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CCPA-UHPC分會秘書長 趙筠

工程材料的發展是工程結構創新的重要驅動力。作為先進水泥基材料，超高性能混凝土(UHPC)為宜業尚品、輕量化與耐久耐用工程結構提供了創新的源泉和空間。

在過去的一年里，我國在橋梁方面的創新與應用、輕量化裝配式建筑構件、標準規范體系建設等方面都取得了重要進展。隨著UHPC工程應用規模穩步增長，UHPC為工程結構創新作出了巨大貢獻。

中國混凝土與水泥制品協會超高性能水泥基材料與工程技術(UHPC)分會秘書長趙筠長期從事促進或推動超高性能混凝土技術推廣、工程應用、產品創新及標準化等方面的工作。近日在接受本報記者采訪時表示，隨著研究的系統深入、標準規范體系的建立完善，在工程結構向大跨、輕型、耐久耐用方向發展過程中，以及在既有混凝土結構加固改造中，UHPC將發揮越來越重要的作用。

什么是UHPC？

“UHPC起源丹麥，自1979年申請第一個專利至今已經過去43年。”談到UHPC的發展趙筠表示，在UHPC發展的前25年，可能受專利約束，UHPC研究僅限于少數企業、大學和研究機構，大多數工程技術人員對UHPC缺乏了解和認知，技術與應用發展緩慢。2004年后的18年間，國際上包括我國的UHPC技術發展速度明顯加快，大量企業、大學和研究機構的科研人員加入UHPC研究與應用開發的行列，UHPC交流的平臺也不斷增加。

我國UHPC的研究探索始于上世紀末，如今是水泥基材料研究、應用、創新、發展最具活力的領域，近幾年工程應用呈快速增長趨勢，已成為可工業化生產和商業化供應的工程材料，產品類型和應用領域在不斷擴展，UHPC結構設計方法、施工技術及標準規范正處于發展、建立和完善過程。

“UHPC一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強混凝土。它不同于傳統的高強混凝土和鋼纖維混凝土，也不是傳統意義高性能混凝土的高強化，而是性能指標明確的新品種水泥基結構工程材料。”提到UHPC的性能和特點趙筠指出，與普通混凝土相比，UHPC強度更高、更耐久；與鋼結構相比，UHPC結構抗疲勞、免維護優勢更突出。

UHPC優點非常多，最具代表性的有：超高強度與韌性，可以建造以前不可能的或新型輕質高強結構；耐久性大幅度超越傳統的工程結構材料，使 UHPC結構具有超長工作壽命和低養護維修費用，獲得比傳統結構低的壽命周期成本；充分發揮 UHPC的性能優勢，在一些場合應用，有可能降低結構或工程的綜合建造成本；應用UHPC建造的結構，具有顯著的節材、節能和減排效果，有利于可持續發展等。屬于現代先進材料，創新了水泥基材料與纖維、鋼材的復合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率，使水泥基結構材料的全面性能發生了跨越式進步。

UHPC可應用在何處？

“鋼-UHPC復合橋面可以大幅度提升橋面剛度，很好地解決‘鋼橋面鋪裝破損’和‘鋼結構疲勞開裂’兩大鋼橋痛點難點問題，是如今UHPC最有價值的應用之一，產生了很好的經濟、環境和社會效益。”提到UHPC在工程當中的應用時趙筠說，近年來，UHPC在工程應用中取得了很大進展。2021年8月底貫通的廣東英德北江四橋非常值得關注。其中保利長大承建的大站鎮岸跨堤引橋是國內首座大跨徑UHPC公路梁橋，由4幅102米跨徑UHPC簡支箱梁組成。這個UHPC梁橋采用了湖南大學邵旭東團隊研發的單向預應力UHPC薄壁連續箱梁新結構，首次將全新構造的密集橫隔板UHPC薄壁箱梁結構應用于梁橋，是橋梁建設和UHPC梁橋發展的一次重大突破。這項技術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撓兩大難題，并將簡支梁橋的跨越能力擴展至100米，未來還有可能將連續箱梁的跨徑提高至400米。

而由浙江舟山北向大通道公司、同濟大學等單位完成的浙江省交通運輸廳重點科技項目《超高性能混凝土提升跨海橋梁工程性能的應用研究》，在２０２１年7月進行了成果鑒定。這個項目成果之一是設計、預制UHPC預制T型梁。單榀梁最重約48噸，兩輛汽車吊裝就能輕松完成安裝，大幅降低施工難度和安裝成本。

除了橋梁，UHPC在建筑上的應用也越來越多。對此，趙筠指出，在歐洲，輕量化樓梯是UHPC重要的建筑應用之一。中建西部建設研究院、同濟大學等多個單位，也設計研制了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)。

