UHPC幕墻板的基本原材料對于熟悉混凝土的人來說并不陌生:水、砂、水泥、硅灰、外加劑。聽起來很簡單,但和普通混凝土相比UHPC是不同的數(shù)量級。沒有神秘成分:樹脂,纖維素或特殊聚合物都沒有被用到以達(dá)到超高性能,秘訣在于超細(xì)顆粒和經(jīng)仔細(xì)選擇的顆?;瘜W(xué)和幾何特性,并使這些顆粒通過正確的攪拌,澆筑和養(yǎng)護(hù)以達(dá)到基體的緊密堆積和很強(qiáng)的分子結(jié)合力。
UHPC幕墻板不僅具有超高的強(qiáng)度和耐久性,同時(shí)通過正確的加工方法和工藝,它能夠?yàn)楦咭?guī)格的建筑構(gòu)件,創(chuàng)意建筑設(shè)計(jì)靈感,建筑的經(jīng)濟(jì)性提供滿足其需求的解決方案。以下是一部分UHPC幕墻板在建筑設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用情境和所能達(dá)成的效果。
超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是堆積密度理論(densified particle packing),其組成材料不同粒徑顆粒以比例形成緊密堆積,即毫米級顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充,微米級顆粒堆積的間隙由亞微米級顆粒(硅灰)填充。早在1931年,Andressen就建立了堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而,直到上世紀(jì)七十年代末,在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上,采用該模型設(shè)計(jì)配制的一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet(水泥與混凝土試驗(yàn)室)誕生,稱作CRC(Compact Reinforced Composite,密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料)。CRC與目前的UHPC達(dá)到基本相同的力學(xué)性能,高抗壓強(qiáng)度超過400MPa,使用燒結(jié)鋁礬土作骨料,同時(shí)使用鋼纖維提高材料的韌性,所以稱作“復(fù)合材料”。
UHPC幕墻板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(tái)和樓梯等,未來可望拓展至更多的應(yīng)用領(lǐng)域。
UHPC幕墻板結(jié)構(gòu)與裝飾一體化實(shí)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(shí)在構(gòu)件制作和安裝效率及成本方面得到有效控制。
UHPC混合料的膠結(jié)材料總含量通??梢猿^1,500lbs/cud/cudd,這是大多數(shù)常規(guī)混凝土混合料的膠結(jié)材料含量的兩倍以上。然而,由于使用了專用的高范圍減水劑,水與粘合劑的比例(w/b)通常為0.20或更低。致密的顆粒堆積與超低的w/b相結(jié)合,在混凝土中產(chǎn)生了高度精煉的微觀結(jié)構(gòu),從而提供了出色的強(qiáng)度和耐久性。因此,即使在苛刻的外部環(huán)境中,例如海洋和凍融環(huán)境下,UHPC元件的預(yù)期壽命也可以達(dá)到200年或更長。