UHPC是什麼？
「UHPC」，英文正式名稱為 Ultra-High Performance Concrete，中文翻作「超高性能混凝土」，從字義上來看，就知道這是種強度和耐久性極高的混凝土配方，可說是傳統混凝土的Ultra Pro Max升級版!

和一般混凝土不同，UHPC的原材料和製造工藝有經過特殊設計，傳統混凝土的基本成分包含水泥、砂子、碎石、水和必要的化學添加劑，而UHPC則會進一步處理原材料，並加入一定比例的鋼纖維，精細原材料加上鋼纖維使得UHPC就像吃了「無敵星星」一般，更硬、更堅固、也更加耐用! 

UHPC與一般混凝土的差異
UHPC的成分可說是萬中選一，精挑細選的材料使得混凝土微觀結構非常緊密，孔隙率極低[1]；相對地，普通混凝土因原物料的關係讓微觀結構較為鬆散，具有較多孔隙，孔隙的增加會使得結構較為脆弱，導致UHPC和傳統混凝土兩者外觀雖然相似，但受到天災或事故時狀況卻是大不相同。

前面有提到，UHPC中會加鋼纖維，因為鋼纖維的添加，UHPC整體呈現高韌性，也就是說在出現裂縫後時不會馬上斷成兩半。舉例來說，普通混凝土在實驗中一般承受不了多少變形就會斷裂，而UHPC會先出現細裂縫，這時鋼纖維會抓住兩側，使UHPC能承受更大的變形而不立即斷裂，直到最後鋼纖維撐不住了才斷開[2]。舉例來說，這就像給混凝土裝上了「隱形安全繩」，裂縫一旦出現，纖維便把它「連起來」，讓材料表現得更像可以延展的塑膠而不是直接碎裂的陶瓷。實際性能差異如下表：


UHPC與一般混凝土差異

UHPC的優勢與特色
• 極高強度：UHPC的抗壓強度通常超過120 MPa，是傳統混凝土的好幾倍，超高的強度能讓設計師能用更細的柱體結構承載同樣重量，或在需要時承受異常高的壓力，以上特性使得UHPC在薄壁結構方面可說是第一選擇!像是在製作橋面板、隧道襯砌板或建築立面時，都可以用更纖薄的UHPC結構取代粗厚的一般混凝土結構，安全不打折，空間多更多!

• 超高耐久性：相較一般混凝土，UHPC可說是非常耐用!研究指出，由於UHPC孔隙率低，受外界干擾的影響會小於普通混凝土，在相同的條件下，UHPC經百萬次的實驗測試後也不會漏水、剝落[1]。因此，相較於「修三年補三年，縫縫補補又一年」的傳統混凝土，UHPC構件基本不需要頻繁修繕，整體結構壽命還可以延長數倍，可說是水泥界的長青樹![1]。

• 優異延性與抗裂性：傳統混凝土若不添加鋼筋，一旦出現裂縫時就容易就斷成兩半，造成意外，但UHPC在出現裂縫時，其中的纖維會像橋樑一樣”咬”住兩側，使得UHPC不會馬上斷成兩半，而這可以有效避免意外事故發生，保護使用者的安全。更特別的是當UHPC出現微小裂縫時，小裂縫會被UHPC的自我修復機制慢慢填平，不會像傳統混凝土一樣，一旦出現裂縫就只能修補。舉例來說，UHPC就像加了補強線的塑膠膜，在裂開一點縫之後，還能慢慢自我回複，而不像一般混凝土那樣裂了就碎。

• 良好施工性：儘管UHPC算是相當高級的材料，但它的現場施工其實並不困難，甚至可以說是相當容易。由於UHPC本身的特性，施工時UHPC便能自己填滿模板而不需振搗來減少空隙，而這減少了人力需求和施工缺陷，市面上很多預拌UHPC產品就像高級果凍一樣細膩易攪拌，在現場澆築或預製構件都很方便。另外，UHPC還可以做到一般混凝土難以達成的事: 鑄造成各種特殊形狀!由於UHPC諸多特性，建築師可以用這種材料實現許多先前難以實現的建築設計!¬想要設計曲面，薄版，還是棱角?UHPC都能做到，UHPC為建築師的奇思妙想鑄造基石，讓天馬行空的設計能夠夢想成真!

• 低維護頻率與環保潛力：相對於傳統混凝土，UHPC雖然比較貴，但由於壽命長、維修頻率低，長遠來看UHPC成本並不會像想像中高。UHPC的高耐蝕性表示需要維修的頻率大幅降低，而且因為UHPC可以做得更薄更輕，同樣載重情況下總材料用量並不會比普通混凝土多，另外，因為UHPC的特性，結構中可以使用比較少鋼筋用量，對環境更友善。因此，在UHPC可以被視為一種壽命長、低碳排放的未來工程材料，既比傳統混凝土更堅固，也比一般混凝土對大自然影響更小!

