西班牙UHPC创新结构发展历史

发布于：2022-10-11 09:53:11 来自：装配式建筑/项目案例 0 5

作者：砼婳

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转自公众号：砼策智库

UHPC被认为是20世纪最具创新性的水泥基工程材料之一。目前，法国、瑞士、丹麦、中国、日本和美国都是UHPC发展比较活跃的国家，这些国家致力于常见结构的有关技术和发展趋势研究，如单体建筑、桥面及其接缝连接、桥梁结构及修复、阳台、楼梯建造等等。

人行桥及桥面板应用

在西班牙，这方面工作也有不同类型的机构在推进实施。事实上，UHPC在西班牙的首次应用可以追溯到2003年，马德里雷纳索非亚博物馆(Reina Sofia Museum in Madrid)的复合结构项目中。Ductal?-AF用于浇筑一个高度为16m，直径为32cm的结构。遗憾的是，关于该项目的资料很少，它也是UHPC在国际上的一个里程碑。

UHPC在西班牙的第二次应用是在十年后，2013年，地中海城市阿利坎特(Alicante)建成了横跨奥维贾峡谷(Oveja’s Ravine)的人行桥。这座跨度43m，宽度3m的结构成为世界上第一个仅用UHPC建造的桁架人行桥。UHPC混合料使用当地可用的材料，空气固化后平均抗压强度达到150mpa。

由于得到瓦伦西亚是个开放的城市，该建设方案被提出后，最终项目得以实现。

该结构获得了2013年西班牙土木工程协会ACHE的土木工程奖，以及2019年ACI建筑奖，以表彰该项目的设计师对行业的杰出贡献。如今，近10年过去了，该结构不需要任何维护，在XS1级环境的暴露下保持着完美状态。

在这次成功的经历后，2014年又先后建造了两座人行桥。一座位于在瓦伦西亚Pu?ol的V-21高速公路上，另一座是在2016年建造的Guadassuar人行桥。

人行桥结构的跨度为30-33m，与其他方案相比，实现了一种更工业化的预制解决方案，使其实现最少的维护成本。

所有这些人行桥的桥面均为35mm厚的无钢筋UHPC面板，由混合UHPC和钩端钢纤维制成。自2016年以来，作为最大尺寸2×3 m的技术地板，该解决方案已用在许多不同类型的项目中。

2021年，西班牙第四座UHPC人行桥安装在Sollana，跨度为15.4m。在2022年底之前，巴伦西亚附近第二座跨度35m的人行桥将投入使用。

海上牧场漂浮结构应用

2015年，当地UHPC研发机构发现了水产养殖部门的一个重大持久性问题：加利西亚有3337个用于收获贻贝的水上农场，它们的使用寿命很少超过10-15年。因此，他们决定设计一个类似UHPC梁漂浮结构。UHPC梁结构可以保持相同重量、结构更能适应波浪的冲击，而且具有更好的耐久性。因此，UHPC制作的漂浮结构应运而生。2016年10月，团队在Cantabric Sea为AZTI安装了第一个365㎡的漂浮筏原型。这成为世界上第一个UHPC漂浮结构，也是该材料在水产养殖中的首次应用。

从商业战略的角度考虑，向市场推出这类产品的想法貌似很疯狂，因为UHPC漂浮农场有四个明显的障碍:

渔民固有观念障碍：他们不相信混凝土，因为他们在港口中看到了许多腐蚀的情况；
运输障碍：UHPC产品生产工厂距离加利西亚1000km，那里又是漂浮筏传统原材料（桉树木材）盛产的地方，这就意味着使用新方案将面临双重困难；
价格障碍：UHPC解决方案比传统解决方案贵25%；
知识障碍：UHPC研发机构在先进材料方面是专家，但在海产品养殖方面不是。

