2021年中国建材联合会/中国混凝土与水泥制品协会 (CBMF/CCPA) 团体标准的基础UHPC标准系列已经完成；公路桥梁UHPC相关行业标准和团体标准也有重大进展；中国的UHPC标准规范技术体系初步形成。
CCPA超高性能水泥基材料与工程技术 (UHPC) 分会2021年10月3、结构维修加固建筑结构故宫东华门主出入口的三条普通钢筋混凝土过梁，长期服役后出现局部钢筋外露锈蚀、混凝土剥落的情况，存在潜在安全隐患。故宫组织相关部门研究，决定采用预制预应力UHPC新过梁替换原梁，保证新梁具备长期服役的高耐久性。过梁长6m，截面尺寸300x450mm，为后张预应力梁，采用90°C、48小时热养护，由北京榆构和广州玖珂瑭合作预制生产 (图27)，今年5月完成。作为最具代表性的中国古建筑，故宫采用UHPC梁无疑是对UHPC优良性能的肯定，也是古建筑维修维护的好示例。图27：故宫东华门主出入口过梁更换为预应力UHPC梁 (广州玖珂瑭提供照片)桥梁盖梁“由甘肃省交设股份公司桥隧养护技术研究所负责设计的G341 线唐家台大桥、G566 线潘河桥、G310 线五龙沟桥等 5 座旧桥改造项目中，首次采用配筋超高性能混凝土夹克法（Reinforced UHPC Jacketing）加固旧桥盖梁，有效地解决了常规加固手段存在的问题......。在危旧桥改造中，因旧桥盖梁尺寸较小且配筋偏少，需要大幅提高其承载力，往往需要按照现行荷载标准加固桥墩盖梁。传统的增大截面加固法存在结构自重增加过大问题，而粘贴钢板加固法提高承载力有限且后期增加养护负担。因此，超高性能混凝土以其高强、耐久的特性极其适用于桥梁维修加固领域。”（引自甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司网站，2021年7月27日）桥梁大梁广州新化快速路长洲大桥2020年8月遭受火灾，其中一跨的三条现浇预应力T梁为直接火损梁，混凝土表面受火剥落深度最大达到3.5cm，部分梁体露出钢筋。计算分析表明，直接火损梁的抗弯能力有所下降，部分截面的抗剪能力不满足设计要求。经专家组讨论，确定的维修加固方案为：清除损伤的混凝土后，采用UHPC对受损部位进行加固补强处理。今年8月，完成了受损梁的UHPC加固补强施工，中路杜拉负责UHPC制备和现场浇筑。有“华东第一枢纽”之称的诸永高速怀鲁互通立交枢纽，连接诸永高速和甬金高速，2010年建成通车。今年部分箱梁采用UHPC加固，在箱梁底板下面和腹板下部侧面增加80mm厚配筋UHPC加固层 (如图28所示)，提升梁的承载能力，并保护原混凝土结构 (浙江宏日泰耐克施工)。图28：金华怀鲁立交箱梁底板UHPC加固部位 (浙江宏日泰耐克提供图片)图29：武汉市三环线桥梁维修加固工程施工 (中铁桥研科技提供图片)武汉市三环线由于重载交通的持续作用，沿线部分桥梁出现病害，采用UHPC对主要承重桥梁出现病害的腹板与底板进行维修加固，见图29 (2021-10～12，中铁桥研科技施工)。桥梁墩柱1991年建成的厦门大桥是我国第一座跨海公路大桥，今年在运营30年后由该桥建设者中交一公局再进行改造加固。其中，大桥桥墩采用厚5cm的UHPC加固和保护，见图30。图30：厦门大桥桥墩维修加固（黄伟提供照片）桥梁应急抢修2021年3月16日武汉三环线长丰桥汉口至汉阳方向，因满载砂石的货车发生侧翻，造成空心板桥结构的一根架梁受损，环线通行受阻。为了尽快恢复交通，确定采用定制钢箱梁替换受损跨空心板梁抢修方案，桥面铺装层设计为80mm UHPC + 40mmSMA方案。采用的UHPC含粗骨料，铺装施工见图31 (中铁桥研科技施工)。装配式简支空心板桥具有结构简单、施工方便、吊装重量轻等优点，是中小跨径桥梁中常用桥型之一，在我国公路建设中得到了广泛的应用。但是随着时间的推移，交通量的不断增大，尤其是车辆荷载增大和超载车辆的增加，空心板桥结构抗力退化，特别是铰缝病害，易造成单板受力问题，已有相当数量的桥梁发生老化、损坏，承载能力明显降低。UHPC凭借其高力学性能可以提升既有空心板梁桥整体承载力，对既有空心板梁结构的加固改造具有显著优势。