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接：2019年中國超高性能混凝土(UHPC) 技術與應用發(fā)展報告（上）

五、中國UHPC的工程應用與市場規(guī)模

1、中國UHPC工程應用

以下是介紹收集到的中國UHPC工程應用部分案例，也是一些有較大發(fā)展?jié)摿Φ膽谩?/p>

鋼-UHPC復合橋面

鋼-UHPC復合橋面2011年首次在廣東肇慶馬房大橋應用，截至2018年11月已在中國用于60余座鋼橋，橋面面積超過百萬平方米。下表是2011-2017年17個工程應用案例。湖南大學邵旭東教授團隊發(fā)展的鋼-UHPC復合橋面結構，很好地解決了困擾鋼橋的技術難題，增強了鋼橋的市場競爭力。鋼-UHPC復合橋面已進入規(guī)模化、可持續(xù)應用階段，也是中國繼鐵路電纜溝蓋板（RPC蓋板，現(xiàn)在已停用）之后，目前UHPC使用量最大的工程應用。

裝配式橋梁預制構件的結構連接

在美國和加拿大，UHPC現(xiàn)在最主要的應用為快速橋梁施工（ABC），即用于裝配式橋梁預制構件的濕接縫連接。采用UHPC濕接縫進行構件之間“結構連接”，大幅度減小接縫寬度、簡化接縫配筋、不需要鋼筋焊接，顯著減少了現(xiàn)場施工量和難度，能夠提高裝配化率、施工效率和經(jīng)濟性，更重要的是：大幅度提升了裝配結構的性能，包括抗疲勞、抗震、抗裂性能以及耐久性，克服了傳統(tǒng)方式連接構件“連接節(jié)點弱”的難題。

上海市政、上海城建設計院已經(jīng)在一些高架橋工程中率先設計采用預制裝配方式快速施工，并使用UHPC濕接縫連接構件，如上海2016年建設的S3公路先期實施段高架橋部分小箱梁的縱向接縫連接（長3.1km，用預制裝配方法施工僅用了100天建成），上海嘉閩高架預制裝配式結構的梁-梁之間、蓋梁-墩柱之間以及墩柱-承臺之間的接縫連結，寧波機場路南延市政道路和輕軌一體化高架箱梁縱向接縫連接（參見下圖），均為UHPC濕接縫連接。預制裝配式橋梁與UHPC濕接縫組合的技術體系，因建設速度快、橋梁性能和質(zhì)量好，預計未來會在中國獲得越來越多的應用，同時成為UHPC應用的重要領域。

鋼-UHPC組合梁的UHPC橋面板

近幾年，鋼-UHPC組合梁在中國橋梁結構創(chuàng)新與應用取得了重大進展。2018年建造的南通中央森林公園鋼管拱橋（寬6m、跨徑32m），采用了預制和現(xiàn)澆80mm厚UHPC橋面板；2019年正在施工建設的兩座大型橋梁工程——南京長江五橋和湖南益陽青龍洲大橋，均采用了預制UHPC橋面板，然后與鋼箱梁組成鋼-UHPC組合梁。

南京長江五橋跨越長江段長4130m，主橋為三塔雙跨組合梁斜拉橋，跨徑布置為80m+218m+ 2×600m+218m+80m。其鋼-UHPC組合梁標準節(jié)段尺寸為14.6m長、35.6m寬、3.6m高（組合梁中心線處），制造方法為（參見下圖）：預制生產(chǎn)鋼筋UHPC（含粗骨料）板，標準板尺寸為6.92m寬、11.3m長、0.17m厚；每個組合梁節(jié)段有4塊UHPC預制板，在工廠采用UHPC濕接縫相互連接、與鋼箱梁疊合連接。組合梁架設安裝后，梁段UHPC板橫向在現(xiàn)場用UHPC濕接縫連接。該工程UHPC用量為預制板（494塊）6569m3、工廠和現(xiàn)場濕接縫分別為4736m3和365m3，總用量達11670m3，是迄今世界上UHPC用量最大的橋梁工程。該項目UHPC預制板在中交二航局第四工程公司蕪湖裕溪口預制場生產(chǎn)，為此二航局新建造了適合UHPC拌制、輸送、布料、振搗和整平的設備與生產(chǎn)線（見下圖），使UHPC構件生產(chǎn)的自動化水平、生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制能力都提高到了新水平。

