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重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告
【原創(chuàng)】2020年中國(guó)超高性能混凝土(UHPC)技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展報(bào)告
時(shí)間:2021-02-22    來(lái)源:UHPC分會(huì)    分享:
今年的報(bào)告重點(diǎn)記錄和介紹2020年UHPC領(lǐng)域重要事件、取得的進(jìn)步、工程應(yīng)用和技術(shù)交流活動(dòng)。

在去年CCPA-UHPC分會(huì)開(kāi)篇撰寫(xiě)的“2019年中國(guó)超高性能混凝土(UHPC)技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展報(bào)告”中,回顧、記錄和總結(jié)了UHPC在中國(guó)從開(kāi)始到2019年的發(fā)展進(jìn)步。今年的報(bào)告重點(diǎn)記錄和介紹2020年UHPC領(lǐng)域重要事件、取得的進(jìn)步、工程應(yīng)用和技術(shù)交流活動(dòng)。

一、UHPC的研究與技術(shù)發(fā)展

用UHPC建造更大跨徑的簡(jiǎn)支梁,一直是UHPC應(yīng)用探索的主題之一。2020年在鋼-UHPC輕型組合梁橋和鋼板-UHPC-普通混凝土組合梁橋方面有創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用(詳見(jiàn)第四部分)。

2020年7月14日,保利長(zhǎng)大承建的英德北江四橋項(xiàng)目,102m大跨徑UHPC預(yù)制箱梁首個(gè)節(jié)段澆筑成功(見(jiàn)圖1),在橋梁主體結(jié)構(gòu)梁板上應(yīng)用大體量UHPC材料,在國(guó)內(nèi)實(shí)際工程建設(shè)中尚屬首次,是UHPC橋梁施工建設(shè)領(lǐng)域上一項(xiàng)重大突破。(引自保利長(zhǎng)大網(wǎng)站新聞)

在人行天橋方面,湖南大學(xué)UHPC團(tuán)隊(duì)、湖南省交通規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院、中路杜拉國(guó)際工程股份有限公司團(tuán)隊(duì)等單位設(shè)計(jì)發(fā)展了多種UHPC結(jié)構(gòu)和橋型,中路杜拉和湖南中路華程完成預(yù)制生產(chǎn),在廣東和湖南建造了20座UHPC人行天橋。建立起了擁有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的UHPC人行天橋U型梁、π型梁設(shè)計(jì)、預(yù)制生產(chǎn)和架設(shè)技術(shù)體系。

在2018-2019年,中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位開(kāi)展了“高速鐵路UHPC試驗(yàn)箱梁的設(shè)計(jì)與施工研究“,對(duì)高速鐵路24mUHPC簡(jiǎn)支試驗(yàn)箱梁的靜載測(cè)試與理論分析表明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,且梁重較輕,說(shuō)明UHPC可應(yīng)用于更大跨度的鐵路簡(jiǎn)支梁實(shí)際工程(混凝土與水泥制品2019年第8期)。目前,正在開(kāi)展高鐵56mUHPC簡(jiǎn)支箱梁(節(jié)段拼裝)的設(shè)計(jì)與成型技術(shù)研究及工程應(yīng)用(節(jié)段成型模型見(jiàn)圖2)。

圖1成型102m公路橋梁節(jié)段的模型圖(左)

2成型高鐵56m橋梁節(jié)段的模型(馬鵬虎提供)(右)

山東省交通科學(xué)研究院在損傷橋梁快速維修加固、橋梁伸縮縫錨固混凝土底部連接等方面開(kāi)展了系列研究與工程實(shí)踐,創(chuàng)新性發(fā)揮和利用UHPC材料的性能。

在建筑外立面領(lǐng)域,隨項(xiàng)目數(shù)量和工程實(shí)踐機(jī)會(huì)增加。相關(guān)企業(yè)在復(fù)雜曲面、3D幕墻的成型、安裝技術(shù),以及現(xiàn)澆施工技術(shù)方面取得了較大進(jìn)步。

在應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面,中山市尚美佳裝飾材料有限公司有上佳表現(xiàn),開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了多種UHPC衛(wèi)生潔具產(chǎn)品,開(kāi)拓了UHPC新的應(yīng)用領(lǐng)域。陜西德龍工程有限公司采用UHPC研發(fā)制備了重型轉(zhuǎn)體梁球鉸,獲得滿意的工程使用效果。

二、UHPC的標(biāo)準(zhǔn)化工作

在去年的發(fā)展報(bào)告中介紹,有多個(gè)UHPC相關(guān)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正在編制,預(yù)計(jì)這些在編的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范大部分會(huì)在2021年發(fā)布。其中,由CCPA- UHPC分會(huì)主持編制的《超高性能混凝土預(yù)混料》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),已完成了編制工作,于2020年12月22日,由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)、中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)共同批準(zhǔn)發(fā)布,編號(hào)為T(mén)/CBMF 96-2020/ T/CCPA 20-2020,自2021年3月22日起實(shí)施。

