本报告是CCPA-UHPC分会成立后撰写的第六个中国UHPC年度发展报告 (2019～2024)，从多个侧面记录和概要介绍2024年中国在UHPC领域取得的新进展和产业发展现状。
本报告是CCPA-UHPC分会成立后撰写的第六个中国UHPC年度发展报告 (2019～2024)，从多个侧面记录和概要介绍2024年中国在UHPC领域 (UHPC包含超高性能纤维增强混凝土UHPFRC、活性粉末混凝土RPC 和超高韧性混凝土STC) 取得的新进展和产业发展现状。2024年是中国UHPC行业稳步增长的一年，总用量达20万m3，比2023增长了37%。发展的亮点包括：结构创新与应用及解决工程问题又有新突破，如无焊接正交异性组合桥面结构，钢-混凝土-UHPC新型组合桥面板双窄箱组合梁桥，轻质UHPC（LUHPC）与高强高弹模UHPC桥面板，轻量化装配式UHPC盖梁和大悬臂UHPC-NC组合盖梁，风电UHPC-钢混塔在2024年两次创新高度，新型装配式UHPC构件节点连接等；在高效率、集约化、规模化生产与应用方面取得了重大进步，如甘肃UHPC轻工字梁结构预制构件先进生产线、山西UHPC护栏智能化生产流水线、UHPC风电塔筒管片规模化生产应用；新产品和新应用场景有扩展，如PCCP管、UHPC-铝蜂窝板复合吊顶板、UHPC储能柜体等；完成新一批采用UHPC板或幕墙装饰外立面而各具特色的建筑。（详见第一～三章））本报告介绍了国内外UHPC标准发展的情况（第四章）。实现“双碳目标”，是我国贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的国策。本报告第五章探讨了如何算清楚碳足迹、如何应用UHPC材料与技术为提升工程结构质量和减碳做贡献。报告最后（第六章）介绍了2024年的UHPC技术交流活动和2025年计划开展的活动。一、UHPC研究、应用创新与产业化发展1、梁桥创新与应用新型无焊接正交异性组合桥面结构传统正交异性钢桥面板具有自重轻、承载力高、施工便捷等特点，在国内外钢桥中应用十分广泛，但普遍面临易疲劳开裂和铺装频繁破损“两大病害”难题。湖南大学邵旭东教授团队研发的传统正交异性钢桥面 + 配筋UHPC层组合桥面，是“两大病害”的很好解决方案，已经获得大量应用（参见图3-1）。邵教授团队并未止步于此，又“另辟蹊径”研究发明出无焊接正交异性组合桥面结构（以下称“新组合桥面结构”），再大幅提升正交异性钢构的抗疲劳性能。图1-1：传统正交异性钢桥面与新型无焊接正交异性组合桥面结构 (湖南大学提供图)新组合桥面结构由型钢、钢板条和UHPC板组合而成，其与传统正交异性钢桥面的差异如图1-1所示。得益于国家自然科学基金重点项目(52038003)的资助，团队对这种新型组合桥面结构进行了系统的理论分析、模型试验及优化研究。新组合桥面板与钢箱梁的纵、横向连接采用T型湿接缝，将新旧UHPC接缝置于低应力区，使得UHPC内钢纤维在高应力区连续分布，有效防止了接缝开裂。该新型组合桥面结构（含接缝）除栓钉外，无任何板件焊接，从而避开焊接钢结构“焊缝对疲劳应力敏感”的难题，大幅提升桥面结构抗疲劳性能，是桥梁技术重大的改进完善。该新组合桥面结构与传统正交异性钢桥面的重量基本持平，能够适应特大跨径斜拉桥、悬索桥等各种复杂结构受力要求，造价则可降低约50%，经济效益显著，并可降低桥梁运行的维护维修费用。经过中建国际投资（湖南）有限公司、中建五局与湖南大学、上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司的产学研合作，该科研成果2023年首次被设计应用于长沙高铁西站配套高架桥的跨径55m、桥宽9m简支组合梁匝道桥，2024年建造，组合桥面板由中路新材/中路华程桥梁科技股份有限公司施工，建造过程见图1-2。