我國土木工程建設(shè)正處在大規(guī)模建設(shè)向建養(yǎng)并重轉(zhuǎn)移階段，超高性能混凝土(UHPC)已經(jīng)在新建高性能結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)加固改造中得到了應(yīng)用。在水泥基材料及其應(yīng)用領(lǐng)域，UHPC作為先進(jìn)水泥基材料，為宜業(yè)尚品、輕量化與耐久耐用工程結(jié)構(gòu)提供了創(chuàng)新的源泉和空間；低碳、綠色環(huán)保、可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展的要求，推動了UHPC在工程建設(shè)中的應(yīng)用。
2021年，我國UHPC呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢。UHPC領(lǐng)域的研究成果、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、新的工程應(yīng)用都有長足的進(jìn)步。
技術(shù)研究
據(jù)專家2021年2月統(tǒng)計(jì)了2007年至2020年的資料顯示，自然科學(xué)基金資助的UHPC相關(guān)研究項(xiàng)目數(shù)量、科學(xué)基金支持的研究項(xiàng)目都有較大增長，從一個(gè)側(cè)面反映UHPC研究活動越來越活躍。還有很多結(jié)合工程項(xiàng)目具體需求而開展的專項(xiàng)試驗(yàn)研究，為工程應(yīng)用方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在中國知網(wǎng)上，以“超高性能混凝土+UHPC”“活性粉末混凝土+RPC”和“超高韌性混凝土+STC”(在我國使用的三個(gè)名稱)為主題詞，分別查詢過去20年（2001-2020）每年在中文期刊發(fā)表的研究論文和各類文章數(shù)量均在增長。此外，還有相當(dāng)數(shù)量的研究論文發(fā)表在國外刊物。近幾年我國UHPC的應(yīng)用快速增長，得益于越來越多的UHPC相關(guān)研究，加快了UHPC技術(shù)進(jìn)步與積累，為工程應(yīng)用、創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力的支撐。
材料研究
標(biāo)準(zhǔn)《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》(T/CBMF37/T/CCPA-7-2018)規(guī)定了UHPC材料的基本性能和要求，《超高性能混凝土預(yù)混料》(T/CBMF96/T/CCPA20-2020)則擴(kuò)展到常用的、主要的新拌性能和硬化性能。這些性能是UHPC材料目前發(fā)展階段可以標(biāo)準(zhǔn)化分級與要求的性能。除這些性能外，在實(shí)際工程應(yīng)用中，可能會對UHPC提出更多方面的性能要求，如快凝快硬、高早強(qiáng)、低收縮或無收縮、高彈性模量、良好耐高溫性能、高耐磨性能，以及更高抗拉性能或更低制備成本等等。因此，材料性能的提升與發(fā)展進(jìn)步，會長期是UHPC材料研究的主題。
應(yīng)用研究
橋梁應(yīng)用研究在UHPC橋梁發(fā)展領(lǐng)域，2021年8月底貫通的廣東英德北江四橋非常值得關(guān)注，其中保利長大承建的大站鎮(zhèn)岸跨堤引橋是國內(nèi)首座大跨徑UHPC公路梁橋，由4幅102m跨徑UHPC簡支箱梁組成。
廣東英德北江四橋
該UHPC梁橋采用了湖南大學(xué)邵旭東團(tuán)隊(duì)研發(fā)的單向預(yù)應(yīng)力UHPC薄壁連續(xù)箱梁新結(jié)構(gòu)。在2017年前，針對大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋自重過大、主跨過度下?lián)虾土后w開裂等難題，邵旭東團(tuán)隊(duì)提出了UHPC (RPC) 箱梁解決方案，并為此開展了大量試驗(yàn)研究優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)連接。在此基礎(chǔ)上，中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院、湖南大學(xué)和廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合編制了《節(jié)段預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土箱梁橋?qū)Ｓ眉夹g(shù)規(guī)程》，用于指導(dǎo)UHPC 箱梁橋的設(shè)計(jì)與施工。英德北江四橋首次將全新構(gòu)造的密集橫隔板UHPC薄壁箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)橋，是橋梁建設(shè)和UHPC梁橋發(fā)展的一次重大突破。該技術(shù)方案有望綜合解決大跨徑混凝土箱梁橋開裂和主跨過度下?lián)蟽纱箅y題，并將簡支梁橋的跨越能力擴(kuò)展至100m，未來還有可能將預(yù)應(yīng)力混凝土(UHPC) 連續(xù)箱梁的跨徑提高至400m級。
英德北江四橋102m跨徑UHPC箱梁節(jié)段預(yù)制與橋梁架設(shè)
2021年5 月，中電建路橋、蘇交科、廣東省公路學(xué)會和中路杜拉聯(lián)合在廣東江門組織了“中開高速公路項(xiàng)目30 米U型UHPC組合梁抗彎承載能力足尺試驗(yàn)觀摩會”。已開工建設(shè)的中開高速公路，需要將橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度從33m增加到35m (橋梁兩側(cè)各加寬1m)，橋梁的邊梁需要為此重新設(shè)計(jì)和更換。從梁重量、結(jié)構(gòu)性能、經(jīng)濟(jì)性、耐久性，以及對已建成下部結(jié)構(gòu)影響等方面比選，確定UHPC-RC梁(無腹筋預(yù)應(yīng)力U型UHPC梁與C50鋼筋混凝土橋面板組合梁)為最優(yōu)方案。為確保該技術(shù)方案安全可靠，開展了大量分析計(jì)算和試驗(yàn)，并通過30 米U型UHPC-RC組合梁抗彎承載能力足尺試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性、檢驗(yàn)實(shí)際預(yù)制組合梁生產(chǎn)的質(zhì)量和性能。這種針對實(shí)際工程需求進(jìn)行的試驗(yàn)研究、足尺梁試驗(yàn)，也為UHPC材料本構(gòu)關(guān)系、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
