西班牙UHPC創新結構發展歷史
時間：2022-10-08 來源：砼策智庫 分享：
目前，法國、瑞士、丹麥、中國、日本和美國都是UHPC發展比較活躍的國家，這些國家致力于常見結構的有關技術和發展趨勢研究，如單體建筑、橋面及其接縫連接、橋梁結構及修復、陽臺、樓梯建造等等。目前，法國、瑞士、丹麥、中國、日本和美國都是UHPC發展比較活躍的國家，這些國家致力于常見結構的有關技術和發展趨勢研究，如單體建筑、橋面及其接縫連接、橋梁結構及修復、陽臺、樓梯建造等等。
UHPC被認為是20世紀最具創新性的水泥基工程材料之一。目前，法國、瑞士、丹麥、中國、日本和美國都是UHPC發展比較活躍的國家，這些國家致力于常見結構的有關技術和發展趨勢研究，如單體建筑、橋面及其接縫連接、橋梁結構及修復、陽臺、樓梯建造等等。人行橋及橋面板應用
在西班牙，這方面工作也有不同類型的機構在推進實施。事實上，UHPC在西班牙的首次應用可以追溯到2003年，馬德里雷納索非亞博物館(Reina Sofia Museum in Madrid)的復合結構項目中。Ductal?-AF用于澆筑一個高度為16m，直徑為32cm的結構。遺憾的是，關于該項目的資料很少，它也是UHPC在國際上的一個里程碑。UHPC在西班牙的第二次應用是在十年后，2013年，地中海城市阿利坎特(Alicante)建成了橫跨奧維賈峽谷(Oveja’s Ravine)的人行橋。這座跨度43m，寬度3m的結構成為世界上第一個僅用UHPC建造的桁架人行橋。UHPC混合料使用當地可用的材料，空氣固化后平均抗壓強度達到150mpa。由于得到瓦倫西亞是個開放的城市，該建設方案被提出后，最終項目得以實現。該結構獲得了2013年西班牙土木工程協會ACHE的土木工程獎，以及2019年ACI建筑獎，以表彰該項目的設計師對行業的杰出貢獻。如今，近10年過去了，該結構不需要任何維護，在XS1級環境的暴露下保持著完美狀態。
在這次成功的經歷后，2014年又先后建造了兩座人行橋。一座位于在瓦倫西亞Pu?ol的V-21高速公路上，另一座是在2016年建造的Guadassuar人行橋。人行橋結構的跨度為30-33m，與其他方案相比，實現了一種更工業化的預制解決方案，使其實現最少的維護成本。
所有這些人行橋的橋面均為35mm厚的無鋼筋UHPC面板，由混合UHPC和鉤端鋼纖維制成。自2016年以來，作為最大尺寸2×3 m的技術地板，該解決方案已用在許多不同類型的項目中。
2021年，西班牙第四座UHPC人行橋安裝在Sollana，跨度為15.4m。在2022年底之前，巴倫西亞附近第二座跨度35m的人行橋將投入使用。
海上牧場漂浮結構應用
2015年，當地UHPC研發機構發現了水產養殖部門的一個重大持久性問題：加利西亞有3337個用于收獲貽貝的水上農場，它們的使用壽命很少超過10-15年。因此，他們決定設計一個類似UHPC梁漂浮結構。UHPC梁結構可以保持相同重量、結構更能適應波浪的沖擊，而且具有更好的耐久性。因此，UHPC制作的漂浮結構應運而生。2016年10月，團隊在Cantabric Sea為AZTI安裝了第一個365㎡的漂浮筏原型。這成為世界上第一個UHPC漂浮結構，也是該材料在水產養殖中的首次應用。從商業戰略的角度考慮，向市場推出這類產品的想法貌似很瘋狂，因為UHPC漂浮農場有四個明顯的障礙:- 漁民固有觀念障礙：他們不相信混凝土，因為他們在港口中看到了許多腐蝕的情況；
- 運輸障礙：UHPC產品生產工廠距離加利西亞1000km，那里又是漂浮筏傳統原材料（桉樹木材）盛產的地方，這就意味著使用新方案將面臨雙重困難；
- 價格障礙：UHPC解決方案比傳統解決方案貴25%；
- 知識障礙：UHPC研發機構在先進材料方面是專家，但在海產品養殖方面不是。
盡管有以上眾多障礙，但有一個關鍵的事實給了研發機構和從業者進入市場的機會：客戶是漂浮筏的維護者，他們清楚地知道每年要花多少錢來保護和修理木結構。因此，UHPC漂浮結構降低維護成本的優勢就凸顯出來，使其進入市場變的更加順理成章。目前有超過20000㎡的UHPC漂浮筏結構應用在加利西亞、瓦倫西亞、亞得里亞海、北海和波羅的海。
