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超高性能混凝土的性能远远超过传统混凝土和灌浆料。事实证明，有针对性地使用超高性能混凝土，对于桥梁业主来说是非常有价值的。

什么是UHPC？

超高性能混凝土，简称UHPC，是一种纤维加固混凝土，也是当今水泥基材料发展的主要方向，被誉为“近30年来最具创新性的水泥基工程材料”。UHPC的常见成分包括波特兰水泥、细骨料、超塑剂、钢纤维、水以及硅灰、粉煤灰等外加剂，与传统混凝土相比，UHPC材料中的水泥使用量、骨料类型、纤维含量等均有所差异。根据美国联邦公路局（简称“FHWA”）发布的《超高性能混凝土：桥梁协会最新情况报告》（FHWAHRT-13-060），UHPC中的胶凝材料比传统现浇混凝土高出2.5倍。

虽然UHPC价格昂贵，但其在连接构件、现场组装和长期性能方面具有非常明显的优势。

UHPC的魅力何在？

“超高性能混凝土作为一种先进的建筑材料，其性能远远超过传统混凝土和灌浆料。虽然UHPC价格昂贵，但事实证明，有针对性地使用这种新型材料，对于桥梁业主来说是非常有价值的。”FHWA基础设施研发办公室桥梁工程研究组长Ben Graybeal表示，“目前，在美国桥梁市场，UHPC已经成为实现桥梁预制元件之间更简单、更耐久连接的秘密武器。”

缩短接缝，让连接更简单

连接桥梁预制元件通常需要在接缝处设置加强钢筋，由钢筋将拉力从一个元件传到另一个元件上。常规混凝土连接需要设置较长的搭接钢筋和锚固钢筋来抵抗应力，而超高性能混凝土具有较高的强度和粘结性能，能够更有效地抵抗应力，因而接缝处不需要锚固钢筋，且搭接的钢筋长度也可以适当缩短。换言之，超高性能混凝土可以缩短接缝，让钢筋构件连接变得更简单。

抵抗外力，让连接更耐久

采用传统混凝土连接（左）和采用UHPC连接（右）预制桥面板的对比图。

FHWA对UHPC的定义是：水胶比小于0.25、抗压强度大于150兆帕、开裂后持续抗拉强度大于5兆帕。在150兆帕压强下，UHPC的抗压强度是大多数传统现浇混凝土的4倍以上。UHPC的轴心抗拉强度可达8.5兆帕，是大多数传统现浇混凝土抗拉强度的3倍。更重要的是，UHPC开裂后仍然可以保持原有的抗拉强度。因此，与传统混凝土相比，UHPC可以在桥梁预制元件之间建立更强的连接。

案例：

UHPC在全球桥梁工程中的应用

●加拿大1997年，加拿大在魁北克舍布鲁克市建成了世界上第一座UHPC人行桥——谢布克（Sherbrooke）人行桥。由于应用了UHPC材料，桥梁的结构自重大大减轻，同时还可有效抵抗当地严冬零下30摄氏度的低温。该桥于1999年获得Nova奖提名。

●法国法国是第一个将UHPC成功商业化的国家，并于2001年建成了世界上最早的UHPC公路桥——Bourg-Les-Valence OA4和OA6跨线桥。

●德国2005年，德国开展了一个超过20个研究机构参与，经费超9000万元的UHPC研究项目——基于UHPC的可持续建筑，为制定全面的UHPC技术标准提供研究成果。2007年，德国修建了第一座多跨UHPC桥梁——加特纳桥。该桥为人行和自行车两用桥梁，共有6跨，桥长133.2米，最大跨径36米，跨越富尔达河。

●美国美国第一个采用UHPC的高速公路项目是位于爱荷华州瓦佩洛县的马斯希尔桥，该桥于2005年建造，于2006年竣工。自2005年以来，美国交通部门已使用UHPC完成了100多个桥梁项目。

●中国2016年，湖南长沙建成了一座长70.8米，宽6.5米的UHPC跨街天桥。由于应用了UHPC材料，桥梁上部结构重量减轻了近三分之一，全长70.8米的桥梁只需2个桥墩，主跨增加到了36.8米。

预制桥面板即将被运至施工现场连接装配。

由于水和氯化物的渗透，传统混凝土很容易受到破坏，最终导致混凝土冻融破坏和钢筋腐蚀。而UHPC在配制过程中，通常只使用细砂石和玻璃粉等细骨料，用以形成层次结构，当细骨料与水泥结合时，能够提供具有不连续孔结构的致密基体，与传统混凝土相比，这种结构能阻止水分渗入混凝土，避免混凝土冻融破坏和钢筋腐蚀。

简而言之，使用UHPC进行桥梁预制元件的连接可以增强结构强度和耐久性，让施工更简单，虽然UHPC材料的成本可能很高，但其在连接构件、现场组装和长期性能方面具有非常明显的优势。

如何降低使用成本？

高水泥含量、严格的配料控制以及钢纤维的使用让超高性能混凝土的价格明显高于传统混凝土。虽然许多公路管理部门都清楚UHPC在强度和耐久性方面均优于传统混凝土，但由于材料成本较高，目前还无法在桥梁工程中使用UHPC来替代传统混凝土。研究发现，在强度和耐久性的明显需求下，桥梁构件连接所需的UHPC量相对较小，且UHPC使用的混凝土和钢筋较少、接缝较小，因此FHWA致力于推广使用UHPC进行桥梁构件连接，以降低高昂的材料成本。

从全寿命周期成本来看，使用UHPC可以极大地减少未来的养护维修次数，与使用传统混凝土的桥梁相比，其全寿命周期成本仍然占优势。普拉斯基天桥位于新泽西州纽瓦克和139号公路之间，连接美国1号和9号公路。新泽西州交通部目前正在使用通过UHPC连接的预制桥面板进行桥面更换。除了降低未来维修费用外，使用UHPC进行连接还可以降低交通管制的成本和车道封闭维修带来的用户损失。

使用UHPC可以极大地减少未来的养护维修次数，与使用传统混凝土的桥梁相比，其全寿命周期成本仍然占优势。

UHPC连接的类型有哪些？

在桥梁运营过程中，桥面板会暴露在环境里，桥面板及其连接件的耐久性直接影响了桥梁的使用寿命。公路管理部门最常使用UHPC将预制桥面板连接在一起，或是将UHPC用于桥面板与梁的连接，以提高桥面板的耐久性和使用寿命。

此外，公路管理部门还会使用UHPC来连接模块化的上部结构元件。换言之，梁和桥面板可先在场外制造后运至施工现场组合，不用在梁上现浇单独的桥面板。将预制桥面板运至施工现场连接装配，与在现场浇筑桥面板混凝土相比，不仅缩短了施工时间，还尽可能确保了桥面板的质量。

上部结构的元件模块包括与桥面板配套设置的预制混凝土梁或钢梁，预制相邻箱梁及铰接板梁。上部结构元件模块之间的连接为桥面板间的连接，提高其连接的耐久性同样重要。与传统的混凝土相比，相邻箱梁和铰接板梁之间易出现纵向连接方向上的裂缝，而使用UHPC则可以减轻或消除这种开裂。

除了上部结构元件外，UHPC还可以用于连接桥梁的预制下部结构构件。桥梁墩台施工不需要现浇混凝土，而是由预制混凝土构件现场拼接。下部结构连接使用的加强钢筋通常比上部结构的更粗，若采用传统混凝土连接，连接将变得异常复杂，但使用UHPC可以有效缩短连接件的尺寸，降低连接的复杂程度。