHPC還可以用于制作樓柱、樓梁、地下車庫板等部位，提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性。例如，日本東京銀座置地廣場(chǎng)中，使用了UHPC制作樓梁和樓柱[2]，材料本身強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的抗震性能，在地震時(shí)有著更好的穩(wěn)定性和保護(hù)作用。
[2] The GINZA Place - an addition in the heart of Tokyo's upmarket area (Structural Engineers World Congress), Dimitrios Mamalis, SEWC 2015.
via ResearchGate: Cantilever structure in modern construction
工業(yè)制造
Manufacturing Industry
在制造業(yè)領(lǐng)域中，UHPC已經(jīng)成為模具制造的熱門材料。汽車、機(jī)械、電子等行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)常需要使用模具，而UHPC由于密度高、強(qiáng)度大、耐磨性好等特性，非常適合用于制作高精度的模具。例如，在德國(guó)奧迪公司生產(chǎn)的A8L轎車中，就采用了UHPC材料制作了發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋的模具[3][4]。相比傳統(tǒng)材料（如鋼鐵和鋁），UHPC材料更輕、更強(qiáng)、更耐久，可以減少模具的重量和體積，同時(shí)提高模具的精度和壽命。此外，UHPC的使用可降低材料和制造成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少對(duì)環(huán)境的污染等
[3] RheoCon2 & SCC9 (Conference report), Gerd Brüggemann and Thorsten B?hm, 2008.
[4] https://www.reuters.com/article/us-audi-lightweight/audi-uses-ultra-light-concrete-for-car-part-moulds-idUSKCN0HQ25120140930
海洋工程
Offshore Engineering
在海洋工程領(lǐng)域中，UHPC可以用于建造海上平臺(tái)和船舶，并且具有出色的耐腐蝕性能和抗浪性能。例如，在挪威北極圈內(nèi)建設(shè)的斯諾帕海上鉆井平臺(tái)[5]中，使用了UHPC材料，該平臺(tái)不僅具備良好的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠承受極端環(huán)境下的惡劣天氣。
[5] Durability and design of UHPC offshore wind turbine substructures（Renewable Energy), Kasper S. Thomsen et al, 2017.
軍工領(lǐng)域
Defense Industry
在軍事領(lǐng)域中，UHPC可以用于制造各種防御工事。因其具有極高的強(qiáng)度和韌性，相比傳統(tǒng)混凝土，其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可以提高10倍以上。同時(shí)，添加了微米級(jí)纖維素材料后，還可以增強(qiáng)其自我修復(fù)能力，提高耐久性和防水性能。因此，UHPC可用于制造護(hù)墻、掩體等防御工事。如，在以色列的加沙地帶，就使用了UHPC材料建造了一些可以有效抵御火箭彈襲擊的掩體[6][7]。
[6] Technology and quality of Ultra-high performance concrete (UHPC) for arms and protective structures (Engineering Structures) Vladimir L. Kuznetsov et al, 2019.
[7] Cement-based materials used in the construction of shelters to resist rocket attacks, Journal of Building Engineering, 2019.
04
業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)
Industry Insider Perspectives
UHPC是混凝土行業(yè)的未來。
—— 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)主席 Thomas Vert
UHPC的力學(xué)性能極其出色，它是未來混凝土的代表。
—— 法國(guó)巴黎高科學(xué)院教授 Francois Toutlemonde
UHPC是人類工程學(xué)的一次革命。
—— 德國(guó)不來梅大學(xué)教授 Karl-Heinz Reineck
UHPC具有非常優(yōu)秀的耐久性和抗震性能，可用于修建長(zhǎng)壽命的橋梁、隧道和高層建筑等。
—— 日本建筑師隈研吾
UHPC具有超強(qiáng)的抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度，可用于修建具有極高要求的建筑和設(shè)施。
——瑞士建筑師Patrik Schumacher
UHPC具有非常好的工藝性，可以制作出非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
——荷蘭建筑師Ben van Berkel
文獻(xiàn)參考
Literature Reference
1. Ultra-high-performance concrete: From fundamental mechanisms to design and applications, Construction and Building Materials, 2017；
2. Ultra High Performance Concrete (UHPC) - A Review on the Material Properties, Design Principles and Manufacturing Techniques, Materials Science and Engineering, 2020；
3. Kim,J.Y., & Lee, C.S. A review on the development of ultra-high performance concrete in civil engineering applications. Advances in Materials Science and Engineering, 2018. doi:10.1155/2018/7107583
4. Wang, J., Zhang, Z., & Ding, X. Sustainable development of construction industry by utilizing UHPC.Journal of Cleaner Production, 247,119245. doi:10.1016/j.jclepro.2019.119245.
5. Konsta-Gdoutos,M.S.,Shah,S.P.,&Sanchez-Heredia,J .D. Ultra-high-performance concrete: From fundamental mechanisms to design and applications. Construction and Building Materials,147,662-674. doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.04.128
Shanghai Tongyang Innovative Material Co., Ltd
上海同旸新材料有限公司成立于2021年，是專注從事混凝土結(jié)構(gòu)加固材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與技術(shù)服務(wù)的新型建筑材料公司。
公司總部位于上海寶山工業(yè)園區(qū)內(nèi)，生產(chǎn)過程采用了國(guó)內(nèi)質(zhì)優(yōu)特種砂漿生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了特種砂漿生產(chǎn)規(guī)?；?、系列化、自動(dòng)化。主要產(chǎn)品涵蓋高強(qiáng)無收縮灌漿料、高延性纖維混凝土、道路搶修早強(qiáng)材料、聚合物砂漿、超高性能混凝、混凝土截面加固灌漿料等多種類型。現(xiàn)TY全系列產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道、水壩、機(jī)場(chǎng)、地鐵等工程領(lǐng)域。
/ TY-UHPC /
Core Product
TY-UHPC是一種新型的混凝土材料，其具有非常卓越的力學(xué)性能和耐久性能。目前我司新研發(fā)的抗壓強(qiáng)度大于120MPa、150MPa、160MPa的UHPC干混料已經(jīng)通過相關(guān)技術(shù)檢測(cè)。TY-UHPC具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、優(yōu)異的抗沖擊性能等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、道路橋梁、水利工程、隧道以及防護(hù)工程等領(lǐng)域。此外，TY-UHPC還具有自密實(shí)化、自養(yǎng)護(hù)等功能，在使用中能夠有效提高混凝土的整體性能，降低維護(hù)成本，是一種非常優(yōu)秀的材料。
結(jié)語
Summary
UHPC是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料，已經(jīng)在建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。作為一家專業(yè)的灌漿料生產(chǎn)企業(yè)，上海同旸新材料有限公司將繼續(xù)秉承質(zhì)量第一、技術(shù)領(lǐng)先、客戶至上的原則，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，共同推動(dòng)建筑行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。歡迎各界人士前來垂詢、合作！
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