下圖是第一艘UHPC筏安裝5年后(2016-2021年)的檢查情況。盡管處于XS3的環境級別，承受了高達1.2m的海浪，但該結構狀況依然良好，沒有腐蝕跡象。UHPC漂浮筏可以承受高達3.7m的海浪，以加利西亞的Baiona河口的漂浮筏為例，目前還處于完美狀態。
公路橋梁結構應用
2018年，西班牙第一個UHPC公路橋完工，該項目主要完成了一座跨度為7m的公路橋面安裝（該橋2007年被Vernissa河的水流沖壞）。該方案由三個雙向UHPC預制構件組成(厚40cm)，以實現能夠抵御未來高流量的洪水，并提高耐久性。
2019年，Alcira的一座橋（距離前一座橋50公里）遭受了一輛卡車的撞擊，破壞了其最初的兩根雙T梁。承包商為其設計新了UHPC梁，如果未來再有新的碰撞，梁將不會受損。新的UHPC雙T梁是預應力的，并在工廠預制生產，尺寸與未損壞的普通混凝土梁一樣。
2020年，在新冠毒病(COVID-2019)引起的全球封鎖之后，UHPC材料為多種應用場景提供了可能性。2021年，西班牙一家公司使用UHPC修復了一座四層的歷史建筑。該建筑建于1900年，要求增加最大設計負荷，并必須符合最低樓層高度的要求。由于高度問題，不允許安裝典型的混凝土或鋼地板。此外，考慮到這座文化遺產建筑的特殊保護要求，一些木地板需要作為新地板進行整合。
由于這些原因，該建筑采用UHPC材料進行修復。該解決方案使每平方米地板的重量最小化，避免了這座歷史建筑超載。UHPC在24小時后能提供40%的性能，因此它促進了工程的進展和模板的早期拆除。
功能性構件（泳池）開發應用
2021年，西班牙一家預制住宅公司Casas InHaus設計了一個長12mi的懸臂結構游泳池，增加懸臂的長度是最具有挑戰性的。與傳統混凝土結構相比，UHPC的使用減少了70%的重量，因此構件的厚度減少了，并具有更大的建筑價值。這個案例說明UHPC結構的輕量化不僅可以降低成本，還可以通過美學藝術效果來提供額外的價值，從而使客戶選擇了其他材料無法實現的解決方案。
太陽能漂浮結構應用
在2022年，UHPC組件應用于漂浮太陽能工廠，這是世界上首次使用UHPC材料來解決海上光伏項目遇到的問題。該設計申請了專利，它可以保護UHPC浮橋平臺免受海浪的沖擊，同時用作加強筋，將系泊次數減少到最低，以實現降低成本的目標。該解決方案目前在市場上已經得到應用。該設計應用在歐盟最大的人工湖，而這個裝置是歐盟大壩中最大的漂浮太陽能發電廠。使用UHPC比其他材料更具競爭力，因為在這種應用中耐久性和輕便性都提供了競爭優勢。由于潮濕的環境和海浪造成的磨損，耐久性很重要。
解決方案的輕盈度體現在以下幾個方面:
浮筒的平均密度小于1，如果浮橋板較薄，重量較低，所以可以通過降低浮橋板的厚度，將密度保持在1以下，從而減少更多重量和降低成本。這使得UHPC浮橋與傳統混凝土解決方案相比有明顯的競爭力。
輕量化構件需要減少吃水深度才能漂浮，因此水動力也減小，這樣可以節約系泊點和連接成本。
運輸和操作成本可以顯著降低，此案例與傳統的解決方案相比，運輸成本減半。
耐久性、輕便性、防火強度和彈性是Alqueva工廠浮動變電站的主要優勢，該變電站是上文“太陽能漂浮結構”的附屬配套方案，使其成為世界上第一個使用UHPC完成的變電站。變電站的尺寸為12.3mx 6.5m，厚度為1.29m，中心設計了一個22噸的集裝箱。
下表為以上UHPC應用發展的英文表格，這些是迄今為止UHPC在西班牙應用于不同結構的案例，也顯示了這些里程碑所在的地方。標準化的預制產品主要用于收獲貽貝的海上浮動農場，安裝了近40個結構(約1000m3的UHPC)，近80%在加利西亞地區。
這些成功的應用證明了西班牙的工程師們及用戶對UHPC可能性的理解越來越深入。
創新成功的一個關鍵因素是擺脫對傳統理念的束縛
未來幾年新應用的發展前景應該會更好，希望這篇文章能鼓勵工程師們在他們的設計中可以考慮使用UHPC
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