高慎亮
（山东省交通工程监理咨询公司，山东，250002）
【摘 要】本文结合现有成果，介绍了UHPC及其在桥梁工程中的应用情况，并探讨今后可能的发展趋势及研究方向。
【关键词】超高性能；混凝土；桥梁工程
前言：
众所周知，在当前我国很多的建筑工程项目中，混凝土已经成为了必不可少的一部分，并且相对于其它一些传统的建筑材料而言，这种混凝土材料在性能方面更为优越，尤其是随着高性能混凝土的出现，其应用范围和应用价值都得到了较大程度的提升;桥梁工程施工可以说是比较特殊的一类工程项目，其对于施工的质量要求极为严格，尤其是在耐久性和强度的要求上更是极为严格，一般的建筑施工材料很难满足这一施工要求，而恰当地使用高性能混凝土技术进行施工建设却能够在较大程度上保障其施工的效果，在耐久性、强度以及抗腐蚀性等方面都能够发挥较为突出的作用，有利于后期道路桥梁使用的安全性，并且还能够在较大程度上提升桥梁的使用年限，由此可见，在未来桥梁施工过程中，超高性能混凝土技术必然也能够得到更进一步的发展，加强对于超高性能混凝土技术在桥梁工程施工中的应用研究极为必要。
1．超高性能混凝土特点
1.1稳定性好
混凝土的稳定性主要指的是其体积的稳定性，混凝土稳定性直接关系到其所建工程架构的受力能力，如果混凝土稳定性较差将直接威胁到工程结构的安全。一般情况下，如果混凝土稳定性较差将会出现三种不良现象:一是混凝土在凝结过程中会发生收缩引起工程结构变形，二是混凝土因环境温度变化而热胀冷缩使工程结构断裂，三是混凝土因承受较大的重量负荷后而使工程结构发生扭曲。然而高性能混凝土因其特殊的原材料和科学的比例分配呈现出很强的稳定性，避免了温度和受力的变化所带来的膨胀开裂或收缩变形等不良现象。
1.2性价比高
高性能混凝土有较高的生产工艺，而且原材料质量较好，通过科学的搭配比例使得施工完成后的混凝土密实平整、勻称光滑。而且，高性能混凝土以其良好的稳定性和较高的强度最大限度保障了它的使用年限，此外它的良好性能也使得施工人员的劳动强度降低，施工时间缩短，因此大大节省了时间成本和人力成本。总体来看，高性能混凝土有较高的性价比。
2．超高性能混凝土的基本性能
2.1力学性能
与普通混凝土相比，UHPC具有较高的抗压强度、抗拉强度、粘结强度、弹性模量、断裂能。此外，其裂缝更加细密，且宽度可以通过水灰比、纤维材料的含量来控制，因此，其应用范围更加广泛。
表1列出了三种UHPC以及C60混凝土、Q345钢材的力学性能。表中的ＲPC200为法国Bouygues公司研究的活性粉末混凝土;Ductal○Ｒ－FM为Bouygues、LaFarge和Ｒhodia三家公司合作研发的活性粉末混凝土，FM为仅掺入钢纤维;BSI为Quillery公司研发的特种工业混凝土，三者均为UHPC。
据表1可知，UHPC的力学性质，与C60、Q345相比，有如下特性:(1)常规养护时，抗压强度为150～200MPa，低于Q345钢材，却是C60的3～4倍。同时，UH-PC的比强度明显高于C60和Q345。(2)抗拉强度为C60的3～4倍，弹性模量为C60的1.6倍。延性明显提高，刚度增加。(3)在纤维材料作用下，UHPC的断裂能达到了钢材的1/3，大于一般的金属材料，有足够的韧性保证其抗震性能。(4)UHPC收缩徐变更小，收缩应变为C60的1/1.5;徐变系数为1/3～4。此外，UHPC的抗压强度高、材料密实，因此与纤维材料、钢筋间的粘结强度高;UHPC有着良好的水密性，美国联邦公路调查局的Turner－Fair-banks实验室，进行了带UHPC铰缝的混凝土板在1～8t循环活载下的试验，9，000，000次循环后未出现渗漏或者退化。
2.2耐久性