三、UHPC產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與市場(chǎng)規(guī)模

1.產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在2020年期間,CCPA-UHPC分會(huì)的會(huì)員單位增加了24個(gè),現(xiàn)在共有會(huì)員單位88個(gè),其中科研單位5個(gè)、高校5個(gè)、企業(yè)77個(gè)、行業(yè)組織1家。部分會(huì)員企業(yè)的UHPC業(yè)務(wù)已經(jīng)呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì),如湖南固力工程新材料有限責(zé)任公司、廣東冠生土木工程技術(shù)股份有限公司、廣東蓋特奇新材料科技有限公司、浙江宏日泰耐克新材料科技有限公司、江蘇蘇博特新材料股份有限公司、中鐵橋研科技有限公司、中路杜拉國(guó)際工程股份有限公司等等,是UHPC創(chuàng)新發(fā)展的好樣板。

湖南固力工程新材料有限責(zé)任公司以湖南大學(xué)為技術(shù)依托,為工程結(jié)構(gòu)提供新材料和加固解決方案,是我國(guó)最早研發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)UHPC預(yù)混料的企業(yè),為岳陽(yáng)洞庭湖二橋和海南海文大橋等40萬(wàn)平米的鋼橋面、郴州赤石特大橋和廣州華南大道混凝土橋梁加固改造、云南六庫(kù)怒江二橋和湖北石首、嘉魚(yú)和武穴長(zhǎng)江大橋的鋼混結(jié)合段以及廣東高恩高速公路首座主跨達(dá)到58m的UHPC車(chē)行裝配式剛架拱橋等工程提供UHPC材料和技術(shù)支持。

廣東冠生土木工程技術(shù)股份有限公司是鋼-STC(UHPC)輕型組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)與應(yīng)用的開(kāi)拓者和推動(dòng)者,于2011首次將鋼-UHPC輕型橋面應(yīng)用于廣東肇慶的馬房大橋,2015年主持編制廣東省交通運(yùn)輸行業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)《超高性能輕型組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GDJTG/TA01—2015)。先后完成了汕頭石大橋、北京通惠河橋、天津海河大橋、北京北運(yùn)河橋、東莞梨川大橋、嘉興沈蕩大橋、湖州五一大橋、岳陽(yáng)洞庭湖大橋、佛山佛陳大橋、瀘通長(zhǎng)江大橋、海南鋪前橋、成都云龍灣大橋和天保灣大橋等橋梁的鋼橋面UHPC鋪裝或加固工程。

廣東蓋特奇新材料科技有限公司自2008開(kāi)始UHPC的研發(fā)與生產(chǎn)工作,所開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的系列化UHPC預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品包括站房、電纜管廊、桿柱等用于電力設(shè)施建設(shè)(見(jiàn)圖3),已經(jīng)頗具規(guī)模,2020年UHPC構(gòu)件產(chǎn)量達(dá)到一萬(wàn)立方米。廣東蓋特奇還在不斷改善和提升UHPC材料的性能、拓展UHPC的功能,成功研制了防輻射和屏蔽電磁波的UHPC產(chǎn)品。依靠不斷創(chuàng)新的產(chǎn)品贏得市場(chǎng),其UHPC業(yè)務(wù)板塊快速發(fā)展。

中鐵橋研科技有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)橋研科技)是中鐵大橋局集團(tuán)全資子公司,研發(fā)了UHPC-鋼正交異性板橋面自動(dòng)化鋪裝、UHPC-普通混凝土組合結(jié)構(gòu)、橋梁加固等技術(shù)體系,完成了滬通長(zhǎng)江大橋、哈爾濱霽虹橋、宜城漢江公路大橋、貴州飛龍湖烏江大橋(見(jiàn)圖4)等大型橋梁的UHPC橋面鋪裝或加固工程。

浙江宏日泰耐克新材料科技有限公司以同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)為技術(shù)依托,致力于發(fā)展UHPC在橋梁、隧道、水電、房建、軍工、海工等領(lǐng)域的應(yīng)用。迄今,其UHPC預(yù)混料產(chǎn)品已用于一百多個(gè)重點(diǎn)工程項(xiàng)目,并完成了舟山富翅門(mén)跨海大橋、寧波機(jī)場(chǎng)南延高架、寧波中興大橋、寧波西洪大橋、烏魯木齊機(jī)場(chǎng)快速路等工程的橋面鋪裝或結(jié)構(gòu)連接的施工。公司參與主編了中國(guó)公路學(xué)會(huì)《超高性能混凝土加固橋梁技術(shù)指南》、《UHPC梁式橋標(biāo)準(zhǔn)》等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

