2022年中国超高性能混凝土%28UHPC%29技术与应用发展报告%28下%29.pdf

18CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170行业关注Industry Focus（接上期）（二）建筑应用1.建筑幕墙与外立面用UHPC设计制作的建筑幕墙或外立面装饰构件，是最容易看到和感受到的UHPC应用之一，也是外观质量要求最高的UHPC构件之一。以下是完成或参与单位提供的2022年完成的部分项目介绍。羊山攀岩中心是亚洲较高等级的攀岩场馆，主体为半开放设计，由南北两个功能单体通过轻盈剔透的“蚕茧”表皮组成一个建筑整体。“蚕茧”造型采用大型镂空装饰与结构一体化UHPC幕墙建造，如图13所示。为了实现功能和结构的统一，设计团队反复斟酌比较设计方案，最终选择UHPC作为建筑表皮材料。整个幕墙系统由支撑体系和大型UHPC镂空幕墙板构件组成，使用了合计1万m2、1600块形状各异的UHPC双曲面镂空面板；最大的单块板幅为5m2m；屋顶盖板形状为2.7m的等边三角形，内嵌玻璃；幕墙板平均镂空率为53%，最大镂空率为60%，幕墙自承重无背负龙骨。轻质薄壁UHPC幕墙，让设计师突破材料的束缚，也展示了UHPC实现建筑装饰、功能和结构一体化的能力和潜力。UHPC幕墙板由上海义诚巨新预制生产，构件养护完毕后运输到现场安装。羊山攀岩中心荣获亚组委颁发的第19届杭州亚运会“建筑特色奖”。坐落于昆明官渡区西亮塘湿地公园的昆明西亮塘天主堂，由清华大学王丽方教授团队与昆明市规划设计研究院联合设计，项目包括教堂和教府，是国内较早应用UHPC幕墙方案的宗教类建筑。室内内装、室外板工程、地下室坐堂、连廊屋顶及巨大的一体成型十字架均采用UHPC制作而成，如图14所示，其表面纹理为磨石工艺，2022年中国超高性能混凝土（UHPC）技术与应用发展报告（下）中国混凝土与水泥制品协会超高性能水泥基材料与工程技术（CCPA-UHPC）分会图 13 羊山攀岩中心镂空UHPC幕墙（上海义诚巨新提供图片）图 14 UHPC装饰的昆明西亮塘天主堂（上海义诚巨新提供图片）19总170期 2023.08 混凝土世界行业关注Industry Focus安装缝为明缝，对结构的制造安装精度要求极高，相邻四块板块交界处误差不超过1mm（平面平整度及垂直度），一体成型的十字架重量达5t，单块UHPC板展开面积最大达12m2。该工程由华新超可隆供应UHPC预混料，上海义诚巨新预制生产构件。新加坡某公寓外墙遮阳造型挂板如图15所示，采用白色UHPC预混料和钢纤维制作，UHPC性能要求为：抗压强度130MPa，弹性抗拉强度6MPa。遮阳造型挂板在国内预制生产，运至现场安装，由浙江宏日泰耐克和安徽倍立达住工完成。位于福州市乌龙江岸闽侯县上街镇葛岐村的福建省建筑科学研究院有限责任公司设计生产基地工程，由主楼（15F）及其裙楼（14F）组成，最大高度约为73m。由于常规玻璃纤维增强混凝土（GRC）或金属幕墙均不能满足该项目对结构和服役寿命的要求，选用UHPC制造异型构件作为外包幕墙，如图16所示。构件造型复杂、长细比大、厚度有渐变有突变，给裂缝防控、预埋件布置、模具和成型制作等带来了挑战。经过建筑师对幕墙深化、UHPC材料及生产环节的充分沟通，从生产安装全过程多工况受力分析优化设计方案，将浇筑成型改为喷射成型，有效避免了开裂，通过改进喷射设备与工艺顺利完成了高难度UHPC异形构件制作生产。该工程由福建建泰建筑科技公司制作构件，江苏苏博特提供UHPC预混料和技术服务。此外，还有一批使用UHPC幕墙的工程正在施工。2.建筑构件桑植生活垃圾协同窑预处理项目是张家界市桑植县改善城区环境和集约用地的重点项目。垃圾预处理车间在生产过程中会产生大量的腐蚀性气体，对普通的混凝土屋面板材料有较强的腐蚀作用。因此，该项目采用了预应力UHPC双T板作为屋面，保证屋面抗腐蚀性能，如图17所示。该双T屋面结构还有结构自重小，优良的抗裂、耐火、抗震、抗冻性能等优点。UHPC双T屋面板由华新超可隆预制生产。