湖南益陽市青龍洲大橋是跨越資江自錨式懸索橋，跨徑布置為 60m+110m+260m+110m+60m，主梁為鋼-UHPC 輕型組合梁，梁寬 36.5m。其橋面板為鋼板條與 UHPC 矮肋板的組合結構，頂板厚 100mm，縱肋高 120mm（含 8mm 厚鋼板條）。

混凝土橋面鋪裝

2019年完工的蘇州東環(huán)快速路跨運河橋，主橋為70m+120m+70m預應力混凝土箱梁橋。為了提高橋梁負彎矩區(qū)抗裂能力和耐久性，在橋墩墩頂兩側(cè)約16米范圍，原設計70mm厚C40普通混凝土鋪裝用UHPC鋪裝替代，施工見下圖。

在混凝土橋梁上采用UHPC鋪裝，具有廣泛應用價值。瑞士洛桑理工Brühwiler教授倡導，并在世界范圍獲得認可和應用的橋梁維修加固方法，是在混凝土橋面鋪設鋼筋UHPC層 —— 這是一個多重功能層：提高橋梁強度、剛度，抗裂、防水和保護普通混凝土，從而提高橋梁服役壽命。新橋使用UHPC鋪裝， UHPC層的多重功能從新橋就發(fā)揮作用，有助于提升了橋梁性能、質(zhì)量和工作壽命。

UHPC梁橋

馬來西亞發(fā)展了多種全截面UHPC梁為主梁的橋梁，有效發(fā)揮UHPC力學性能使UHPC橋造價低于其傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋。因造價很有競爭力，馬來西亞現(xiàn)在是UHPC梁橋數(shù)量最多的國家。在其它國家如法國、美國、韓國和中國（見大事年表），也都發(fā)展和建造了UHPC梁橋，但都沒有進入實質(zhì)性推廣應用，原因之一是初始造價高于傳統(tǒng)材料和結構的梁橋。開展UHPC橋梁結構創(chuàng)新，或許能改變這種狀況。

2018年中路杜拉公司建造中國首座無筋預應力體系UHPC梁橋——廣州北環(huán)高速擴建F匝道橋。該橋有6片I型后張預應力預制梁，梁高62cm，頂、底緣寬度40cm，腹板厚度10cm，跨徑16m。預制I梁體內(nèi)未配置縱向鋼筋及箍筋（只有后長預應力筋）；梁頂之間設置UHPC搭板（作為永久模板），上面澆筑15cm厚C50鋼纖維混凝土橋面板，再鋪設2cm厚瀝青超薄磨耗層。據(jù)介紹，該橋預制梁采用UHPC結構替代現(xiàn)在廣泛采用的預制小箱梁、空心板或T梁，具有預制裝配化、輕型快速化、減輕結構自重（40%～60%）、有效減小建筑高度或提高跨越能力的優(yōu)勢，并能簡化施工工藝、提高結構質(zhì)量，具備經(jīng)濟優(yōu)勢。

水工結構UHPC抗沖磨層

廣東蓋特奇公司制備的低收縮抗沖磨UHPC，2018年1月和2019年5月分別在兩個水工工程用于鋪設抗沖磨功能層（厚度分別為10cm和20cm）?？箾_磨UHPC層與普通混凝土粘接良好，形成一體化結構，都沒有出現(xiàn)開裂、脫空等現(xiàn)象。至今，兩個工程的UHPC抗沖磨層狀態(tài)良好，將成為工程應用UHPC抗沖磨長期性能觀察的很好樣板。

如果采用全壽命周期成本進行評估，UHPC作為水利水電工程抗沖磨材料具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。隨著的材料技術的發(fā)展，UHPC的制備成本會進一步降低，性能進一步提升， 有望發(fā)展成為最優(yōu)異的水工抗沖磨材料之一。

