超高性能混凝土在新建地面桥梁中的应用

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 215151）

一、应用背景

城市地面桥梁上部结构一般采用先张法预应力混凝土空心板的施工工艺，以增强钢筋混凝土结构的抗裂性能，待混凝土结构强度达到75%以上时，再采用后张法进行预应力混凝土T梁、混凝土小箱梁的施工，以保证工程质量。由于预制小箱梁自身结构大，如跨度较小的桥梁采用小箱梁进行施工，在断面设计、吊装施工过程中会产生很多困难。即便是小型箱梁结构，其上部的恒载重量和下部的结构盖梁也比较大，不能很好进行预制装配设计，因此需要采用自重较轻、结构高度低、运输和施工方便的桥梁结构。

超高性能混凝土，简称UHPC，具有高耐久性、高工作性、高强度三大优势，是一种由高性能、高强度基体和纤维组成的新型复合材料。较传统混凝土而言，具有更高的抗拉强度（＞5MPa）、抗压强度（＞150MPa）以及弹性模量（＞40GPA）。超高性能混凝土主要由波兰特水泥、细集料、硅灰、填料、高效减水剂、钢纤维、水等材料组成。随着超高性能混凝土的普及，目前已经被广泛应用于中小型地面桥梁建设。

二、超高性能混凝土在桥梁工程中的应用优势

（一）超高性能混凝土能满足施工要求

超高性能混凝土（UHPC）不同于传统的高性能混凝土（HPC）、高强混凝土（HSC）、钢纤维混凝土（SFRC），它是一种具有全新本构关系、各项性能指标明确、结构稳定、使用寿命较长的新型水泥结构材料，且施工材料成本不高，施工方式简单，具有很高的经济适用性，能够满足地面桥梁的施工要求，且能提高施工效率和施工质量，有效缩短施工周期。

（二）超高性能混凝土能提升桥梁跨度

互联网产业的迅速崛起以及物品流转速度的不断加快，对城市交通带来巨大的影响，需要修建更多的地面桥梁来缓解交通压力。超高性能混凝土强度高、自重轻，可以在结构高度较小的情况下，尽可能提升桥梁的跨度，减轻城市交通压力。当前，不仅在城市桥梁建设中，在我国一些跨河、跨江、跨海大桥施工建设中，也开始广泛使用超高性能混凝土来增强桥梁的强度、刚度。

（三）超高性能混凝土能延长桥梁使用年限

超高性能混凝土除了具有较高的刚度、强度及耐久性外，还具有较高的自愈能力。超高性能混凝土中添加了短细的钢纤维物质，这种物质孔隙度比较小，能够有效防止材料的氧化腐蚀。当超高性能混凝土遭到腐蚀破坏，空气中的湿度水化与超高性能混凝土材料反应时，依然能够保持初始强度，甚至在一些极端环境中也能持续使用，延长桥梁的使用年限。超高性能混凝土高耐久性指标如表1所示。

表1.超高性能混凝土高耐久性指标

三、超高性能混凝土在桥梁工程中的实际应用

（一）在装配式桥梁中的应用

使用超高性能混凝土预制装配式超高性能混凝土板材，在世界范围内都得到很好的应用，例如美国新建的某装配式桥梁，就使用的是预制的超高性能混凝土肋板，然后采用铰缝施工方式，将超高性能混凝土肋板和露出的钢筋连接成一个整体。目前，装配式超高性能混凝土桥梁截面形式多样，主要有I形、T形和π形等。美国新建的某装配式桥梁，其主体建筑总共使用了3块T形梁，桥梁高度1.14m，跨径达到33.5m，与普通混凝土制成的T形梁相比，其梁高比普通混凝土制成的T形梁低一半。采用超高性能混凝土预制装配式超高性能混凝土板材，能够有效减少施工工作量和施工材料，增强桥梁的跨越能力，保证工程质量。虽然一次投入成本较高，但建成的桥梁使用寿命长，刚度、强度更高，结构更加稳固。

（二）在拱桥中的应用

韩国首尔新建的一座主跨长度为120m的拱桥，桥梁的主体结构使用超高性能混凝土高度为1.3m、宽度为4.3m的π形桥梁截面，施工时翼缘板的厚度为3cm，张拉横向预应力。施工时腹板的厚度为16cm，另外要留出施工的预应力孔。桥梁的连接方式为张拉预应力。施工完成后，进行比较分析发现，超高性能混凝土桥梁的施工厚度低于普通混凝土施工厚度，且收缩徐变小，抗压强度更高，是一种综合性能非常好的主拱圈施工材料。

（三）在斜拉桥中的应用

上海市修建一座连接办公楼的人行斜拉桥时，也使用了超高性能混凝土材料，桥板厚度为7cm，如果使用普通混凝土进行施工，桥板厚度要达到18cm。超高性能混凝土的综合性能比较好，可以根据其特点适当减少施工厚度，节约施工成本。

四、施工控制要点

（一）避免钢纤维结团

钢纤维是超高性能混凝土的重要原料之一，也是其韧性的主要来源。在施工过程中，如果搅拌方式不当，会导致钢纤维结团，严重影响工程质量，使得浇筑施工时浇筑面凹凸不平，影响超高性能混凝土的综合性能。因此，要采用一些施工控制措施：在拌制超高性能混凝土时，干拌和湿拌一定要分离，以保证钢纤维的均匀性；干拌料要避免受潮，保证拌料质量；选择专业的湿拌设备，确保拌和均匀；加强拌和前、拌和中、拌和后的质量检查。

（二）避免超高性能混凝土收缩开裂

为避免由超高性能混凝土表面水分不正常流失导致的收缩开裂，一定要进行施工控制：混凝土浇筑施工应该在太阳光较弱且温度适宜的状况下进行，避免日照和强风导致混凝土表面水分流失过快；混凝土摊铺施工后，应及时收面并进行覆盖薄膜养护；养护时要配置工作平台车，以便及时处理问题；混凝土终凝后，应继续进行高温蒸汽养护，避免施工后收缩开裂。

五、结语

超高性能混凝土材料应用于桥梁施工中，可以使桥梁结构薄壁化、轻型化、多样化，能够显著提高桥梁的抗疲劳、抗震性能，而且施工简便也容易养护，符合城市地面桥梁美观、低碳环保、施工快速等要求，值得进一步研究推广。