當前，我國的建筑產業生產建造方式正處于轉型升級階段，住房城鄉建設部正在推動發展工廠化預制生產、全新裝配式集成部品部件和裝配技術體系。UHPC有助于建筑部品、構件實現輕量化、高品質、高效率和低資源消耗，還可用于構件節點連接提高結構可靠性和抗震性。因此，在建筑領域，UHPC有良好的應用技術發展潛力與市場發展空間。另外，UHPC在電力設施、軌道交通、市政工程等領域，也有一些UHPC產品或新結構設計與應用，如管廊隔倉板、排水管、永久 (免拆)模板、電桿等。

當前面臨哪些問題？

我國土木工程建設目前正處在大規模建設向建養并重轉移階段，UHPC已經在新建高性能結構和既有結構加固改造中得到了應用，且呈現快速發展趨勢。

“雖然UHPC產業在穩步增長，但仍處于發展的初級階段，還有很大的應用市場待開發、待發展。”針對行業面臨問題，趙筠表示，在橋梁領域，目前只有鋼-UHPC復合橋面在新建和舊橋改造中得到較廣泛應用，裝配式橋梁結構連接、UHPC橋面板和大梁、混凝土-UHPC復合結構等應用，還有很大發展空間。因此，在UHPC材料、創新性運用UHPC、先進的規范體系等方面仍然需要投入較大研發力量，推動 UHPC材料與結構向高質量、規模化運用方向發展，為我國土木工程的可持續發展和交通強國建設作出重要貢獻。

除此之外，從分會統計數據來看，2021年我國UHPC用量超過7萬立方米 (不含未收集到工程用量)，其中大部分使用UHPC預混料；生產了約15萬根超高強預應力混凝土電桿，超高強混凝土用量達3萬立方米。雖然與2020年相比，我國UHPC用量增加了3萬立方米，增幅為75%，增幅較高，但從UHPC總用量及在水泥基材料中的占比來看，2021年UHPC的水泥用量，以2020年中國水泥產量23.77億噸計算，不到我國水泥產量的0.003%。我國的UHPC產業仍處于初期的或起步的發展階段，市場規模還非常小。

“怎么去營造一個好的、健康的發展環境，避免惡性競爭是當前面臨的另一亟待解決的問題。”趙筠指出，一定要明確UHPC界限。當前標準《超高性能混凝土基本性能與試驗方法》(T/CBMF 37/T/CCPA-7-2018)規定了UHPC材料的基本性能和要求，《超高性能混凝土預混料》(T/CBMF 96/T/CCPA 20-2020)則擴展到常用的、主要的新拌性能和硬化性能。這些性能是UHPC材料目前發展階段可以標準化分級與要求的性能。除這些性能外，在實際工程應用中，可能會對UHPC提出更多方面的性能要求，如快凝快硬、高早強、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。因此，材料性能的提升與進步，將會長期是UHPC材料研究的主題。

高質量發展 路還有多遠？

“近年來，綠色建材在國內得到了大力開發，加上‘雙碳’目標的提出，具有節材、節能和減排效果的UHPC迎來了最好的發展時機。”趙筠表示，從20世紀80年代，我國開始了大規模基礎設施建設，如今許多工程結構已經老化，存在缺陷或不能滿足現在的安全標準，維修加固的需求將會越來越大，預期維修加固將成為UHPC的一個主要應用領域。

此外，UHPC還將在腐蝕性環境建造高耐久結構或為結構提供防護，在防爆、防侵徹或防撞結構，在水利工程抗沖磨，在隧道支護、管廊、管道、地鐵、桿柱、街具家具等諸多領域，為提升工程結構性能、耐久性提供更好解決方案。

除了機遇，UHPC的應用快速增長還得益于越來越多的UHPC相關研究。UHPC技術進步與積累，為工程應用、創新和產業發展提供了有力的支撐。

在技術方面，UHPC在我國的工程應用取得不少新突破，如102米跨徑簡支梁、輕量化集成建筑構件、濕接縫連接剪力墻、鋼結構防腐保護、混凝土結構補強加固等。在標準方面，除了《超高性能混凝土基本性能與試驗方法》《超高性能混凝土預混料》等團體標準，還有廣東省公路學會標準《無腹筋預應力超高性能混凝土梁橋技術規范》(T/GDHS 003-2021)，中國公路學會標準《高韌性混凝土組合橋面結構技術指南》(T/CHTS 10036-2021)等相關標準出臺。其中，中國工程建設標準化協會團體標準《超高性能混凝土結構技術規程》和交通運輸部行業標準《公路橋涵超高性能混凝土應用規范》已完成編制和審查工作，不久將會發布。

“可以預期，隨著研究的系統深入、標準規范體系的建立完善，在橋梁工程向大跨、輕型、耐久耐用方向發展過程中，以及在既有橋梁加固改造中，UHPC將發揮越來越重要的作用。”趙筠說。

UHPC項目現場  浙江省宏日泰耐克新材料科技有限公司、浙江寶思博新材料有限公司/提供