超高性能混凝土在公路工程的应用分析

杨玲玲

摘 要：本文简单介绍超高性能混凝土，并分别从乡村改建项目以及钢纤维应用两个角度分析此类混凝土的应用情况，前者从公路主体、节段预制、跨径及实例展开，后者以实验的长度、厚度入手。

关键词：UHPC;公路;梁

中图分类号：U445 文献标识码：A

0 引言

在公路桥梁项目中，板桥以T型、箱型为主，应用比率在九成左右。以项目设计的层面来看，因为常规混凝土在功能上的制约，使得公路的规格偏大，重量至少达到建筑整体的九成，使得外观有一种笨重感。并且常年应用，病害问题偏多，而材料自身导致的结构损伤便是其中的主要一项。但UHPC的应用，使得结构体积减小，如果加入适量的纤维，会增强结构本身的抗拉能力。

1 超高性能混凝土

混凝土材料出现初期，其抗压性能一般可以达到40 MPa

左右，在抵抗拉力方面的能力较低。而通过有关学者对该使用材料的养护手段及成型要求等多项因素的分析，逐渐改良混凝土，多种新型的混凝土理念“纷至沓来”。此类超高性能的混凝土材料，其的抗压性通常会高于100 MPa，凝固前后的体积变化相对缩小，有较强的渗透效果，以及其他多种应用优势。和常规混凝土相较，其的超高性能体现在：其一，去除粗骨科材料，使材料内该类原料分布均匀;其二，提高细骨科材料的质量，让其贯穿于混凝土的所有角落，提高材料的密实性;其三，加入硅粉及玻璃粉等类似的原料，保障微粉的填充效果，同时借助化学的处理手段，控制孔隙量，以改善材料的内部结构;其四，借助纤维优化混凝土延性。

2 超高性能混凝土在公路项目中的应用

2.1 乡村改建

以乡村改建公路为例，分析UHPC的应用效果。乡村公路普遍的病害主要有三个方面。首先，上部结构中，公路主体已经出现大量的裂缝，由于长期的荷载、结构内部、温度变化、外力影响而形成。原有的混凝土材料已经出现碳化反应，钢筋生锈。其次，下部结构中的混凝土也由于荷载、撞击等形成质量问题。另外，由于该项目为公路桥梁式的结构，下部构件会受到流水侵扰，地基被破坏。最后，公路的附属部分，路面、防护栏等需要整改。

2.1.1 公路主体

考虑到乡村公路桥梁的施工规模偏大，而资金投入相对偏少的问题，可利用仅改动公路主体的方式解决，延长公路使用寿命的同时，控制项目造价。面对原有下部结构无问题，且荷载能力基本可以达到交通需要的项目时，便可应用此种UHPC的梁体。以路面宽度为10 m，跨径约为16 m的公路为例，分析预应力空心板与UHPC+NC的应用情况，前者的梁高是85+15 cm，后者则为62+15 cm;应用的梁片量，前者为四个，后者是六个;单个梁的重量，前者超过23 t，后者仅有5.5 t左右;单孔的重量，前者超过150 t，后者却不足100 t;前者的恒载比例为100%，后者略高于60%。综合来看，应用UHPC的梁体性能更好。

2.1.2 节段预制

乡村公路的作用是供当地群众的农用機械以及小型汽车使用，所以路面的宽度相对偏小，导致弯道半径小，如果用规格的汽车及施工机械，行驶较难。所以可应用预制构件及现浇的处理方式。UHPC应结合现场交通情况，实施节段预制，合理设置各段的长度。施工时，把构件运至现场后，直接组装。此种施工设计方式，可解决大型设备无法使用、乡村运输实况不适宜的问题，以保证公路桥梁最终的质量。