图1-2：新型无焊接正交异性组合桥面结构首次应用的生产安装过程 (湖南大学提供图片)钢-混凝土-UHPC新型组合桥面板双窄箱组合梁桥上海浦东建筑设计研究院有限公司马晓刚总工带领桥梁团队，开展了《钢-混凝土-UHPC组合桥面板体系设计方法及关键技术研究》科研课题，对钢-混凝土-UHPC组合板抗弯、抗剪、抗冲切、抗疲劳等性能进行理论研究和试验验证，揭示了组合板的破坏类型及特征，并将创新设计的“钢-混凝土-UHPC新型组合桥面板双窄箱组合梁桥”成功应用在上海沪南公路（闸航公路~G1503）改建工程中的新建申江南路跨线桥。该桥宽度16.5m、总长525m，主跨为 (40+60+40)m连续梁，主梁采用双窄幅钢箱梁，桥面板采用钢-混凝土-UHPC新型组合桥面板（见图1-3）。 该新型组合梁桥在16.5m宽度上仅布置了2个宽2.5m的窄钢箱，悬臂2.8m未设置钢挑臂支撑，钢结构加工方便，外观简洁优美，且降低了整体用钢量，有利于提升经济性。桥面结构顶层采用5cm厚UHPC，可以避免组合梁负弯矩区开裂的问题，大幅提高结构的耐久性；中间层为型钢与普通混凝土；底层为8mm薄钢板，与开孔型钢剪力键配合，一方面作为施工模版，保证施工期间的刚度，避免了现浇桥面板混凝土时另设模板的问题；同时也替代了桥面板的底层钢筋，受力更均匀，避免了桥面板底部网状开裂及引起的耐久性问题。根据试验分析，相比较普通钢混组合板，该新型组合桥面板开裂弯矩提升了2倍，负弯矩承载力提升了54%，冲切承载力提升33%。其良好的综合力学性能，使得桥面板的适用跨径提升至8~10m，悬臂宽可达3~3.5m，并减少或不设置支撑桥面板的钢横梁数量，从而大幅降低桥梁整体造价和施工工期。在首次申江南路跨线桥建设（业主为上海浦东工程建设管理有限公司、上海浦东路桥集团有限公司施工）的应用中，显著降低了工程用钢量和造价。钢-混凝土-UHPC组合桥面板结构，实现了常规钢混组合桥面板难以满足的大跨径、大悬臂的使用要求，与窄钢箱梁形成新型低梁高大悬臂组合梁桥，较好地释放桥下空间，便于组织地面交通，为城市复杂建设环境用地紧张问题提供合理结构方案。图1-3：钢-混凝土-UHPC新型组合桥面板双窄箱组合梁桥 (上海浦东建筑设计研究院提供图片)2、桥梁结构加固研究广东中江高速改扩建工程中，拱北河大桥及四沙大桥两侧需要加宽扩建，老桥原设计采用的89规范，拼宽后按15规范演算承载力，抗弯承载力不通过，因此需进行加固。经多种方案综合比选后，最终选择采用UHPC薄层加固方案进行抗弯加固。为揭示UHPC薄层对预应力混凝土构件抗弯加固全过程的力学机理与加固效果分析，广州鼎兴土木联合广东省交通院、哈尔滨工业大学、华南理工大学成功完成了三条足尺试验梁（8m预应力混凝土简支T梁、梁宽1.75m、梁高0.9m、腹板厚20cm）的破坏试验。为模拟在实际工程中因各种原因需进行带载薄层加固的受损结构情况，对试验梁加载到开裂荷载进行预裂后再加固。一片外包加固梁马蹄周围设置植筋，另一片外包加固梁不设置植筋；外包材料采用UC130等级UHPC；取两条预裂梁进行UHPC加固，外包层厚度为60mm，外包层向上延伸200mm至马蹄位置上缘。试验对比了UHPC薄层对梁抗弯性能的影响，包括承载能力、抗裂性能、延性性能以及加固工艺等方面的影响。 试验结果表明：UHPC薄层加固技术能够显著提高桥梁结构的承载能力、抗裂性能和延性性能，为桥梁加固提供了一种高效、可靠的新方法。通过对比不同施工工艺对加固效果的影响，发现在凿毛充分的情况下，植筋对结构的抗弯承载能力和抗裂性能影响不大（见图1-4）。考虑到植筋对梁体有一进步损伤，且植筋施工繁琐，影响施工进度和UHPC薄层局部施工质量，建议在受拉区进行UHPC薄层抗弯加固中，可以不植筋或少植筋。该研究为未来的桥梁与建筑结构加固设计提供了重要的理论依据和实践指导。