超高性能混凝土在公路工程的應用分析

楊玲玲

摘 要：本文簡單介紹超高性能混凝土，并分別從鄉村改建項目以及鋼纖維應用兩個角度分析此類混凝土的應用情況，前者從公路主體、節段預制、跨徑及實例展開，后者以實驗的長度、厚度入手。

關鍵詞：UHPC;公路;梁

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

0 引言

在公路橋梁項目中，板橋以T型、箱型為主，應用比率在九成左右。以項目設計的層面來看，因為常規混凝土在功能上的制約，使得公路的規格偏大，重量至少達到建筑整體的九成，使得外觀有一種笨重感。并且常年應用，病害問題偏多，而材料自身導致的結構損傷便是其中的主要一項。但UHPC的應用，使得結構體積減小，如果加入適量的纖維，會增強結構本身的抗拉能力。

1 超高性能混凝土

混凝土材料出現初期，其抗壓性能一般可以達到40 MPa

左右，在抵抗拉力方面的能力較低。而通過有關學者對該使用材料的養護手段及成型要求等多項因素的分析，逐漸改良混凝土，多種新型的混凝土理念“紛至沓來”。此類超高性能的混凝土材料，其的抗壓性通常會高于100 MPa，凝固前后的體積變化相對縮小，有較強的滲透效果，以及其他多種應用優勢。和常規混凝土相較，其的超高性能體現在：其一，去除粗骨科材料，使材料內該類原料分布均勻;其二，提高細骨科材料的質量，讓其貫穿于混凝土的所有角落，提高材料的密實性;其三，加入硅粉及玻璃粉等類似的原料，保障微粉的填充效果，同時借助化學的處理手段，控制孔隙量，以改善材料的內部結構;其四，借助纖維優化混凝土延性。

2 超高性能混凝土在公路項目中的應用

2.1 鄉村改建

以鄉村改建公路為例，分析UHPC的應用效果。鄉村公路普遍的病害主要有三個方面。首先，上部結構中，公路主體已經出現大量的裂縫，由于長期的荷載、結構內部、溫度變化、外力影響而形成。原有的混凝土材料已經出現碳化反應，鋼筋生銹。其次，下部結構中的混凝土也由于荷載、撞擊等形成質量問題。另外，由于該項目為公路橋梁式的結構，下部構件會受到流水侵擾，地基被破壞。最后，公路的附屬部分，路面、防護欄等需要整改。

2.1.1 公路主體

考慮到鄉村公路橋梁的施工規模偏大，而資金投入相對偏少的問題，可利用僅改動公路主體的方式解決，延長公路使用壽命的同時，控制項目造價。面對原有下部結構無問題，且荷載能力基本可以達到交通需要的項目時，便可應用此種UHPC的梁體。以路面寬度為10 m，跨徑約為16 m的公路為例，分析預應力空心板與UHPC+NC的應用情況，前者的梁高是85+15 cm，后者則為62+15 cm;應用的梁片量，前者為四個，后者是六個;單個梁的重量，前者超過23 t，后者僅有5.5 t左右;單孔的重量，前者超過150 t，后者卻不足100 t;前者的恒載比例為100%，后者略高于60%。綜合來看，應用UHPC的梁體性能更好。

2.1.2 節段預制

鄉村公路的作用是供當地群眾的農用機械以及小型汽車使用，所以路面的寬度相對偏小，導致彎道半徑小，如果用規格的汽車及施工機械，行駛較難。所以可應用預制構件及現澆的處理方式。UHPC應結合現場交通情況，實施節段預制，合理設置各段的長度。施工時，把構件運至現場后，直接組裝。此種施工設計方式，可解決大型設備無法使用、鄉村運輸實況不適宜的問題，以保證公路橋梁最終的質量。

