高性能混凝土在世界上的实际应用：高强高性能混凝土是否是未来的发展趋势呢

小君 2023-02-06 13:35:07 685

高性能混凝土在世界上的实际应用：高强高性能混凝土是否是未来的发展趋势呢UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构（军事工程、银行金库等）和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。表2:超高性能混凝土UHPC基本组成表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论（densified particle packing），其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒（水泥、粉煤灰、矿粉）填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒（硅灰）填充。"超高性能混凝土UHPC"的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的

高强高性能混凝土是否是未来的发展趋势呢？

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

一、超高性能混凝土参数及与传统混凝土对比

超高性能混凝土包含两个方面"超高"--超高的耐久性和超高的力学性能（详见表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比）

表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比

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超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论（densified particle packing），其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒（水泥、粉煤灰、矿粉）填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒（硅灰）填充。"超高性能混凝土UHPC"的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的完善、超高效减水剂（聚羧酸系）问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。

UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的组成见表2。

表2:超高性能混凝土UHPC基本组成

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UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构（军事工程、银行金库等）和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。

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二、超高性能混凝土应用工程案例及分析

2016年世界首座全预制拼装超高性能混凝土（活性粉末RPC）桥梁——北辰三角洲横四路跨街天桥在长沙正式建成通车。该桥由湖南明湘科技有限公司研发、承建，湖南大学为设计和技术支持单位拼装完成仅用10个小时，相较于传统的现场浇筑方式，工期大为缩短。（备注活性粉末RPC为UHPC的一种。）

北辰三角洲横四路跨线桥上部结构采用R150单箱三室鱼腹式节段预制拼装预应力超高性能混凝土连续箱梁，跨径布置为27.6m 36.8m 6.4m（悬臂），桥宽6.5m，全长70.8m；下部结构采用R100超高性能混凝土双向曲线花瓶式整体预制桥墩。预制主梁由14个长4.6m的标准节段和1个平均长度6.5m的异形段组成，预应力孔道采用100MPa的超高性能灌浆料。箱梁采用短线预制、长线拼装工艺进行施工，2个5.4m高的桥墩均为整墩预制吊装施工。设计荷载为4kN/m2人群荷载，设计行车速度30km/h。箱梁和桥墩均采用超高性能水泥基材料制造，该方案的优点如下：1）桥梁的承载和长期性能得以显著提升；2）主梁短线预制、长线拼装，桥墩整体预制吊装，可适应城市桥梁建设的快速、环保要求；3）结构耐久性优异，可实现主体结构使用寿命期内的免维护，使用成本和维护工作量大幅度降低；4）结构轻盈、美观，36.8m主跨一跨过街，跨高比1/28，箱梁底板厚8cm、顶板厚10cm。超高性能混凝土构件体积一般情况下仅为普通混凝土的1/3。如果大范围推广超高性能混凝土，可直接减少材料消耗。这对于保护资源、降低污染有着重要实际意义。

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由中铁大桥科学研究院自主研发的新型超高性能混凝土在太原摄乐大桥上桥面铺装上应用。该新型超高性能混凝土解决了大跨径钢桥面铺装出现桥面板疲劳开裂及铺装层破坏两大世界性技术难题。超高性能混凝土组合钢桥面铺装体系采用双层结构，在这层超高性能混凝土之上，将铺一层磨耗层。该磨耗层材料仍采用柔性铺装材料，与现有城市道路或高速公路道路视觉效果一致，在桥梁使用的全寿命周期内仅需要对磨耗层进行更换，后期养护简便且费用低，总投资额将是目前柔性铺装方案的10％至15％。

这种混凝土的"超高性能"体现在超高的力学性能、超强的耐久性能、优良的体积稳定性能、优越的工作性能。抗折强度是普通混凝土的3倍，相对于已经面世的超高性能混凝土，这种新型混凝土具有收缩变形下降50%、常温条件不需要蒸汽养护的优点，从而性价比更高。优点：1）如果在正交异性钢桥面板桥面铺装中，用这种超高性能混凝土代替原有的沥青混合料作为铺装层的下层，可以提高桥面系刚度，改善沥青铺装基层的刚度和粘结性能，有效解决钢桥面疲劳开裂问题；2）如果在普通混凝土箱梁结构桥梁的修补加固过程中使用超高性能混凝土，将大大提高加固效果；用这种超高性能混凝土可以生产出薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件，使桥梁采用更薄的结构设计，减轻桥面的自重。这座创造了"太原速度"的大桥，再创一大"奇迹"，将成为"永不开裂的桥梁"。

目前，超高性能混凝土材料呈爆发式增长，其应用领域已拓宽至大型桥梁、高层建筑、地下综合管廊、国防设施等多个领域。而且，随着近年来对超高性能混凝土材料特性认识的不断深入，超高性能混凝土逐步量产，其工程造价还在逐步降低。2018年将是超高性能混凝土产业化发展的元年，超高性能混凝土将吸引更多的资本进入，到2020年，有望形成超高性能混凝土研发、生产、应用的全产业链。此外，作为一种新兴材料，在行业内，超高性能混凝土的定义、性能指标等尚未形成共识，特别是相关标准、规范缺乏。陈政清院士说，必需加快相关行业规范与标准的起草与制定，以促进超高性能混凝土材料的推广应用。

三、上海轨道交通建设应用超高性能混凝土建议

1、轨道交通桥梁层与桥梁加固

例如十四五上海轨道交通建设崇明线崇启大桥的改建工程，目前5号线南延伸的闵浦二桥已应用超高性能混凝土。优点：减轻结构自重，提高桥面层的抗疲劳开裂能力。缺点：国内超高性能混凝土材料规范及设计规范缺失，材料选择范围比较小。

2、预制楼梯

13号线二期开始推广预制楼梯，目前普通混凝土预制楼梯整体重量偏重，单块重量达三吨之多，在地下空间吊装安装不方便，未来可考虑应用超高性能混凝土，减轻楼梯本体重量，便于狭小空间吊装。且发挥超高性能的高韧性，预制楼梯整体美观。

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