淺談UHPC在道路養護中的應用

文 / 山東省高速養護集團有限公司 胡信平 周靜 胡龍飛

UHPC超高性能混凝土應用于本世紀初，經過二十多年來的發展技術已經很成熟。UHPC物理特征優異，稱為三十年來混凝土材料領域內最重大的發現，被譽為混凝土材料皇冠上的明珠。《超高性能混凝土（UHPC)技術要求》標準，是由中國工程建設標準化協會于2020年9月28日頒布的施工標準化文件，于2021年2月1日施行。該標準已經完善和頒行，而現場施工、預制施工構件等相關技術的專用生產施工設備或機具目前還處于開發或改進完善階段。UHPC材料制備成本較高，其結構設計和施工相對復雜，目前應用技術的發展的成熟程度相對較低有關，應用規模較小也是其價格較高的原因。而也正是由于其價格高昂施工工藝復雜，至目前一直是大型橋梁、大型建筑屋頂、異交性橋面結構、高鐵建設等高端項目應用，很難飛入尋常百姓家。

前言

超高性能混凝土 ultra high performance concrete簡稱UHPC，是由水泥、摻合料、骨料、增強纖維、外加劑和水等原材料制成的具有超高力學性能、超高抗侵蝕性介質滲透性能兼具改善脆性特征的水泥基復合材料。這種材料被廣泛應用于預制混凝土橋面板等高強度連接結構，鋼橋面鋪裝，房建中的薄壁陽臺與樓梯，鏤空幕墻房建設施，公路交通中加固梁板柱、道路路面、錨固橋梁伸縮縫，以及市政工程的耐腐蝕污水設施及管道，高鐵電纜溝蓋板等。由于其價格高昂，施工工藝苛刻，超高混凝土的應用領域都是一些高大上的項目。有些公司還因此神話或神秘化其材料配方、施工工藝，故意使其蒙上一層面紗，讓普通工程人員摸不清其真實的造價成本，望而卻步。

UHPC在錨固雨污水井蓋中的應用

濟青高速北線章丘下道口，延長線與S241省道并線，通行魏橋創業、鋁電、紡織、晉煤化工、圣泉集團等大型工業企業十幾家，進出車輛均為重型貨運卡車，該省道部分穿過刁鎮城區，由市政道路改擴建而成。原有雨污水管道設計在路中央，雨污水井蓋的錨固用普通混凝土，經反復碾壓破碎嚴重。由混凝土碎裂帶來的井蓋下陷、翹邊等問題，嚴重影響路的通行速度危及交通安全，基本上每半年就需要重新修繕一次，帶來交通堵塞，費用提升，業主、周邊群眾意見很大。因此向業主推薦用UHPC超高混凝土作為錨固材料來修復井蓋。

1.開挖清理基坑

基本按照原有施工痕跡開挖基坑，由于該項目已被修繕多次，錨固邊界清晰。開挖后將渣土清除，露出基坑，用高壓水清理工作面。工作面以井蓋中心作半徑55cm～70cm不一，基坑深度15cm～30cm不等。

2.吊桿定位找平

將重型雨污水井蓋用懸掛可調式吊桿定位找平，井蓋面與路面平齊。井蓋承重部與污水口連接部用薄塑料或薄金屬連接圍繞，作為內模板，縫隙用泡沫膠堵住，防止漏漿。

3.制作鋼筋籠

現場制作鋼筋籠架，深度小于18cm的工作面可以直接分層澆筑UHPC混凝土，深度大于18cm的要制作鋼筋籠架。

4.UHPC材料制作

由于基坑較小，每次澆筑的方量不大，使用立式攪拌鍋，380V發電機作為動力源。

施工時井蓋要遮蓋，廢棄料灑落至井蓋后如果不能及時清理，其超強的硬度且帶有鋼纖維，很難清除，影響整體美觀。基坑邊緣灌漿不飽滿處，刮平或者用木板輕拍震平，嚴禁振搗，收面時嚴禁灑水。UHPC具有初凝快，終凝強的特性，一般10℃以上的環境中，12小時就可以達到設計抗壓強度的60%以上，普通通行無礙。該施工的主要目的是利用UHPC材料較高的抗壓強度，要求的坍落度擴展較低，自流平布滿整個坑槽困難，宜分層澆筑，這也符合《技術要求》標準的規定。標準的要求如下：成型。超高性能混凝土試件的成型應符合以下規定：當拌合物擴展度小于650mm時，宜進行分層澆筑，每層厚度不宜大于50mm，每層澆筑后，宜采用橡膠錘輕敲側模。

UHPC在修補混凝土地坪中的應用

1.材料及配比

膠凝材料。上海復培新材料科技有限公司，型號：UHPC P150，包裝：噸袋包裝。數量：1000kg/包。

粗骨料，水洗玄武巖，型號：0mm～3mm，數量：100kg，型號：3mm～5mm，數量：250kg。

泰安產鍍銅鋼纖維，型號：Φ0.1mm，長度：25mm，數量：40kg。

模板：方型木條。型號：2cm×2m。

鋼筋栓釘。型號：帶肋鋼筋自制，Φ10mm×23cm，頂部按照20：3的比例彎成直角，3cm部分被扁成5mm左右厚度。

自來水，90kg。

機械：0.8m×2的車載臥式軸攪拌罐車一臺，該設備配3000kg直臂隨車吊一臺。

2.施工步驟

按照原有地坪切縫線劃分施工區域，單塊施工面積4.5m×5m，約等于22.5m2，罩面厚度2cm。

選取2017年4月～2018年3月進入我院兒科并患有流行性感冒的患兒54例作為研究對象，將其均分為對照組和實驗組，各27例。其中，對照組男13例，女14例，年齡3～14歲，平均（8.5±3.1）歲，患病時間3～7 d，平均（5±2.0）d，采取常規管理；實驗組男11例，女16例，年齡2～13歲，平均（7.5±2.8）歲，患病時間2～7 d，平均（4.5±2.1）d，采取細節管理。觀察患兒年齡與患病時無明顯差異，差異無統計學意義（P＞0.05）。