2.1.3 增加跨徑

鄉村的公路橋梁，其建設的目的是滿足當地群眾的出行需要。在施工期間，設計師個人能力有限，可能會在河水及有關災害上地判斷有誤，導致公路下部出現嚴重的損害，荷載能力大幅下降。此外，立足于水中的工程，會提高施工的難度，相應的造價也會隨之增加。常規大跨徑工程中，可能會有幾個普遍性的問題，首先，應用大型的施工機械，但鄉村項目中無法達到;其次，常規混凝土框架的自重偏高，所以，要求使用的施工處理技術標準更高;最后，不具備規模化的特點，使得單位造價過高。使用UHPC應當是鄉村公路項目中比較適宜的選擇。將其和小箱梁對比，在路面寬度為12.5 m，跨徑達到30 m的工程中，前者的梁高為150+20 cm，使用的梁片量為6個，單個梁體的重量是31 t左右，材料運輸長度僅為6 m，單孔重量在370 t左右。反觀前者，梁高是160+10 cm，梁片量是四個，單梁分成中梁和邊梁兩類，中梁在94 t左右，邊梁在100 t左右，運輸長度最值為30 m，而單孔的重量超過420 t。超高性能的混凝土屬于基礎性的施工材料，應用于鄉村公路項目中，均呈現出重量小、工期短、污染小等優點。后續運維階段中，可減少養護的投入量，并能保證相對較長的應用周期[1]。

2.1.4 實例分析

溪東橋公路橋梁項目中，其設計的施工方案是在原有建筑上游距離4 m的位置另建一座橋，采用工字梁，高度為0.9 m，單梁的周邊總量不足16 t。該公路橋梁工程建設期間，因為此路段較為偏遠，公路實際的交通水平偏低，無法使用大型的車輛機械。同時，因為公路主體建設的規模偏小，而附近無與之匹配的成品構件，導致不得不建起制作構件的場地，此外，吊裝操作難度較大。為使得該項目保質保量建成，通過多方探討，選用UHPC材料制作構件，高度降至不足65 cm，重量僅有5.5 t，公路的整體結構施工高度僅為84 cm，切實解決實際問題。

2.2 鋼纖維應用

2.2.1 長度

在確定加鋪層厚度的前提下，其數值為8 cm，相應的跨徑達到10 m，分析不同長度的公路模型向應力情況。從模型應力整體的變化趨勢來看，鋪裝面的長度和應力呈反向變動。長度處于偏小的狀態時，應力的變化值較為顯著。而在長度超過0.5 m后，長度持續延長，但應力的變化值已經逐漸放緩。在長度正好是0.5 m時，加鋪層該項指標遠不及鋼纖維。而在作業面延長的同時，項目造價也在持續增加，因此，綜合各項考量，長度應當確定在0.5 m。如果跨徑增加到20 m，長度與應力指標的關系與上一種相同，但最佳的長度變成0.75 m。跨徑再次增加10 m后，最佳長度也隨之提高至100 m。由此能夠清楚得出，跨徑和作業層的長度同向變動。

2.2.2 厚度

在跨徑確定的情況下，將長度作為變量，以得到應力指標的變化。厚度、跨徑相同時，在長度的持續提升過程中，應力隨之下降。若厚度不變，應力會與跨徑同步變動。如果長度與跨徑都不變，厚度加大，結構應力會變小。綜合種種指標之間的關聯性，確定最佳的鋼纖維設計指標[2]。

3 結束語

UHPC屬于一種性能優異的施工材料。綜合來看，其可大幅提升單位材料的價值，控制結構體積與重量。同時，因為其展現出的高性能，在實際工程中能適當減少部分建設環節，提高對建設質量的把控水平。此類混凝土材料擁有普通混凝土的長處，尤其在鋼砼結構中，應用效果更佳。但因為市價偏高，所以國內的應用尚未得到廣泛推廣。

參考文獻：

[1]田月強，杜釗，羅宏偉.超高性能混凝土預制橋梁在廣東農村公路舊橋改造工程中的應用[J].廣東公路交通，2020，

46（05）：28-32.

[2]許秀穎，賈影，時國松.超高性能纖維混凝土在公路橋梁加固中的應用分析[J].公路工程，2020，46（04）：92-95+

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