图31：武汉市长丰桥应急抢修工程UHPC铺装施工 (中铁桥研科技提供图片)上述工程案例具有典型性，从加固补强的有效性、可靠性、施工难易程度、对旧结构的保护作用和长期性能，以及经济性等各方面评价，采用UHPC维修加固可能都是最好方案。4、其他应用管廊隔仓板广州天河智慧城地下综合管廊工程是国家综合管廊试点项目，由广州市政集团承建，北京市政工程设计总院设计。该综合管廊的科翔路-华观路段长5.27km、科韵路段长3.28km，为盾构法施工，采用了UHPC隔仓板，单块板规格为5.15m长、1.5m宽、0.24m厚 (面板厚6cm、肋高18cm)。UHPC隔仓板重量为2吨，比常规混凝土预制隔仓板轻40%，节约了运输、吊装和安装成本；因其耐久性好，后期无需维护维修，整体经济性同普通混凝土预制板基本持平。该工程使用UHPC隔仓板5,000余块，UHPC用量近4,000m3，由中路杜拉负责预制生产，今年12月完成。2020年9月，中路杜拉对这种UHPC隔仓板进行了承载能力测试，持续加载至面荷载20吨，跨中集中荷载5吨，未见任何裂缝和破坏 (见图32中)。图32：管廊UHPC隔仓板 (中路杜拉提供照片)免拆 (永久) 模板云南开远南站农村交通枢纽的护坡工程施工，采用了RPC景观面板作为免拆模板(图33)，替代护坡现浇混凝土支护模板。用RPC板将模板功能与混凝土表面装饰功能集为一体，方便了施工，同时提高了护坡混凝土耐久性和外观质量。该工程RPC板由安徽丰铁工程公司生产。图33：云南开远南站农村交通枢纽RPC景观面板 (安徽丰铁提供照片)图34：广东江肇高速西江大桥两侧人行道盖板(中路杜拉提供照片)人行道板和盖板广东江肇高速西江大桥2010年12月通车，10年后桥两侧人行通道的普通钢筋混凝土盖板 (长159cm、宽50cm、厚8cm) 严重老化，混凝土出现开裂、剥落、露筋及钢筋锈蚀等病害。随着经济发展、人口增长，人行道板下面铺设的供水管道逐步增加，还有进一步增加的需求，增大了桥梁负荷。2020年11月，西江大桥两侧人行道使用UHPC盖板 (长159cm、宽50cm、厚4cm，图34）替换原盖板，替换后使整桥减重约390吨，新铺设的UHPC盖板加上自来水管的总荷载比原混凝土盖板还小。共计使用4800块UHPC盖板，由中路杜拉预制生产。更换安装只用了3天，盖板的外观和耐久性更好。此外，今年还有一些地铁工程使用UHPC疏散平台板与支架。UHPC制造的疏散平台不难满足防火要求，免维护长服役寿命，轻质高强，成为了地铁隧道的首选安全设施。超高强混凝土和UHPC电杆辽宁希伦、广东盖特奇等企业发展的超高强混凝土和UHPC电杆生产技术，近几年市场应用快速发展。2021年超高强混凝土 (抗压强度120~130MPa) 电杆产量约15万根。这种超高强混凝土电杆大幅度降低了电杆的重量，例如，梢径190mm、长12m标准规格的重量为650kg左右，只有同规格传统混凝土电杆 (重1200~1400kg) 重量的一半。大梢径大锥度超高强混凝土或UHPC电杆用于替代钢管杆，重量增加30~40%，用钢量降低60~70%，生产成本降低20~30%，并且不需要热镀锌防腐，免维护服役寿命更长。因此，这样的电杆具有较强的市场竞争力。生产电杆中，没有使用钢纤维等高强纤维的超高强混凝土，抗拉性能和韧性达不到UHPC的水平，但获得高密实度与高抗压强度的方法与制备UHPC基体的方法相同，是UHPC技术的拓展应用。五、UHPC的技术交流 以UHPC弹性球为主题的“首届全国 UHPC 设计定制大赛”在2020年12月4日成功举办。来自高校、企业的46个队带着自己设计制作的UHPC弹性球参赛。各团队在赛前都做了大量的准备工作，为了做出弹性更好的UHPC球，他们不断试验探索，提升UHPC材料的性能、改善球体结构和成型方法，在赛场上比出了好成绩、高水平。大赛起到了预期的作用，即激励大家去学习、思考、分析、探索、创新和实践，使比赛成为一个学习进步和相互交流过程。“第二届全国 UHPC 设计定制大赛”将于2021年12月2日在南京举办（疫情原因推迟到2022年3月底举办）。