超高性能混凝土替代钢筋、花岗岩，提升透水砖性能
“混凝土”上也可以种植?科技的创新正在将不可能变成可能：制作成透水混凝土，成为海绵城市建设中可渗透地面的主要材料;做成植被型生态混凝土，允许城市建设者们在上面种花种草，将城市还给大自然，环保和绿色建设将成为常态……这些新应用场景正是超高性能混凝土(简称为UHPC)被用于城市建设中，不断出现在日常生活当中。如今，寻找城市建设与生态环境的可持续发展之路，为不可再生资源寻求替代品，这一课题摆在材料专家们的面前。而诸多解决方案当中，超高性能混凝土已经“冲”在最前头，被广泛应用于桥梁、建筑物、马路、城市家具、雨水井盖、水箅等领域。
预测使用寿命至少100年
人们印象中的混凝土是一种硬邦邦的建筑材料，但如今新型的超高性能混凝土(UHPC)除了承担延长建筑寿命的重任外，它还能种植，混凝土也变得更有生命力。其实，由于分子结构不同，材料会表现出不同的特性。最为明显的就是碳元素，同为碳元素的钻石和碳是完全不同的两种产品，硬度也完全不同。同样可以理解，UHPC除了替代花岗岩，也可以做成透水砖，让城市建设者在上面种花种草。
在1994年，UHPC首次出现并给予准确定义。由于性能卓越，自问世以来，便迅速成为研发主题，并逐步实现应用。而从2000年开始，在矿物粘料和强塑剂的应用上所取得的进步，使UHPC的制造和成本便逐年降低，率先在桥梁建设上实现大规模应用。据了解，截至2016年3月，全球便已经建成88座UHPC桥。发展至今，仅在中国，约有32座桥梁采用UHPC材料。
作为一种全新的材料，由于强度极高，在承受相同荷载的前提下，UHPC可以有效减小截面，降低自重。在承担同样的载荷方面，UHPC结构的重量仅为钢筋混凝土结构的1/3，几乎与钢结构相近。相比于抗压强度是15-55MPa的普通混凝土，UHPC的“门槛”是抗压强度必须高于150MPa。这个抗压强度只是UHPC的起点，目前国际上的UHPC材料抗压强度可达到约230MPa。
UHPC除了能抗压外，还能抗折，其抗折强度最高为60MPa。UHPC断裂能为20000-40000J/㎡，这一数值比铸铁还高。在决定耐久性的“磨损系数”上，UHPC仅1.3，为普通混凝土的三分之一。国外根据理论分析、暴露试验以及实际工程检验结果对UHPC结构寿命进行测试，预测其在腐蚀环境中(如海洋环境)可超过200年以上;在非腐蚀环境(如城市建筑)可达1000年。而相对保守的日本指南则认为，在正常环境下，UHPC结构的设计工作寿命为100年。
广州造UHPC性能超国际同类产品
中国是在上世纪90年代末引入UHPC，并持续不断地开展相关研究工作并加以应用。在广州，对新材料的应用和推广更具包容性与积极性。广州华穗威预制件有限公司副总工程师、博士后林东告诉记者，2016年华隧威科研小组启动UHPC材料的基础研究工作。在短短两年里，广州便形成拥有自主知识产权的UHPC，并实现量产。
林东博士介绍，“我们目前量产UHPC材料抗压强度最高达到255MPa，是普通混凝土的8~10倍;抗折强度最高可达到41MPa，是普通混凝土的10~12倍;电通量仅为4.2库仑，耐久性能比普通混凝土高3个数量级——相关性能达到甚至超过了国际同类产品。”
据了解，目前UHPC制造和生产的过程中，各国存在一定的差异。主要分成两种，一种是以UHPC为主要材料，需要在生产线上进行“预制”。另外一种，将UHPC作为粉末，现场使用时只需添加规定量的水搅拌均匀即可施工，虽然抗压强度要比“预制件”稍低，但胜在更灵活、便捷、简单，性能也较普通水泥为佳。
在广州华穗威预制件有限公司位于番禺的生产基地，记者见到，相同承载力制成的梁截面对比实物， UHPC材料所制成的构件截面尺寸接近于钢结构构件，明显小于预应力砼和普通砼——能节省构件占据的空间。
改变“重地上，轻地下”的局面
林东博士告诉全媒体记者，由UHPC制成的地铁疏散平台，已经在广州地铁十四号线知识城支线推广应用。地铁疏散平台并非“站台”，而是一种类似于“栈道”的步行通道，铺建在地铁通行的隧道中。绝大多数市民没有见过地铁疏散平台，但作为一种应急设备，必须得有。当地铁发生临时停车，需要疏散乘客;当地铁停运，工作人员需要对轨道进行维护，这一平台就可以派上用场。
以往，地铁疏散平台主要以钢为主要材料，容易生锈、变形。一旦地铁疏散平台需要维护，那将是一项大工程。使用UHPC则没有这些困扰，抗压强度高，使用寿命长，建成之后基本是免维护。全媒体记者现场进行了体验，由UHPC制作成的地铁疏散平台，地板很薄，目测只有普通水泥的三分之一。而人站在上面，感受到的安稳和厚重，要优于钢结构。人在上面行走，也不会产生任何噪音。