工業(yè)建筑UHPC應用

在工業(yè)建筑領域，華新新材用UHPC為幾項工程提供了完美解決方案，如華新長山口垃圾預處理廠、十堰環(huán)保工廠和云陽環(huán)保工廠等工程項目，使用預制工字型UHPC預應力梁替代鋼梁，很好解決了主梁在腐蝕性環(huán)境的防腐、耐久問題，同時具有承載能力大、自重輕、耐火、免維護使用壽命長、施工便捷、經(jīng)濟適用等優(yōu)點。這些UHPC梁，在工廠采用超可隆?預混料制備UHPC，預制生產(chǎn)，常溫養(yǎng)護，總計使用3000余噸預混料。在水泥工廠窯尾鋼煙囪防腐改造工程中，用噴射法施工UHPC保護層替代傳統(tǒng)防腐涂料，借助超可隆?早強、高強、耐腐蝕、耐久等性能，可施工快速，大幅度減小停窯損失，并且有效延長維護維修周期，降低維護成本。時間短、有效周期長等優(yōu)勢。在華新武穴環(huán)保工廠的危廢聯(lián)合儲庫，地坪使用超可隆?作為面層，既能很好抵抗鏟車、行車等機械作用的剮蹭、撞擊和摩擦，又實現(xiàn)了抗?jié)B和耐化學侵蝕的功效，且施工簡單、高效。

在工業(yè)建筑領域，擁有耐高溫、耐腐蝕、耐撞擊、耐磨等性能的UHPC（通用或?qū)ｉT制備），擁有較大的應用發(fā)展空間。

建筑幕墻或外立面

2019年UHPC工程應用的最大亮點在建筑項目，南京倍立達公司繼2018年完成中國第一個UHPC幕墻項目 

—— 深圳悅彩城展示中心，在2019年又完成多個項目（參見項目實景照片）。

——深圳悅彩城展示中心幕墻：由弧形鏤空板和弧形實心板組成，弧形鏤空板尺寸為3000×1200×30mm 、實心板尺寸3000×1200×20mm，采用UHPC預混料噴射成型。

——余杭文化藝術中心幕墻：至今中國最大的UHPC建筑應用項目，幕墻總面積達20,000m2；UHPC板采用預混料澆筑成型。構件板塊尺寸不一，平均超過10m2，最大板塊8m長×3m高；預制UHPC板塊生產(chǎn)速率最高達700m2/天，這可能是世界上最高的UHPC板日產(chǎn)量。

——南京中海左岸瀾庭售樓處UHPC 柱廊：室外造型柱，柱子沒有橫向分縫，UHPC構件單體高8米、寬4米，為一整件預制構件，把柱子的挺拔與頂天立地的氣勢完美表現(xiàn)出來。UHPC構件采用預混料噴射法一次成型，噴射工藝控制板塊厚度，平均厚度僅為25mm。UHPC構件為帶背附鋼架的大板構造，通過螺栓柔性連接，避免出現(xiàn)溫度應力及干縮應力造成的裂紋。項目采用裝配式的干掛安裝方法，實現(xiàn)了三維可調(diào)，從而保證安裝的精度。

——上海音樂學院歌劇院幕墻：造型裝飾幕墻采用UHPC預混料澆筑成型，常溫養(yǎng)護16~18h后脫模。UHPC材料攪拌完成后，具有優(yōu)異的工作性能，澆筑在模具中能夠完整表現(xiàn)模具造型，同時自流平材料也大大節(jié)省人工，操作簡便。

——溫州甌江路景觀項目外立面：復雜構造3D鏤空幕墻，采用UHPC預混料澆筑成型。

砼創(chuàng)(上海)新材料科技股份有限公司2019年承擔和完成了寧波市奉化區(qū)未來城科普中心項目建筑外立面UHPC板預制和安裝工程（參見項目實景照片）。

預制裝配式建筑的構件連接

在首屆CCPA-UHPC論壇清華大學樊健生教授的報告中，統(tǒng)計分析與UHPC相關的國家自然科學基金項目（2013～2017）和中文期刊發(fā)表的論文（2014～2018），發(fā)現(xiàn)中國UHPC應用研究熱點在橋梁上。他介紹，他們團隊研究用低收縮高延性水泥基復合材料（LSECC）連接裝配式建筑構件，試驗證明可提升節(jié)點域的抗震性能（達到現(xiàn)澆結構的抗震水平），并降低裝配建筑的節(jié)點施工難度。他建議擴展UHPC應用研究的領域，發(fā)揮UHPC材料特長，例如用UHPC連接預制混凝土構件，可以形成“強節(jié)點、弱構件”，提高結構抗震性能。

