超高性能混凝土桥梁工程的标准化和规模化生产研究

超高性能混凝土桥梁工程的标准化和规模化生产研究

白宝林

天津金隅混凝土有限公司 天津 300300

摘要：由于UHPC材料具有高强度，高韧性的特点，UHPC桥梁的上部结构自重较轻，截面面积较小。在UHPC桥梁结构外观纤细美观的同时，施工精度要求也大为提高。如何保证UHPC的制造质量，解决UHPC与常规混凝土结构在经济性上的竞争力，是现阶段UHPC在桥梁工程应用上的主要问题。

关键词：超高性能；混凝土；桥梁工程；标准化；规模化生产

1 超高性能混凝土的材料特性与制备技术  1.1 材料特性  　　目前，国家已经对混凝土的力学特性与其他性能开展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。在具体试验过程中所选用的制备材料自身差异、配合比差异、养护条件差异等因素都将会对最终的试验结果产生一定的影响，而且，超高性能混凝土材料所体现出的特性则基本一致。下表1为超高性能混凝土和一般性混凝土、高性能混凝土的特性比较。  1.2 制备技术  　　（1）改进材料配合比，将粒径大小超过1mm的粗骨料去除，以提升超高性能混凝土性能；提升堆积密度的重要价值即体现在减小超高性能混凝土的孔隙率，为实现这一目标，便需制备出优异的颗粒级配，确保材料颗粒能够达到更高的密实度。  　　（2）选用和活性组分具有较高相溶性的高效减水剂。水胶比对于材料强度将会产生较大的影响，因而应当尽可能选用合理化的高效减水剂，在确保材料性能的前提下减小水胶比。

2 UHPC桥梁结构

2.1 上部结构重量轻

由于UHPC强度高，在相同荷载情况下，其桥梁结构的截面面积小，高跨比降低。较少的UHPC材料用量使得UHPC桥梁结构重量较轻（同等常规混凝土结构自重的40%~60%），使得UHPC桥梁结构在抗震设计和抗风设计方面具有明显的优势，同时也给桥梁结构的预制化施工、吊装等工作带来方便。

2.2 下部结构和基础造价低

由于上部结构重量轻，相应的其传递给下部结构的荷载较小。下部结构和基础的设计要求大为降低，从而大大节省了施工成本。高跨比降低后，对于多跨桥梁，具备减少整体桥梁体量的可能，进而可以进一步降低造价。

2.3 耐久性好

UHPC材料的密实度远高于普通混凝土，UHPC桥梁结构具有良好的耐久性和耐腐蚀性，适用于海洋工程、耐腐防护等环境要求高的情况。

3 UHPC生产制造的标准化和规模化

3.1 标准化的生产制造

3.1.1 标准化生产基地

⑴钢筋生产中心

钢筋生产中心为钢结构棚架，主要功能包括钢筋的存放、加工。

⑵UHPC搅拌中心

UHPC搅拌中心采用钢结构外包，配置2套6m3搅拌主机，以及辅助设施及系统，主要功能包括原材料存放、UHPC搅拌。

⑶构件生产区

构件生产区采用钢结构棚架覆盖，根据生产基地主要产品类型，设置先张法和后张法节段梁生产区。

⑷构件蒸养区

构件蒸养区采用钢结构棚架覆盖，设置蒸汽锅炉，在UHPC桥梁构件静养、湿养结束后，移运至蒸养区，进行蒸汽养护。

⑸构件堆放区

构件堆放区用来存放完成全部施工工序，待运出厂的UHPC桥梁构件。

标准化生产基地是依据施工工序及施工流水节拍特点建造。在UHPC搅拌中心、构件生产区和构件蒸养区可采用钢结构棚架覆盖，避免温度、雨水、大风对UHPC搅拌、运输、浇筑等施工环节的不利影响。

3.1.2 标准化生产流程

⑴模板施工

UHPC模板采用大块钢模板，需精细化模板加工控制，确保模板加工尺寸精度，匹配度好，模板支撑牢固可靠。由于UHPC最大组分为石英砂，且其工作性能优异，其对模板的严密性要求极高；UHPC桥梁构件尺寸较普通混凝土构件纤薄，对模板加工精度要求极高。