图1-4：UHPC加固足尺梁抗弯试验与结果 (广州鼎兴土木提供图片)3、装配式UHPC轻工字梁桥、盖梁体系开发及产业化针对西北区域环境及地质条件恶劣，普通混凝土结构耐久性、服役寿命及抗震性能难以满足需求的现况。甘肃交设智远实业有限公司开发了预制装配式UHPC公路桥梁技术体系，由UHPC先张预应力工字梁、UHPC先张预应力叠合底板和装配式横隔板及桥面现浇层组成。迄今，已形成8～22m跨径轻工字梁产品体系。2024年9月甘肃省发布实施地方标准《轻工字梁结构桥梁技术规范》（DB62/T 5031—2024）。甘肃交设智远实业在2023年4月建成先进的工业化先张法UHPC预应力梁板生产基地，形成了高效、规模化UHPC桥梁构件的生产能力。目前，在甘肃省已建造完成15座UHPC轻工字梁结构桥梁，更多的公路桥梁在构件预制生产和安装建造中（见图1-5）。图1-5：预制装配式UHPC轻工字梁桥 (甘肃交设智远实业提供图片)与传统混凝土桥梁结构相比，该预制装配式UHPC桥梁具有的优点包括：（1）质量可靠：采用先张预应力集中工厂预制，质量更高、更稳定和更可靠，因为避免了后张预应力可能出现的管道压浆不密实、破损漏浆、锚具损坏，以及预应力损失、应力集中等系列问题。（2）轻量化：上部结构自重降低40%~50%，运输安装更便捷高效；可减少下部结构工程量；有利于桥梁抗震；旧桥上部更换不影响下部结构。（3）高强耐久：UHPC全预应力梁板结构的韧性好、安全储备高，耐久性优势突出（为混凝土结构的4倍以上），可有效适应复杂地形气候条件。（4）绿色节材低碳：上部结构混凝土用量降低50%，钢筋用量降低80%，全过程碳排放降低60%以上；桥梁上部结构高度减小3～28cm，可降低路基填高，旧桥上部更换不需调坡顺接；集约化制造可节约预制梁场等临时设施。（5）工业化建造：桥梁结构工厂制造、现场安装，装配化程度高，现场达到梁体零现浇，工程品质高；全桥免模板快速施工，节约上部工期30%~40%。（6）经济性好：单孔造价与传统混凝土结构基本持平，多孔结构因下部优化，经济性随孔数增多而增大（可总体降低5%左右），全寿命养护成本大幅降低。 甘肃交设智远实业还研发设计了轻型装配式UHPC桥墩盖梁（见图1-6）。单片盖梁自重为26吨，比同类型普通混凝土盖梁自重降低近65%，采用常规吊运设备10分钟内可完成盖梁的架设安装，大幅提高施工效率，施工管理及设备投入成本则显著降低。该盖梁结构体系可以高效率工业化预制生产，造价与传统现浇混凝土盖梁持平，具备良好经济性的同时，具备高耐久性和抗震性，工业化预制生产不仅效率高，质量也容易控制和保证。此外，还设计研发了轻量化路侧排水沟、稳固路基的六棱块等预制UHPC产品，利用UHPC的高耐久性有效抵御盐水冻融、盐质土腐蚀等的破坏，大幅降低维修或更换费用。图1-6：UHPC盖梁 (甘肃交设智远实业提供图片)4、轻质UHPC和高强高弹模UHPC桥面板轻质UHPC（LUHPC）预制桥面板及湿接缝近年来，得益于高强轻骨料如煤矸石陶砂的工业化生产，轻质的结构用混凝土强度不断攀升，并用于制备轻质UHPC（也称作LUHPC）。武汉双柳长江大桥是目前长江上在建的最宽钢箱梁悬索桥，主桥长1,630m，主跨1,430m、宽50.5m，两侧跨堤桥为100米钢-LUHPC组合梁桥。对LUHPC的要求为：容重2100±50kg/m³，28d抗压强度 ≥ 115MPa，28d弹性模量 ≥ 38GPa。针对这样高的LUHPC设计指标要求和首次规模化应用，双柳大桥两侧跨堤桥建设承担单位——中铁大桥局/中铁桥研科技有限公司和中交二航局/中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，分别开展技术攻关，配制出满足性能要求的LUHPC。LUHPC从试验室走向工程应用，还需要解决系列生产制备和预制生产的工艺技术难题，包括：（1）解决工业化陶砂预湿工艺、投料效率问题；（2）解决LUHPC工业化生产制备的质量、强度性稳定性问题；（3）研究探索最优的浇筑振捣工艺，解决LUHPC钢纤维下沉、陶砂上浮等均质性不易控制的问题。