3.预制墙体构件连接（湿接缝）上海市竹园污水处理厂四期工程AAO生物反应池缺氧池区域采用装配整体式结构，地下墙体高度11.4m。单个预制装配式区域长47.7m，宽51m，共8个区域，总面积1.92万m2，主要预制构件为直线段导流墙、预制梁、预制板及预制电缆沟。该工程如采用传统预制墙+预制梁+预制板的形式，则预制构件最大重量将达到31.2t，吊装安装施工不便，难以有效发挥预制装配技术集约、高效等优势。为解决这个问题，上海建工二建集团基于所研发的钢筋免套筒UHPC直锚短搭接技术，发展出新型双面叠合钢板桁架剪力墙结构体系（SPDW）。竹园污水处理厂四期工程成功引入SPDW体系，即采用双面叠合钢板桁架代替实心预制墙，倒T叠合板代替实心预制板，配合UHPC后浇连接，如图18所示。SPDW体系将预制构件重量均控制在8t左右，在结构性能得以保证的基础上实现预制装配式构件轻量化。相较传统实心预制构件，SPDW图 15 UHPC遮阳造型挂板（浙江宏日泰耐克提供图片）图 16 福建建科院生产基地大楼UHPC异形构件（江苏苏博特提供图片）20CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170行业关注Industry Focus构件重量减轻了70%，降低了施工难度，充分发挥了预制装配式技术的优势。竹园污水处理厂四期工程ZYSQ1.5标（UHPC湿接缝）由上海建工建材科技集团施工。（三）结构维修加固1.T梁桥梁沙尾桥位于肇庆市高要区Y013乡道上，桥长约 176m，跨径组合为11跨16m，桥面全宽7.5m，行车道宽 6.6m，设计荷载为公路级，采用钢筋混凝土T梁上部结构，共44片梁。2007年建成通车，历经15年风雨后，该桥1#11#跨T梁腹板存在多条竖向裂缝等病害，不能满足日益增长的各种车辆的通行需求，特别是重型车辆。为此，采用外包UHPC方法对沙尾桥上部结构中的34片梁进行加固，如图19所示，由广东能达公路养护股份和中路杜拉施工。对T梁进行加固以前常用的方法是粘钢法。鼎新土木分析比较了UHPC增大截面法和粘钢法的优缺点，认为：2种加固方法均可满足受力要求，UHPC增大截面法加固的抗弯承载力增幅小于粘贴钢板法，因为粘贴钢板面积比增大截面法所增加的纵向钢筋面积要大，而UHPC增大截面加固法的抗剪承载力增幅略大于粘钢法。按照加固综合单价UHPC为12000元/m3、钢筋为6600元/t、粘贴钢板为15000元/t计算，UHPC增大截面法造价有一定优势。此外，UHPC增大截面法表观质量和视觉效果更好，结构刚度更大，外包位置原混凝土结构裂缝可永久封闭，且耐久性好，基本无需特殊养护，而粘钢加固法耐久性差，需要经常进行防腐涂装，裂缝无法永久封闭。综合考虑全寿命周期成本，采用UHPC增大截面法效果更好。2.空心板梁桥梁衡山湘江大桥位于湖南省衡山县境内G240线，全长1293.42m（主桥长720m、引桥长544m），建成于1995年，运营时间达26年。本次加固主要包括引桥上部结构整体化改造、桥面更换、下部结构病害处理。利用UHPC与普图 17 桑植生活垃圾预处理车间UHPC双T板图 18 地下生物反应池预制叠合剪力墙UHPC湿接缝连接（上海建工建材科技集团提供图片）图 19 肇庆沙尾桥T梁采用UHPC外包薄层加固21总170期 2023.08 混凝土世界行业关注Industry Focus通混凝土优异的粘结性能，对引桥范围预制及现浇普通钢筋混凝土空心板梁进行整体化改造，即拆除原桥面铺装层及梁缝结构，铺设钢筋网，先在梁缝灌筑UHPC，再在桥面整体浇筑80mm厚UHPC层，使原板梁与UHPC形成整体结构，如图20所示，由衡阳路桥和浙江宏日泰耐克施工。该项目是国内较早大规模采用UHPC材料对空心板梁进行整体化维修加固，通过精细化施工，取得良好的维修加固效果，为空心板梁维修加固提供了新方法、新模式，值得借鉴。（四）其他应用1.UHPC重载路面重庆市高新区天马路连接道位于马家沟水库北侧，全长1.1km，标准横断面6.5m，为渣土车运输临时道路，主要通行重型运渣车辆，路面采用5cm厚配筋UHPC层铺装。