能耐久性是混凝土的一种重要性能，有多项指标。表2列出了UHPC及C60混凝土的总孔隙率、氯离子扩散深度、碳化深度、冻融剥落、吸水系数、磨耗系数指标。究其原因是:该类型混凝土水灰比低，并剔除了粗集料及优化了颗粒级配，保证了其密实度。此外，一定的养护条件下，其微观结构得以改善。
2.3防火及抗冲击性能
现实环境存在各种小概率的偶然效应。UHPC有着更为突出的防火、抗冲击性能，经常应用于安全防护工程。Aarup，B.开展了C.Ｒ.C.的7天火烧试验，由于其硅粉含量高、氢氧化钙少，耐火性优于普通混凝土。当UHPC暴露在火中时，由于其构造致密，高水压上升，这将导致混凝土结构性能的退化。纤维材料的掺入可以很好地解决该问题。一方面，纤维由于融化和燃烧可以提供毛细管孔;另一方面，形成纤维与水泥间的过渡区域。该区域将集料与水泥基联系在一起，渗透性增加，蒸汽压降低。此外，石英质化合物在573℃下会产生体积膨胀。试验表明，玄武岩代替石英可以解决该问题。与纤维加强混凝土(FＲC)类似，UHPC有很强的能量耗散能力。Bindiganvile等比较了UHPC与FＲC在准静态加载下的性能，其抗冲击性能是FＲC的2～3倍，吸收的能量达到3～4倍。
3．UHPC在桥梁工程中的应用
3.1装配式UHPC梁
目前，多座装配式UHPC梁桥相继在各国出现，其截面形式主要有I形、T形、π形、U形和箱形。主结构为3片UHPC带马蹄T梁，跨径33.5m，梁高1.14m。与等跨径的普通混凝土T梁相比，梁高只有一半，而与爱荷华州1.14m梁高标准T梁相比，UHPC截面更为纤薄，其顶板减小76mm，底板、腹板减薄51mm。材料用量的降低，意味着桥梁结构的跨越能力可以增大，同时减轻了吊装的工作量。装配式桥梁一方面可以加快施工进度，另一方面保证了UHPC构件的质量。
3.2UHPC连接缝
连接缝受力复杂，一直是制约装配式板梁桥发展的因素之一。国内外学者做了一系列研究，影响接缝性能的原因，包括材料、构造、设计理念、施工质量等几个方面。材料上，UHPC与梁体混凝土间粘结性能更好，与钢筋的粘结强度更大，直径13mm钢筋的基本锚固长度为75mm。因此，接缝的尺寸可以进一步优化，也降低了收缩徐变效应。在构造上，横向预应力提高了整体受力性能;设计中，UHPC铰缝有着更高的抗拉强度;且施工更为方便，无辅助钢筋，更少的现浇量，结构的质量更易于保证。
4．结语
UHPC材料优异的力学性能、耐久性能及防火抗冲击性能，使得UHPC桥梁结构的跨越能力更大、截面更纤细美观、后期维护成本更低、使用寿命更长。国外已将其广泛应用于装配式梁桥及接缝结构中，而且在更大跨径的桁架梁、上承式拱及斜拉等人行桥中也有使用。目前，国内主要在铁路桥梁中有过应用，例如桥面道板、T形梁，但缺乏系统的研究。因此，还需要开展进一步的性能试验、构件设计及应用研究，指导UHPC在更大跨度桥梁中的应用。我国海域面积大、岛屿多，多个跨海工程正在规划当中。而致密的UHPC有着优异的抗渗性、抗侵蚀能力，所以在近海桥梁工程领域有着巨大的应用价值与潜力。另外，其抗冲击能力较强，UHPC材料在通航桥梁的桥墩防护措施等安全工程中有着更为广阔的应用前景。
参考文献：
[1]覃维祖，曹峰.一种超高性能混凝土———活性粉末混凝土[J]．工业建筑，2009，(4):16－18.
[2]JTGD60－2004，公路桥涵设计通用规范[S]．
论文作者:高慎亮
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/26
标签：混凝土论文; 性能论文; 桥梁论文; 材料论文; 结构论文; 高性能混凝土论文; 稳定性论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;