上海建工二建集團裝配創(chuàng)新研究所已經(jīng)開展了相關試驗研究和工程實踐。針對 UHPC與鋼筋粘結性能，UHPC濕接縫連接梁（梁-梁節(jié)點）受彎性能、柱（柱-柱節(jié)點）抗震性能以及梁-柱節(jié)點抗震性能等進行了大量基礎試驗，提出和建立起基于UHPC濕接縫連接的新型預制裝配式框架體系PCUS，經(jīng)過1 : 1足尺模型載荷試驗驗證，結構性能達到全現(xiàn)澆結構水平，且節(jié)點連接的施工效率提高、成本降低（與套筒灌漿連接對比）。PCUS體系已成功應用于海鈅瀜庭商品房項目、上海白龍港污水處理廠改造等多個項目。

采用UHPC濕接縫連接預制裝配式建筑、橋梁或其它結構的PC構件，能夠提高節(jié)點連接的質(zhì)量、性能和可靠性，實現(xiàn)“強節(jié)點、弱構件”的裝配結構，并降低現(xiàn)場施工難度和成本，具備技術、經(jīng)濟兩方面優(yōu)勢，是UHPC最具發(fā)展?jié)摿Φ膽弥弧?/p>

2、中國如今的UHPC市場規(guī)模

從CCPA-UHPC分會會員提供的部分項目與用量信息，保守估計2019年中國UHPC用量超過3萬立方米，使用了逾6.5萬噸UHPC預混料。在上述各種應用中，橋梁應用占據(jù)了絕大多數(shù)。

六、未來發(fā)展建議

UHPC在不同國家經(jīng)歷了四十年、三十年或二十年技術發(fā)展和推廣應用后，由于國情和需求差異，UHPC應用的進展有較大差異，其中的成功應用值得我們學習借鑒。丹麥UHPC的規(guī)模化應用主要在建筑領域，包括預制UHPC樓梯、陽臺、幕墻、預制構件濕接縫連接；此外，在風電鋼塔筒的灌縫連接方面，丹麥產(chǎn)品性能和應用技術也居于世界領先地位。法國UHPC研發(fā)與應用涉及領域較多，包括多種結構形式公路橋、建筑構件和幕墻、工業(yè)建筑、維修加固、水利工程抗沖磨等，形成的UHPC產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大，如今支撐UHPC產(chǎn)業(yè)的主要是建筑應用，包括大型建筑項目如體育場、高鐵站等一些創(chuàng)新結構與幕墻建筑；橋梁翻新、維修加固可能會成為另一支撐性應用。韓國在橋梁和建筑都有一些創(chuàng)新性應用；馬來西亞、美國和加拿大的研究應用主要在橋梁方面。

中國經(jīng)歷二十年的研究應用，UHPC在鋼橋面鋪裝、鋼-UHPC組合橋梁的應用規(guī)模已經(jīng)走在了世界前列；UHPC在裝配式橋梁和建筑構件的結構連接應用已經(jīng)開始，且橋梁結構連接在UHPC應用體量的占比較大，預期待技術體系建立完善后，會進入可持續(xù)規(guī)模化應用。我們還擁有許多UHPC技術與應用發(fā)展空間，建議重點在以下方面開展工作：

1、裝配式建筑

中國正在大力推進建筑產(chǎn)業(yè)化、裝配化，UHPC除用于濕接縫結構連接具有技術和經(jīng)濟優(yōu)勢外，使用UHPC生產(chǎn)部分構件如樓梯、陽臺、輕質(zhì)“三明治”保溫墻板，設計應用合理，也可以從減小構件重量、減小建筑整體自重、降低運輸?shù)跹b安裝施工成本等方面獲得經(jīng)濟性，并提升裝配式建筑質(zhì)量。這類構件與裝配式鋼結構建筑結合應用，可形成相互補充的裝配建筑體系。在這方面，丹麥取得非常好的應用效果，我們也應該在裝配式建筑領域發(fā)展相應設計、預制生產(chǎn)、結構連接、安裝以及相應標準規(guī)范等構成的技術體系。