⑵UHPC搅拌

UHPC拌合物在拌制过程中，需对其工作性能、温度、钢纤维分布情况进行严格控制，使其能够满足构件浇筑需求，并最终获得质量可靠的桥梁构件。在拌制过程中，在主要的工艺节点，按照一定的要求，控制其工作性能（跳桌流动度试验）；采用可靠的降温手段，控制拌合物搅拌完成后的温度；按照《钢-超高韧性混凝土轻型组合结构桥面技术规范（湖南省地方标准）：DB43/T1173-2016》附录D中的方法，检测钢纤维分布情况。

⑶UHPC浇筑

在获得工作性能指标合格，钢纤维分布均匀的拌合物后，结合构件预应力布束、构件构造、搅拌站拌和能力、运输距离、总预计浇筑时间，选择适当的浇筑位置，进行UHPC的浇筑。

UHPC的浇筑需连续，间隔时间不宜过长，采用附着式振捣器振捣，振捣器位置需根据桥梁构件结构，合理布置，不宜采用插入式振捣器。

⑷UHPC构件养护

构件的养护分为2个阶段，静置养护和高温蒸汽养护。浇筑完毕后，静置UHPC构件，根据UHPC材料的强度上升情况以及材料收缩指标，选择合适的时机，拆除模板。拆除模板后的UHPC构件，置于阴凉位置1~2d，完成静置养护工作。在封闭的养护棚内，通高温蒸汽，按照2d90℃或3d80℃的标准，进行构件的养护。

3.2 规模化的生产制造

3.2.1 具备议价能力

目前，国内专业的UHPC材料供应商较少，例如减水剂、钢纤维等，且价格较高，究其原因，主要包含两个层次问题，其一是部分UHPC材料供应商，自身也在从事UHPC产品或构件的生产，为保护自身利益，打压其他UHPC构件生产从业者，有意提高价格，削弱竞争者的市场占有率，再者，由于UHPC产业体量过小，UHPC构件需求少，不能够吸引上游供应商通过大规模生产降低其成本。

规模化的生产制造，可以有效解决以上两个问题，首先，规模化生产解决了桥梁构件分散制造的问题，将UHPC桥梁构件的生产，集中向具备生产优势的规模化企业引导，使UHPC材料供应商逐步退出下游构件生产领域，回归UHPC材料供应商。其次规模化的生产制造，带来UHPC材料的大量需求，可以吸引更多的UHPC材料供应商进入该领域，实现有效的竞争，提高品质，降低成本。

3.2.2 具备降低生产成本的可能

现阶段，UHPC桥梁构件更多处于学术研究范畴内，试验性创新型结构，是被提及最多的概念，标准化、经济性的研究，往往被忽视，这对于一个产业的发展是不利的。

UHPC在工程结构应用时，有些是简单的替代性应用，即保持结构形式基本不变，仅用UHPC替代普通或高性能混凝土，或替代钢材。另一些则是强调结构或造型的创新。以上两个应用方向，均不能将UHPC推向规模化和标准化，因此，在接受UHPC材料的同时，在结构理念上进行重新的思考，才能真正将UHPC桥梁构件引入实质性的大规模应用。

基于世界上应用案例最为丰富和最为成功的马来西亚，借鉴其在桥梁构件中的设计理念，转化为标准的桥梁构件设计，实现规模化的生产制造，具备降低生产成本的可能。为此，针对不同的桥梁跨径，提出标准化的桥梁构件设计，缩减构件类型，为规模化生产提供可能。

结束语

超高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性、高韧性和高流动性的新型建筑材料。由于UHPC桥梁结构构件纤薄，施工质量要求高，原料价格相对较高，导致较难在市场大规模推广应用。论文根据UHPC材料和构件的基本特点，给出了UHPC生产制造的标准化和规模化解决方案。随着UHPC研究和工程应用的不断深入与增加，使UHPC真正在中国的大地上生根发芽，服务于广大人民群众。

参考文献

［1］高淑平.活性粉末混凝土在铁路预应力桥梁中的应用［J］.商品混凝土，2007（3）：19-21.

［2］李嘉，冯啸天，邵旭东，等.正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究［J］.湖南大学学报（自然科学版），2012，39（12）：7-12.