2.1.3 增加跨径

乡村的公路桥梁，其建设的目的是满足当地群众的出行需要。在施工期间，设计师个人能力有限，可能会在河水及有关灾害上地判断有误，导致公路下部出现严重的损害，荷载能力大幅下降。此外，立足于水中的工程，会提高施工的难度，相应的造价也会随之增加。常规大跨径工程中，可能会有几个普遍性的问题，首先，应用大型的施工机械，但乡村项目中无法达到;其次，常规混凝土框架的自重偏高，所以，要求使用的施工处理技术标准更高;最后，不具备规模化的特点，使得单位造价过高。使用UHPC应当是乡村公路项目中比较适宜的选择。将其和小箱梁对比，在路面宽度为12.5 m，跨径达到30 m的工程中，前者的梁高为150+20 cm，使用的梁片量为6个，单个梁体的重量是31 t左右，材料运输长度仅为6 m，单孔重量在370 t左右。反观前者，梁高是160+10 cm，梁片量是四个，单梁分成中梁和边梁两类，中梁在94 t左右，边梁在100 t左右，运输长度最值为30 m，而单孔的重量超过420 t。超高性能的混凝土属于基础性的施工材料，应用于乡村公路项目中，均呈现出重量小、工期短、污染小等优点。后续运维阶段中，可减少养护的投入量，并能保证相对较长的应用周期[1]。

2.1.4 实例分析

溪东桥公路桥梁项目中，其设计的施工方案是在原有建筑上游距离4 m的位置另建一座桥，采用工字梁，高度为0.9 m，单梁的周边总量不足16 t。该公路桥梁工程建设期间，因为此路段较为偏远，公路实际的交通水平偏低，无法使用大型的车辆机械。同时，因为公路主体建设的规模偏小，而附近无与之匹配的成品构件，导致不得不建起制作构件的场地，此外，吊装操作难度较大。为使得该项目保质保量建成，通过多方探讨，选用UHPC材料制作构件，高度降至不足65 cm，重量仅有5.5 t，公路的整体结构施工高度仅为84 cm，切实解决实际问题。

2.2 钢纤维应用

2.2.1 长度

在确定加铺层厚度的前提下，其数值为8 cm，相应的跨径达到10 m，分析不同长度的公路模型向应力情况。从模型应力整体的变化趋势来看，铺装面的长度和应力呈反向变动。长度处于偏小的状态时，应力的变化值较为显著。而在长度超过0.5 m后，长度持续延长，但应力的变化值已经逐渐放缓。在长度正好是0.5 m时，加铺层该项指标远不及钢纤维。而在作业面延长的同时，项目造价也在持续增加，因此，综合各项考量，长度应当确定在0.5 m。如果跨径增加到20 m，长度与应力指标的关系与上一种相同，但最佳的长度变成0.75 m。跨径再次增加10 m后，最佳长度也随之提高至100 m。由此能够清楚得出，跨径和作业层的长度同向变动。

2.2.2 厚度

在跨径确定的情况下，将长度作为变量，以得到应力指标的变化。厚度、跨径相同时，在长度的持续提升过程中，应力随之下降。若厚度不变，应力会与跨径同步变动。如果长度与跨径都不变，厚度加大，结构应力会变小。综合种种指标之间的关联性，确定最佳的钢纤维设计指标[2]。

3 结束语

UHPC属于一种性能优异的施工材料。综合来看，其可大幅提升单位材料的价值，控制结构体积与重量。同时，因为其展现出的高性能，在实际工程中能适当减少部分建设环节，提高对建设质量的把控水平。此类混凝土材料拥有普通混凝土的长处，尤其在钢砼结构中，应用效果更佳。但因为市价偏高，所以国内的应用尚未得到广泛推广。

参考文献：

[1]田月强，杜钊，罗宏伟.超高性能混凝土预制桥梁在广东农村公路旧桥改造工程中的应用[J].广东公路交通，2020，

46（05）：28-32.

[2]许秀颖，贾影，时国松.超高性能纤维混凝土在公路桥梁加固中的应用分析[J].公路工程，2020，46（04）：92-95+

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