30米U型UHPC-RC組合梁抗彎承載能力足尺試驗(yàn)
由浙江舟山北向大通道公司、同濟(jì)大學(xué)等單位完成的浙江省交通運(yùn)輸廳重點(diǎn)科技項(xiàng)目《超高性能混凝土提升跨海橋梁工程性能的應(yīng)用研究》，在2021年7 月進(jìn)行了成果鑒定。該項(xiàng)目成果之一是設(shè)計(jì)、預(yù)制UHPC預(yù)制T型梁。每片梁UHPC用量約17.6 m3，折合橋面0.27m3 /m2。單榀梁最重約48t，兩輛汽車吊就能輕松完成安裝，大幅降低施工難度和安裝成本。測算表明，UHPC T梁橋的綜合成本與普通混凝土梁橋大體持平，非常適合建造高耐久橋梁，特別是在海洋等腐蝕性環(huán)境中使用的橋梁。
30m 長UHPC T型梁預(yù)制和架設(shè)
2021年8 月，廣東省公路學(xué)會組織專家對中路杜拉公司完成的《中小跨徑預(yù)應(yīng)力無腹筋超高性能混凝土梁橋在舊橋改造中的應(yīng)用研究》項(xiàng)目成果進(jìn)行評價(jià)，充分肯定了預(yù)應(yīng)力無腹筋UHPC中小跨徑梁橋結(jié)構(gòu)型式和UHPC梁體-普通鋼筋混凝土橋面板組合梁的創(chuàng)新性，以及設(shè)計(jì)的可靠性。
《中國公路學(xué)報(bào)》2021年第8期為 “UHPC材料及其在橋梁工程中的應(yīng)用?？?，在?？瘜?dǎo)語中指出“UHPC在新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)加固改造中的應(yīng)用，有望從源頭上解決傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)自重大、易開裂、耐久性不足、維護(hù)費(fèi)用高等共性難題，驅(qū)動橋梁工程的高質(zhì)量展。UHPC材料及其在橋梁工程中應(yīng)用的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，是實(shí)現(xiàn)我國橋梁工程高性能化的重要支撐?？梢灶A(yù)期，隨著研究的系統(tǒng)深入、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建立完善，在橋梁工程向大跨、輕型、耐久耐用方向發(fā)展過程中，以及在既有橋梁加固改造中，UHPC 將發(fā)揮越來越重要的作用。
建筑應(yīng)用研究華東建筑設(shè)計(jì)院張樺、白楊在論文《建筑外圍護(hù)系統(tǒng)的工業(yè)化集成探索實(shí)踐——基于超高性能混凝土圍護(hù)體系的研究》，以華建集團(tuán)裝配式建筑集成技術(shù)試驗(yàn)樓中所采用的單元式集成混凝土外掛墻板為研究對象，深度剖析外圍護(hù)體系的集成設(shè)計(jì)與建造。從抗腐蝕、防污染、防水等方面考慮，選用UHPC制作單元集成混凝土外掛墻板，并將墻板重量降至同等尺寸傳統(tǒng)預(yù)制夾芯保溫混凝土墻板的三分之一。在歐洲，輕量化樓梯是UHPC重要的建筑應(yīng)用之一。中建西部建設(shè)研究院、同濟(jì)大學(xué)等多個(gè)單位，也設(shè)計(jì)研制了UHPC樓梯，將同樣尺寸和功能樓梯的重量減小50%～70% (與鋼筋混凝土樓梯對比)。
華建集團(tuán)裝配式建筑集成技術(shù)試驗(yàn)樓
上海理工大學(xué)和上海建工二建，開展了“UHPC連接的節(jié)點(diǎn)預(yù)制-構(gòu)件預(yù)制裝配式框架抗震性能試驗(yàn)研究”，證明UHPC連接的預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)有可靠的抗震性能。之后，該團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了“基于超高性能混凝土連接的裝配式剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究” ，表明UHPC連接的剪力墻能夠有效地傳遞鋼筋應(yīng)力，位移延性、耗能能力基本與整澆試件處于同一水平，極限位移角滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
我國的建筑產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)建造方式正處于轉(zhuǎn)型升級階段，建設(shè)部在推動發(fā)展工廠化預(yù)制生產(chǎn)、全新裝配式集成部品部件和裝配技術(shù)體系。UHPC有助于建筑部品、構(gòu)件實(shí)現(xiàn)輕量化、高品質(zhì)、高效率和低資源消耗，還可用于構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接提高結(jié)構(gòu)可靠性和抗震性。因此，在建筑領(lǐng)域，UHPC有良好的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展?jié)摿εc市場發(fā)展空間。
近年來，中國混凝土與水泥制品協(xié)會、UHPC分會在推動超高性能混凝土技術(shù)進(jìn)步方面做了大量工作。3月31日，在2021-2022中國混凝土展上，將舉辦“第二屆全國UHPC設(shè)計(jì)定制大賽”，有全國眾多混凝土企業(yè)及大專院校組隊(duì)前來參加。
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