電錘鉆孔Φ10mm，深度20cm，植入鋼筋栓釘。鋼筋栓釘拐部距地面1cm空隙。鋼筋栓釘植入密度可根據道路交通要求調節。

本項目密度是50cm×50cm，植入鋼筋的目的是加強新舊混凝土結合，盡管UHPC混凝土有較強的粘結力，不易形成空鼓。但還是留有1cm空隙方便混凝土灌入，最終目的防止新罩面層滑移。

3.高壓水沖洗工作面

沖洗后保持工作面內干凈濕潤，但不留明水。

4.UHPC超高混凝土制作過程

高壓水清洗拌鍋，排干鍋內水分。

將1000kg膠凝材料倒入拌鍋內干攪拌1min，使膠凝材料變得松散，我們稱為“醒料”。

分批次加入90kg水，嚴格控制水膠比，水與膠凝材料的比為9：100。攪拌5min，膠凝材料充分水化拌鍋內呈現糊狀。

1.鋼纖維的特點，添加數量和添加時間問題

鋼纖維主要用于提高材料的延性和抗拉性能，由于長纖維容易相互搭接，降低拌合物的流動性能，故不宜使用長度超過30mm的鋼纖維，而通常采用長度25mm以下的超細鋼纖維。《技術要求》中對纖維要求如下：條款5.4.1超高性能混凝土宜優先采用長度為6mm～25mm、直徑為0.10mm～0.25mm、抗拉強度不低于2000MPa的微細鋼纖維。鋼纖維對UHPC制備便捷性和抗壓性能方面差別不大，改變纖維長度和增加纖維長徑比可以改善UHPC的受彎性能。

2.用水量問題

UHPC獲得超高強度的先決條件，是獲得高密實度的基本混凝土或者砂漿。它是通過把充分分散的超細顆粒（硅灰）填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，以此實現膠凝材料體系顆粒堆積致密性和非常低的水膠比，從而最終使UHPC基本混凝土或砂漿具備超高壓強度。

UHPC膠凝材料中含有超細活性粉末，它的特性表現為顆粒粒徑小，可以填充較粗的膠凝材料顆粒之間的空隙，改善拌合物的流變性，減少用水量，在足夠的活性反應后有效提高UHPC的強度。為減少孔隙率，UHPC的用水量很低，但是過低的用水量也會造成拌合物的流動性變差，使氣泡不易排出從而導致材料的強度下降。

3.粗骨料地添加問題

UHPC獲得超高強度的另一條件是通過調整混凝土的粗細粒料，降低水膠比，運用致密堆積理論，達到改善混凝土內部的微結構，降低內部缺陷的目的。混凝土是各向異性材料，骨料在水泥漿中起骨架作用，骨料的硬度高于水泥漿的硬度。據參考文獻，Richard等人在制備 RPC時，用粒徑為400μm的石英砂充當粗骨料，最大骨料的粒徑減小了50倍，使得混凝 土中的微裂縫尺寸大幅度降低，同時骨料粒徑的減小，使自身存在缺陷的幾率也降低，從而充分減少了混凝土各向異性的問題。

4.養護的問題

《技術要求》對養護的規定如下：養護。超高性能混凝土試件的養護應符合以下規定：試件成型后，應立即在試模表面覆蓋塑料薄膜，避免水分散失；自然養護類超高性能混凝土試件應按GB/T 50081的規定進行標準養護，無特殊條件的情況下養護齡期應為28d。 自流平功能完成后，超高混凝土表面形成一層“膠膜”，這也是其異于普通混凝土的特點。如果過早覆蓋塑料薄膜，薄膜與未充分凝固的膠膜發生摩擦，容易破壞這層保護膜，光面形成不好。

實踐中，如果天氣無雨，2-4小時后待膜面硬化后，再行覆膜，這當然要結合氣溫與濕度綜合考慮。不覆膜養生不行，這會造成混凝土表面干縮太快，易形成皺紋和裂縫。養生不宜用土工材料覆蓋，土工材料覆蓋后必然要灑水，而水與超高混凝土表面接觸析出氫氧化鈣、硅酸鹽等物質，造成鹽分結晶聚集表面，影響強度及美觀。

結語

隨著交通量的增大，普通強度的混凝土日益顯示出其弱點和不足。普通水泥混凝土的拉彎和抗疲勞性能較低，基本上是脆性材料，受到外界濕度溫度變化時，引起的熱脹冷縮較大，所以還有抗收縮抗剝落能力較低等缺陷和不足。UHPC高強混凝土作為基礎材料完美地克服了上述缺點，有著收縮開裂小、漿體高度穩定、很好的粘結強度及力學性能，高強的表面硬度和力學性能，以及優良的耐久、耐候、耐腐蝕性能。UHPC制備成本相對較高，結構設計和施工相對復雜，目前應用技術發展的成熟度較低。