经实地与铺装30cm厚常规C30混凝土方案对比，采用UHPC铺装后，道路的耐用性能提高了10倍以上，施工工期也大大缩短，实现了当天铺装，次日即上重车的高效率。由浙江宏日泰耐克、宏日宝通（重庆）公司施工。2.装配式UHPC水箱农村污水具有分散、水流小且波动大的特点，较难统一收集，没有大型污水处理厂进行处理，适合分散处理，但目前农村使用的水箱防渗、耐腐性能、耐久性较差，维护维修费用较高，需要用新材料来解决这些问题。中建科技绿投研究院和华新超可隆新型建材科技（黄石）有限公司合作开发了装配式UHPC水箱，如图21所示，为建造耐久耐用水箱提供了新的解决方案。五、UHPC技术交流以UHPC弹性球为主题的“第二届全国UHPC设计定制大赛”于2022年8月4日在南京成功举办。根据第一届大赛的经验，本届大赛修订了比赛规则，提高“弹高”分值，并将企业和院校分组比赛，仍然按要求的尺寸与重量设计定制UHPC弹性球，在大赛现场进行UHPC球合规性检验和“弹性”性能测试，对UHPC材料性能与设计制造水平等能力进行评定。来自UHPC材料研发、构件生产、施工企业和科研院所的专业人员，以及高校在校学生组成的32支（企业组23支，院校组9支）队伍参加了本届比赛，苏州三佳交通工程有限公司获得企业组冠军，三峡大学土木与建筑学院获得院校组冠军。这次比赛，UHPC球弹跳最高达到83cm，再次向我们直观展示和证明了水泥基材料可以达到的强度和韧性水平，也说明水泥基材料及其所建造的结构还有很大的性能进步与发展空间。CCPA-UHPC分会编制和发布UHPC基础知识的短视频系列讲座，第一、第二期共35节，从2022年2月24日至10月29日陆续发布，内容见表3。2022年5月16日，广东公路学会、中路杜拉等单位在江门组织召开了“25m无腹筋先张法预应力工字型UHPC-NC组合梁足尺破坏试验观摩会”。8月30日，广东图 20 衡山湘江大桥UHPC加固方法示意图（浙江宏日泰耐克提供图片）图 21 装配式UHPC水箱（华新超可隆提供图片）22CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170行业关注Industry Focus省公路学会在肇庆主办了“基于超高性能混凝土UHPC薄层加固既有桥梁专题技术交流会”。应湖南大学UHPC桥梁研发团队邵旭东教授邀请，瑞士洛桑联邦理工学院教授、湖南大学外籍专家、超高性能纤维增强混凝土桥梁领域国际著名专家Eugen Brhwiler教授讲授了学术公开课Structural UHPFRC。公开课以线上形式开展，于2022年10月17日开始、11月15日顺利结课，共包含7次课程，超500人次参加，在业内引起了广泛关注和强烈反响。12月21日-23日，湖南大学线上主办了“第二届全国超高性能混凝土材料与结构研讨会暨湖南省硅酸盐学会混凝土年会”。CCPA-UHPC分会组织召开的“首届全国UHPC技术发展与创新应用大会”，从2021年开始筹备，于2023年3月在广东佛山举办。大会主题为“新标准、新技术、新应用促新发展，UHPC筑建美丽中国”，内容丰富，可以很好地了解UHPC技术与产业发展现状与趋势，是相互学习、交流和讨论的平台，值得期待和参加。此外，“第三届国际互动式UHPC研讨会”（Third International Interactive Symposium on Ultra-High Performance Concrete）于2023年6月4日-7日在美国Wilmington Delaware举办。从该研讨会上可以了解国际上UHPC发展动态和取得的新进展，值得关注。六、未来发展建议2023年2月6日，中共中央、国务院印发了 质量强国建设纲要。其中，第六章“提升建设工程品质”中关于建筑材料有如下表述：“（十四）提高建筑材料质量水平。加快高强度高耐久、可循环利用、绿色环保等新型建材研发与应用，推动钢材、玻璃、陶瓷等传统建材升级换代，提升建材性能和品质。大力发展绿