据了解，地铁疏散平台只是UHPC应用的“牛刀小试”。更大的应用场景在地下综合管廊，也就是在城市地下用于集中铺设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道。地下综合管廊建设和性能的提升，将改变过去城市建设“重地上，轻地下”的局面，将标志着中国城市建设发展方式的转变。
在广州，UHPC还能制成路缘石、路面砖等市政产品，取代天然石材，用于部分马路和部分建筑的前广场上，比如广园路的一部分步行道。UHPC制作的路缘石、路面砖等市政产品，抗压强度达到120MPa以上，与花岗岩强度相同、甚至更高。通过配比的调整及表面处理工艺，使市政产品具有与花岗岩相近的表面效果。更为关键的是，UHPC可以生产而得，而花岗岩是不可再生资源。
“混凝土”上可以种植
打造绿色城市 提升绿化率
由于透水混凝土具有良好的透水性，是海绵城市建设中可渗透地面的主要材料。然而，目前市面上透水混凝土，当真正达到透水效果时，强度都较低，只能用于景观道、自行车道等低要求的场合，严重影响了透水混凝土的普及。
采访中，全媒体记者了解到，UHPC的使用能够大幅提升透水混凝土的性能，兼顾了强度与透水率两方面的性能，在达到透水效果时，强度仍能做到C30以上，抗折强度5MPa 以上，是一种真正意义的透水混凝土。
林东博士认为，该技术拓宽了透水混凝土的使用范围，为大幅提高城市中硬化地面的可渗透面积提供了可能，在海绵城市建设中具有广阔的应用前景。在现场展示环节，日常生活当中常见的水龙头全开，但地面上没有任何积水，水都通过地面上的透水铺装系统渗透和排放出去。
2017年4月7日，广州市通过《广州市海绵城市专项规划》。广州将通过海绵城市建设，综合采用“净、蓄、滞、渗、用、排”等措施，将70%的降雨就地消纳和利用。到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。毫无疑问，搭建高性能透水铺装系统，是实现这一规划的关键。
当孔隙进一步放大，透水混凝土便能成为植被型生态混凝土。这种混凝土就可以用在高层建筑的外表面，成为生态墙，提升绿化率;还可以用在河堤两岸，确保河堤坚固性同时，还为植被生长留足空间。“在新加波，已有建筑在外表层使用生物墙;在国内还不多见，但这是发展趋势，也是建设绿色城市的需要。”林东博士说。
【知多点】
超高性能混凝土
超高性能混凝土，英文全称是Ultra High Performance Concrete，常被简称为UHPC。该材料结合了超细粒致密材料设计理论与纤维增强技术，是由超细活性粉末、水泥、高强度纤维等，通过最优化级配设计，经热合反应等工艺制备而成的复合材料，是目前世界上最结实、最强韧的一种混凝土，代表了未来混凝土的发展方向。
UHPC以超高的强度、韧性和耐久性为特征，可显著改善传统钢筋混凝土的不足，在本质上是钢和混凝土共同融合的新模式。UHPC不同于传统的高强混凝土(HSC)和钢纤维混凝土(SFRC)，也不是传统意义“高性能混凝土(HPC)”的高强化，而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料。
透水砖&海绵城市
透水砖起源于荷兰，为使地面不再下沉，荷兰人制造了一种长200毫米宽100毫米50或60毫米高的小型路面砖铺设在街道路面上，并使砖与砖之间预留了2毫米的缝隙。当海水倒灌，或者下大雨，水会从砖之间的缝隙中渗入地下。近些年，“海绵城市”成为“绿色环保城市”的重要标签之一。所谓海绵城市，是指城市在适应环境变化、应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用——要能实现对70%实现渗透和再利用。显然，透水砖是建设海绵城市主要建筑材料之一。
【记者观察】
如果随着城市化、城镇化不断跨步向前，消失掉的是本土艺术、本土风俗，甚至还有“绿水青山”，这是十分堪忧的。城市要往前发展，同时要打赢“蓝天白云保卫战”，仍然存在许多亟须面临的挑战。因此，大力发展绿色建筑，推进绿色生态城区建设，提高城镇供排水、防涝、雨水收集利用、供热、供气等基础设施建设水平……这一切，在一座城市的现代化进程中不可或缺。把城市放在大自然中，把绿水青山保留给城市居民。毋庸置疑，UHPC正是满足所有要求的关键建筑材料。UHPC既是现行技术，也是未来技术发展的趋势。