尽管有以上众多障碍，但有一个关键的事实给了研发机构和从业者进入市场的机会： 客户是漂浮筏的维护者，他们清楚地知道每年要花多少钱来保护和修理木结构。 因此，UHPC漂浮结构降低维护成本的优势就凸显出来，使其进入市场变的更加顺理成章。 目前有超过20000㎡的UHPC漂浮筏结构应用在加利西亚、瓦伦西亚、亚得里亚海、北海和波罗的海。

下图是第一艘UHPC筏安装5年后(2016-2021年)的检查情况。尽管处于XS3的环境级别，承受了高达1.2m的海浪，但该结构状况依然良好，没有腐蚀迹象。UHPC漂浮筏可以承受高达3.7m的海浪，以加利西亚的Baiona河口的漂浮筏为例，目前还处于完美状态。

公路桥梁结构应用

2018年，西班牙第一个UHPC公路桥完工，该项目主要完成了一座跨度为7m的公路桥面安装（该桥2007年被Vernissa河的水流冲坏）。

该方案由三个双向UHPC预制构件组成(厚40cm)，以实现能够抵御未来高流量的洪水，并提高耐久性。

2019年，Alcira的一座桥（距离前一座桥50公里）遭受了一辆卡车的撞击，破坏了其最初的两根双T梁。承包商为其设计新了UHPC梁，如果未来再有新的碰撞，梁将不会受损。新的UHPC双T梁是预应力的，并在工厂预制生产，尺寸与未损坏的普通混凝土梁一样。

建筑结构修复应用

2020年，在新冠毒病(COVID-2019)引起的全球封锁之后，UHPC材料为多种应用场景提供了可能性。2021年，西班牙一家公司使用UHPC修复了一座四层的历史建筑。该建筑建于1900年，要求增加最大设计负荷，并必须符合最低楼层高度的要求。由于高度问题，不允许安装典型的混凝土或钢地板。此外，考虑到这座文化遗产建筑的特殊保护要求，一些木地板需要作为新地板进行整合。

由于这些原因，该建筑采用UHPC材料进行修复。该解决方案使每平方米地板的重量最小化，避免了这座历史建筑超载。UHPC在24小时后能提供40%的性能，因此它促进了工程的进展和模板的早期拆除。

功能性构件（泳池）开发应用

2021年，西班牙一家预制住宅公司Casas InHaus设计了一个长12mi的悬臂结构游泳池，增加悬臂的长度是最具有挑战性的。与传统混凝土结构相比，UHPC的使用减少了70%的重量，因此构件的厚度减少了，并具有更大的建筑价值。 这个案例说明UHPC结构的轻量化不仅可以降低成本，还可以通过美学艺术效果来提供额外的价值，从而使客户选择了其他材料无法实现的解决方案。

太阳能漂浮结构应 用

在2022年，UHPC组件应用于漂浮太阳能工厂，这是世界上首次使用UHPC材料来解决海上光伏项目遇到的问题。该设计申请了专利，它可以保护UHPC浮桥平台免受海浪的冲击，同时用作加强筋，将系泊次数减少到最低，以实现降低成本的目标。该解决方案目前在市场上已经得到应用。该设计应用在欧盟最大的人工湖，而这个装置是欧盟大坝中最大的漂浮太阳能发电厂。

使用UHPC比其他材料更具竞争力，因为在这种应用中耐久性和轻便性都提供了竞争优势。由于潮湿的环境和海浪造成的磨损，耐久性很重要。

解决方案的轻盈度体现在以下几个方面:

浮筒的平均密度小于1，如果浮桥板较薄，重量较低，所以可以通过降低浮桥板的厚度，将密度保持在1以下，从而减少更多重量和降低成本。这使得UHPC浮桥与传统混凝土解决方案相比有明显的竞争力。

轻量化构件需要减少吃水深度才能漂浮，因此水动力也减小，这样可以节约系泊点和连接成本。

运输和操作成本可以显著降低，此案例与传统的解决方案相比，运输成本减半。