在各自独立解决这些工艺技术难题后，中铁桥研科技和中交武汉港湾院都成功预制生产出质量性能可靠的LUHPC桥面板（见图1-7），并分别应用于武汉双柳长江大桥两侧钢-LUHPC组合梁桥，包括现浇施工LUHPC湿接缝。预计，LUHPC在改扩建桥梁中应用前景广阔。图1-7：LUHPC桥面板预制生产 (中铁桥研科技提供图片)高强高弹模UHPC预制桥面板在建的湖北荆州观音寺长江大桥主桥为双塔混合式钢-UHPC组合梁斜拉桥。该项目对UHPC的力学性能提出了较高要求。中铁大桥科学研究院和中铁桥研科技有限公司，针对该项目需求研发了超高强、高弹模UHPC材料：抗压强度超200MPa，弹模达53.7GPa，抗拉强度15MPa以上，并成功进行工业化生产制备和预制桥面板（见图1-8），应用于观音寺长江大桥项目，实现了国内最高强度等级UHPC的规模化应用。2024年已完成预制生产该项目使用UHPC桥面板总量的20%。图1-8：观音寺长江大桥高强度等级UHPC桥面板预制生产 (中铁桥研科技提供图片)5、公路UHPC护栏开发及产业化针对现有公路护栏施工工艺繁琐、施工人员与设备数量多以及耐久性差等问题，山西省交通科技研发有限公司和交通新技术发展有限公司的研发团队经过持续攻关，开发了全寿命周期成本低的新型公路UHPC半装配式护栏。该护栏以UHPC 为核心材料，预制护栏薄层外壳（厚度2.5～5cm），运至施工现场拼接，并在内部填充普通混凝土或煤矸石、钢渣等固废基混凝土，最终形成一体防护结构。通过SB级、SA级和SS级实车足尺碰撞试验，确认该UHPC护栏安全性能满足《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01-2013) 要求。针对北方地区冬季融雪剂的使用情况，他们采用28%NaCl、CaCl2混合溶液进行盐水冻融循环对比试验，研究所使用UHPC的耐久性。目前冻融已达600循环，UHPC试件表面状态完好，几乎没有质量损失。 护栏的薄壁UHPC外壳构造复杂，高效率工业化生产的难度较大，研发团队经过反复研究、不断尝试和改进完善，成功建立起拥有PLC自动化集成控制、配备模板快速拆装、UHPC材料智能搅拌布料、流水线控制、产品高效运移、智能生产管理等系统模块的生产线，实现了产品生产的标准化、智能化与规模化，年产能达14万延米。2024年在山西汾石高速上完成该新型UHPC公路护栏示范化应用，里程52.5km，为SBm级分设式中央分隔带（见图1-9）。图1-9：自动化生产防撞护栏UHPC外壳与护栏安装 (山西交通科技研发公司提供图片)6、风电UHPC-钢混塔技术与产业化发展图1-10：上海风领新能源UHPC-钢风电塔筒项目和185m高塔筒 (上海风领新能源提供照片)上海风领新能源在2023年10月建造完成了世界第一个UHPC-钢风电混塔（风机轮毂中心高度180m）后，同时开始了UHPC的规模化应用，设计建造了高度120m～180m系列UHPC-钢混塔（见图1-10a），形成了完整的技术体系。利用UHPC材料很好解决了传统塔架结构的系列影响运行可靠性的难题。2024年11月，上海风领新能源自主设计建造的185m（风机轮毂中心高度）UHPC-钢混塔，在哈尔滨依兰县项目顺利完成首台吊装工作（见图1-10b），风电UHPC-钢塔筒再创新的高度。但是，新纪录在一个月后再次刷新，2024年12月18日建华建材和远景能源有限公司建造的风机轮毂中心高度190m的UHPC-钢混塔安装完成（见图1-11）。