2、結構維修加固

瑞士UHPC應用的主要領域為維修加固，已經(jīng)成為最具市場競爭力的橋梁維修加固技術體系，其技術經(jīng)濟優(yōu)勢也在世界范圍獲得驗證、認可和應用。世界許多國家包括中國都面臨大量橋梁老化問題，需要維修加固或更換，日本如今就著力發(fā)展UHPC橋梁維修加固技術。

中國已經(jīng)開展了UHPC維修加固研究和應用，也有了相關地方標準（如陜西省地方標準SDBXM39-2019），公路學會標準正在編制，但還集中在混凝土橋梁方面。還有大量老化的碼頭、隧道、水利水電、建筑等混凝土結構，同樣面臨老化、存在結構缺陷以及不能滿足現(xiàn)在對結構承載能力或抗震性要求等各種各樣的問題。UHPC維修加固技術與方法具有技術和經(jīng)濟優(yōu)勢，還會在更多工程領域和更大范圍獲得應用，有很大市場發(fā)展空間。在該領域，未來創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)容包括，適應不同場合、不同結構多樣化的UHPC成型施工方法，快速維修加固材料和施工技術，等等。

美國正在開展針對鋼橋梁的UHPC維修加固研究，取得了滿意的試驗研究結果。應用UHPC進行鋼結構的維修加固和保護，也值得關注和發(fā)展相應技術。

3、創(chuàng)新建筑與結構

法國在建筑和結構創(chuàng)新方面走在世界前列，重要的原因是建筑師、結構工程師較早參與到UHPC創(chuàng)新和應用的行列中。我國擁有數(shù)量眾多的建筑師和結構設計師，如果他們中更多人了解UHPC、參與到UHPC建筑設計和結構設計中來，會打開一個很大創(chuàng)新發(fā)展空間。為此，需要更多開展UHPC知識普及、標準規(guī)范宣傳等活動。

從2019年初開始，CCPA-UHPC分會與預拌混凝土分會合作建立了微信公眾號“混凝土和UHPC”。通過公眾號向社會大眾推廣宣傳UHPC基礎知識、相關技術、產(chǎn)品和工程應用。歡迎有更多人來利用這個平臺，投稿介紹自己或所見所聞的UHPC相關技術和應用，加入UHPC推廣宣傳活動，共同推動UHPC在中國的發(fā)展進步。

UHPC為水泥制品、工程結構的性能改善和壽命提升、為創(chuàng)造開發(fā)新產(chǎn)品和新結構、為工程結構連接以及維修加固等提供了性能更好的材料，在更高層次上滿足我們對產(chǎn)品、對結構、對工程的需求，如輕質(zhì)高強、高耐久或長壽命、免維護、美觀、防火、綠色低碳、低資源消耗等等，對推動行業(yè)向高質(zhì)量、環(huán)境生態(tài)友好方向發(fā)展，對水泥制品和工程結構升級換代具有重要意義。

我們正走在UHPC成長的路上，把UHPC發(fā)展好并在合適的地方用好，我們需要扎扎實實建立起科學先進的UHPC技術體系，包括材料制備、材料性能與試驗、結構設計與優(yōu)化、成型施工、質(zhì)量控制與驗收以及標準規(guī)范體系；需要研究發(fā)展適合不同類型工程應用、施工特點和需求的UHPC材料；需要讓建筑師、結構設計師、水泥基材料產(chǎn)品企業(yè)、工程業(yè)主了解UHPC并參與開發(fā)UHPC應用；需要在模型制造、現(xiàn)場生產(chǎn)澆筑裝備、成型養(yǎng)護施工工藝等各方面提升技術和技藝水平等。匯集起眾人的智慧、技能和努力，推動UHPC的創(chuàng)新與技術進步，將使中國成為UHPC發(fā)展的新引擎，并有所成就。