UHPC的實際應用案例
超高性能混凝土發展歷史雖然並不像傳統混凝土久遠，但世界各地已有不少成功建築案例。

• 法國：早在2001年，法國伏倫斯堡（Bourg-lès-Valence）就建成了世界上第一座公路用UHPC橋樑，外觀請見圖一（兩跨橋樑，跨距22.5 m與20.5 m）[3]。OA4與OA6公路橋使用UHPC材質取代了傳統混凝土，讓橋梁整體結構更細長、重量更輕，可說是UHPC應用的里程碑!


法國伏倫斯堡（Bourg-lès-Valence）OA4與OA6公路橋

• 美國：美國第一座UHPC橋—Mars Hill公路橋[4]於2006年完工，位於愛荷華州，是由三座事先鑄造好的UHPC梁加上傳統混凝土現場灌注橋面版所組成，在橋梁中是所謂單跨簡支橋梁，外表像圖二所示。Mars Hill公路橋跨越淨間距為33.8 m，橋面寬度達8.3 m，垂直向或水平向皆為直線型無預拱之設計，且不使用剪力配筋，可說是前所未見的作法!


Mars Hill公路橋

• 馬來西亞：在2010年，馬來西亞在Kampung Linsum峽谷修建了國內第一座UHPC-RC公路組合橋，橋梁外表如圖三所示[5]。大橋單跨跨徑50m，UHPC主樑為U形梁，U形梁斷面尺寸為高1.75 m、頂部寬2.5 m和底部寬1.4 m，腹板厚15 cm。RC橋面板寬4 m，厚200 mm，使用現場澆置施工方式製造。Kampung Linsum公路組合橋的UHPC梁中未配置任何抗剪鋼筋，在當時是全世界最長的單跨 UHPC 公路橋!


馬來西亞Kampung Linsum UHPC-RC公路組合橋

在台灣，也有UHPC的使用案例，UHPC目前主要應用於橋梁與建築的補強修復領域，例如台南都會區北外環道路伸縮縫[2] 就是台灣首例將UHPC用於橋梁伸縮縫的例子，如圖四所示。藉由使用UHPC，橋梁伸縮縫較不易損傷，可以能延長整座橋的壽命，讓橋樑更耐用!在未來，類似設計概念也可應用於其他橋梁檢修和結構補強上，像是用UHPC包覆橋梁樑柱或是舊橋墩加固等，都可以有效延長橋梁壽命。除此之外，台灣也有些研究把UHPC用在精緻建築結構或特殊構件，例如高樓立面牆板、預製構件聯結等領域，藉由UHPC的優越性質，達成許多先前實現的建築設計!


台南都會區北外環道路伸縮縫

性能優異的潤泰UHPC
想在橋樑使用UHPC?潤泰UHPC可為您助一臂之力!潤泰新推出的潤泰UHPC乃是專門用於橋梁的UHPC，從源頭到成品，潤泰UHPC皆用最高規格檢視，只為客戶提供高品質UHPC!潤泰UHPC使用的材料經過精挑細選，在通過層層把關後才能用於生產潤泰UHPC，同樣的，潤泰UHPC的生產過程也絕不馬虎!材料配比經過實驗團隊精心設計，生產過程也有嚴謹管控，最終使得潤泰UHPC具有特殊工藝混凝土的塑形與抗壓特性!規範方面，潤泰UHPC數據皆符合美國AASHTO (美國國家公路與運輸官員協會)規範，如圖五。潤泰UHPC可運用在大型橋梁、濕接縫等方面使用，藉由替代現有傳統鋼筋混凝土澆灌橋梁，潤泰UHPC不但可以做到更堅固、更薄，同時也可以延長橋梁使用壽命，可謂是您在橋梁UHPC方面的第一選擇!


圖五 潤泰UHPC DM

參考資料：
[1]超高性能混凝土發展現狀分析
[2] 超高性能混凝土(UHPC)材料與結構應用, 中華技術139期,July, 2023
[3] UHPFRC bridges under completion at Bourg-lès-Valence  | Download Scientific Diagram
[4] UHPC in the U.S. Highway Infrastructure - Scientific Figure on ResearchGate.
[5] Usage of Pedestrian Bridge among the Urban Commuters in Kuala Lumpur: A Conceptual Analysis and Future Direction - Scientific Figure on ResearchGate.

文章來源：潤泰精密材料 李振安 博士