图1-11：190m高UHPC-钢风电塔筒 (建华建材提供照片)7、装配式UHPC框架结构节点连接方式改进在双河变电站工程的基础上（参见2022年报告），浙江宏日泰耐克新材料科技有限公司进一步优化结构连接方式，将UHPC构件与钢结构连接方式有机结合，在UHPC梁、柱的连接节点处设置钢连接头，现场通过连接钢连接头实现梁柱免支撑的结构连接，即：梁、柱采用UHPC预制，连接节点区域采用钢结构形式，安装完成后钢连接节点外包轻质混凝土防腐保护，形成新型“预制UHPC构件+钢连接节点”装配整体式混合框架结构体系。这样，钢-UHPC结构中钢材无外露，克服了钢结构建筑后期需频繁维护的缺点，让结构免维护寿命达到200年以上。图1-12：新型“预制UHPC构件+钢连接节点”结构和安装方法 (浙江宏日泰耐克提供照片)基于UHPC的装配式钢节点混合框架结构体系，宁波市电力设计院有限公司与中国建筑科学研究院有限公司等单位联合开展深入研发，经过理论分析与足尺试验测试，验证了这种新型预制装配结构体系的承载能力、抗震性能及可靠性。与传统混凝土框架体系相比，该结构体系梁柱截面大幅缩减，节材65%，同时具备快速装配、绿色耐久等优点。2024年该混合框架结构在宁波镇海半路110kV输变电建设项目应用（见图1-12）。工程实践证明，结构建造真正做到工业化生产、全装配式施工——实现免模和免支撑、快速装配、高效施工，缩短安装工期约25天。特别是，很好解决了常规钢结构变电站耐久、防火性能不佳，及运行期难以带电维护维修的难题。该新型UHPC-钢装配式结构是建筑向工业化、标准化、绿色低碳化迭代发展进步的优秀范例。8、UHPC-铝蜂窝板复合吊顶板北京中关村东升科技园-东畔科创中心项目，外立面幕墙和室内吊顶采用仿石材UHPC纹理板。为实现建筑师希望的石材质感和纹理效果，上海义诚巨新建筑科技有限公司创新发展了UHPC-铝蜂窝板复合结构吊顶板（见图1-13）。借助铝蜂窝板提高板块强度、克服UHPC薄板翘曲，UHPC吊顶纹理板块最薄处仅10mm，使吊顶板轻量化，有效减小了主体结构的荷载。在传统石材、铝板无法同时满足高强度和轻量化要求的场合，UHPC或与UHPC复合，则可能是最佳解决方案。图1-13：UHPC-铝蜂窝板复合结构吊顶板 (上海义诚巨新提供照片)9、预应力钢筒UHPC管 (PCCP)某输水项目管道的工作压力（输水压力）为1.6MPa和2.2MPa，采用普通混凝土制作的预应力钢筒混凝土管（PCCP管）难以满足强度要求。为此，四川国统混凝土制品有限公司采用UHPC技术设计和生产PCCP管道，能够满足对管道较高强度的要求。该项目所在地为山区，运输安装等工作难度较平原地区高许多，应用UHPC使管道重量比同类普通PCCP管减小了约30%，降低了运输与安装施工的难度。此外，有高密实度、高抗裂性能UHPC作预应力钢筋保护层，不再需要依赖其它附加防腐措施，可满足管道在各种特殊地质条件中的防腐蚀要求，实现管道在高腐蚀自然环境中50～100年的使用寿命需求，消除了PCCP耐腐蚀能力不足的性能短板。10、UHPC储能柜体开发及产业化UHPC储能柜体由台湾水泥股份有限公司（简称“台泥公司”）提出并研发，与中建一局集团建设发展有限公司及中建（天津）工业化建筑工程有限公司联合进行产品制作、组装、试验等工作。相关产品已申报专利。UHPC储能柜体由UHPC材料做成的柜体外壳（见图1-14）、储能柜专用门及耐火隔热材料组合而成，内置储能电池、EMS能源管理系统、消防系统等设备。图1-14：UHPC储能柜体 (台泥公司/中建天津工业化公司提供照片)相较于传统集装箱钢制储能柜体，UHPC储能柜体具有防火防爆、注水灭灾、高耐久性、低碳绿色的优势，可以安全地储存电能，并提供稳定的用电服务。UHPC储能柜体有不同的规格和容量，目前已完成单柜1000kW·h、400kW·h、60kW·h、40kW·h容量产品的研发，可以根据使用需求进行不同规格的自由组合和配置，适用于各种室内外场景。截止2024年9月，UHPC储能柜已在台湾地区完成72座柜体的建设及应用，大陆区域已完成6座储能柜设备...