2020年12月初在南京CCPA行业大会期间， CCPA-UHPC分会组织召开了为期一天的“第三届超高性能水泥基材料与应用技术论坛”(12月5日下午和6日上午)，14位专家学者及企业相关负责人做了UHPC材料研究进展、工程设计与应用案例等多个层面的报告。在“第三届混凝土大讲堂”(6日下午)，CCPA-UHPC分会秘书长赵筠做了题为“超高性能混凝土的材料创新与应用创新”报告。第四届超高性能水泥基材料与应用技术论坛”将在2021年南京CCPA行业大会期间 (12月2~4日) 举办（疫情原因推迟到2022年3月底举办）。在CCPA组织的“标准化创新与宣贯公益系列讲座”第六期 (9月28日)，CCPA-UHPC分会秘书长赵筠讲解了《超高性能混凝土预混料》标准，及其编制的背景情况。为交流UHPC技术发展与应用的进步和经验，凝聚众人智慧和力量解决UHPC材料、生产、设计、施工、装备和应用中遇到的问题，探讨UHPC应用创新和发展方向，促进UHPC技术进步和产业健康发展，CCPA-UHPC分会计划2022年5月下旬在广东举办首届全国UHPC技术发展和应用创新大会，会议筹备工作已经有序展开。六、结束语 2021年中国建材联合会/中国混凝土与水泥制品协会 (CBMF/CCPA) 团体标准的基础UHPC标准系列已经完成；公路桥梁UHPC相关行业标准和团体标准也有重大进展；中国的UHPC标准规范技术体系初步形成。2021年UHPC在中国的工程应用有不少新突破，如102m跨径简支梁、轻量化集成建筑构件、湿接缝连接剪力墙、钢结构防腐保护、混凝土结构补强加固等等。UHPC产业在稳步增长，但仍处于发展的初级阶段，还有很大的应用市场待开发、待发展。在桥梁领域，目前只有钢-UHPC复合桥面在新建和旧桥改造中得到较广泛应用，装配式桥梁结构连接、UHPC桥面板和大梁、混凝土-UHPC复合结构等应用，还有很大发展空间。如今，UHPC在建筑领域应用的总量还不大，但蕴含着很大的发展潜力，特别是建筑方式向工业化、装配化转变为UHPC创造了很多发挥作用的机会。应重视发展和完善UHPC幕墙、装配式结构连接等技术体系以及相应标准规范，结合PC与钢结构装配式建筑开发轻量化构件、集成式墙体部件等。从上世纪八十年代，中国开始了大规模基础设施建设，如今许多工程结构已经老化、存在缺陷或不能满足现在的安全标准，维修加固的需求将会越来越大，预期维修加固将成为UHPC的一个主要应用领域。此外，UHPC还将在腐蚀性环境建造高耐久结构或为结构提供防护，在防爆、防侵彻或防撞结构，在水利工程抗冲磨，在隧道支护、管廊、管道、地铁、杆柱、街具家具等诸多领域，提升工程结构性能、耐久性或提供更好解决方案。最后引用邵旭东、樊伟和黄政宇在文章“超高性能混凝土在结构中的应用”[6]的结束语：“工程材料的发展是工程结构创新的重要驱动力，而结构创新也是新材料能否有生命力与竞争力的关键所在。与普通混凝土相比，UHPC 强度更高、更耐久；与钢结构相比，UHPC 结构抗疲劳能力更强。当前 UHPC 材料与结构已成为了热点研究方向，相关专利与论文数量呈指数型增长。同时，UHPC 应用数量、范围与地区不断攀升，各类规范与标准也在不断地制定与修订之中，为 UHPC 结构持续发展提供了重要保障。我国土木工程建设正处在大规模建设向建养并重转移阶段，UHPC 已经在新建高性能结构和既有结构加固改造中得到了应用，且呈现快速发展趋势。可以预见，随着我国 UHPC 相关规范、标准制定与实施，必将进一步推动UHPC在新建结构和既有结构加固中的运用与发展。同时，需要注意的是，在 UHPC 材料、创新性运用 UHPC、先进的规范体系等方面仍然需要投入较大研发力量，推动 UHPC 材料与结构向高质量、规模化运用方向发展，为我国土木工程的可持续发展和交通强国建设做出重要贡献。”致谢：衷心感谢浙江宏日泰耐克新材料科技有限公司、砼创(上海)新材料科技股份有限公司、广州市玖珂瑭材料科技有限公司、中路杜拉国际工程股份有限公司、湖南中路华程桥梁科技股份有限公司、上海复培新材料技术有限公司、广东盖特奇新材料科技有限公司、青岛迪凯机械设备有限公司、湖南固力工程新材料有限责任公司、安徽丰铁工程技术有限公司、北京市高强混凝土有限责任公司、中铁桥研科技有限公司、江苏苏博特新材料股份有限公司、中交二航武汉港湾新材料有限公司，为本报告提供的支持和信息！参考文献[1] 刘路明, 方志, 黄政宇, 裴炳志, 吴玉友, 膨胀剂与内养剂对超高性能混凝土性能的影响, 硅酸盐学报, Vol.48,No.11, 2020年11月, DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20200255[2] Yalin Liu, Ya Wei, Effect of calcined bauxite powder or aggregate on the shrinkage properties of UHPC, Cement and Concrete Composites 118(2021) 103967, doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.103967[3] Tianan Liu, Ruixiang Bai, Zhitao Chen,Yazhao Li, Yingzi Yang, Tailoring of polyethylene fiber surface by coatingsilane coupling agent for strain hardening cementitious composite, Construction and Building Materials 278(2021) 122263, doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2021.122263[4] 张文华, 张仔祥, 刘鹏宇, 张云升, 张春晓, 佘伟, 多尺度纤维增强超高性能混凝土的轴心抗拉和抗压行为, 硅酸盐学报, Vol.48,No.8, 2020年8月, DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20200179[5] 蒋睿, 早期养护方式对超高性能混凝土性能的影响, 硅酸盐学报, Vol.48,No.10, 2020年10月, DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20200251[6] 邵旭东, 樊伟, 黄政宇, 超高性能混凝土在结构中的应用, 土木工程学报,Vol.54, No.1, 2021年1月, pp.1 – 13.[7] 《中国公路学报》编辑部, 中国桥梁工程学术研究综述· 2021, 中国公路学报,Vol.34, No.2, 2021年2月, doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.02.001[8] UHPC材料及其在桥梁工程中的应用专刊导语, 中国公路学报,Vol.34, No.8, 2021年8月[9] 张桦, 白杨, 建筑外围护系统的工业化集成探索实践——基于超高性能混凝土围护体系的研究, 建筑技艺(AT), 2021,27(02),pp.25-31.[10] 郑七振, 陈威钢, 龙莉波, 马跃强, 陈刚, UHPC 连接的节点预制-构件预制装配式框架抗震性能试验研究, 上海理工大学学报,Vol. 41, No. 6, 2019, DOI: 10.13255/j.cnki.jusst.2019.06.013[11] 郑七振, 李会炎, 龙莉波, 陈刚, 基于超高性能混凝土连接的装配式剪力墙抗震性能试验研究, 工业建筑(网络首发), https://doi.org/10.13204/j.gyjzG20042601 （全文完）原创文章 欢迎交流 如需转载 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