中路杜拉國(guó)際工程股份有限公司自2018年成立以來(lái),依托馬來(lái)西亞DURA公司成熟的材料、產(chǎn)品體系、技術(shù)體系,結(jié)合公司在國(guó)內(nèi)累積的UHPC產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn),聯(lián)合國(guó)內(nèi)武漢理工大學(xué)、華南理工大學(xué)等高等院校,在材料研發(fā)生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)研發(fā)設(shè)計(jì)、設(shè)備研發(fā)以及配套施工全產(chǎn)業(yè)鏈深耕,開(kāi)發(fā)出結(jié)構(gòu)類(lèi)、防火類(lèi)、低收縮類(lèi)、軍工類(lèi)、早強(qiáng)類(lèi)等多種UHPC材料,在橋梁結(jié)構(gòu)、路橋維修加固、市政構(gòu)件、軌道交通構(gòu)件、建筑構(gòu)件等諸多領(lǐng)域擁有定型產(chǎn)品。目前,梁式橋主營(yíng)板塊已完成人行天橋20座,車(chē)行橋4座,在市政構(gòu)件、軌道構(gòu)件、地下工程等多個(gè)領(lǐng)域擁有豐富應(yīng)用案例。公司擁有國(guó)內(nèi)首個(gè)專(zhuān)業(yè)化UHPC預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地、國(guó)內(nèi)最多的梁式橋應(yīng)用案例、國(guó)內(nèi)最全的產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋架構(gòu)。

中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司是中交集團(tuán)二級(jí)子公司,由中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院牽頭,聯(lián)合中交二航局、中交二公局、上海振華重工和重慶萬(wàn)橋交通組建,是大跨度、深水域及海外橋梁建養(yǎng)亟需關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)和工程化驗(yàn)證平臺(tái),開(kāi)展了UHPC技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用與工程施工,完成了新疆塔里木大橋鋼箱梁UHPC橋面鋪裝、京滬高速公路改擴(kuò)建工程多做橋梁的維修加固和鋼橋面鋪裝等工程項(xiàng)目。

圖3裝配式UHPC站房和電纜管廊(肖敏提供)

圖4貴州省遵余高速飛龍湖烏江大橋UHPC橋面鋪裝(陳露一提供)

2.中國(guó)如今的UHPC市場(chǎng)規(guī)模

CCPA-UHPC分會(huì)通過(guò)發(fā)放問(wèn)卷表格調(diào)查了中國(guó)2020年UHPC生產(chǎn)應(yīng)用情況,從所收到項(xiàng)目調(diào)查表以及媒體報(bào)道信息統(tǒng)計(jì),2020年中國(guó)UHPC用量超過(guò)4萬(wàn)立方米(僅民用項(xiàng)目用量,不含未收集到工程用量),使用了逾7萬(wàn)噸UHPC預(yù)混料。主要應(yīng)用在鋼-UHPC橋面、橋梁構(gòu)件連接(濕接縫)、預(yù)制構(gòu)件、建筑幕墻和維修加固。

四、中國(guó)UHPC的工程應(yīng)用

1.公路橋梁

2020年中國(guó)UHPC應(yīng)用繼續(xù)增長(zhǎng)、工程案例較多,本文摘要介紹部分案例。

鋼-UHPC復(fù)合橋面

鋼-UHPC復(fù)合橋面是中國(guó)主要的UHPC應(yīng)用之一,進(jìn)入了規(guī)?;?、可持續(xù)發(fā)展階段。2020年完成的鋼橋面鋪裝項(xiàng)目數(shù)量有較大增長(zhǎng),如上海新泖港大橋、崇明東平河大橋、濟(jì)陽(yáng)路高架(上海瑞史坦施工),福州新洪塘大橋,貴州遵余高速飛龍湖烏江大橋(中鐵橋研科技施工),甘肅秦安特大橋、常州錢(qián)資湖大橋、黃石棋盤(pán)洲長(zhǎng)江公路大橋(湖南中路華程施工),烏魯木齊市秋實(shí)路橋(上海復(fù)培施工),南京浦云路大橋、潮汕環(huán)線榕江特大橋、深圳龍珠一路跨大沙河橋、鄂爾多斯市烏蘭木倫河3號(hào)橋(廣東冠生施工),京滬高速公路改擴(kuò)建工程的多做橋梁(中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心施工),等等。國(guó)內(nèi)還有多座在建橋梁,即將進(jìn)入U(xiǎn)HPC鋪裝階段。

鋼-UHPC組合梁的UHPC橋面板

南京長(zhǎng)江五橋和湖南益陽(yáng)青龍洲大橋均采用了創(chuàng)新的鋼-UHPC組合梁。今年年中,這兩座大橋的UHPC橋面板都已完成安裝和UHPC濕接縫連接,進(jìn)入橋面鋪裝和工程掃尾階段。

圖5益陽(yáng)青龍洲大橋UHPC橋面板安裝與濕接縫連接(田月強(qiáng)提供)

廣東惠清高速麻埔停車(chē)區(qū)跨線橋,為先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的鋼-UHPC輕型組合π梁,全橋四跨一聯(lián),每跨25m,共長(zhǎng)100m。橋梁斷面全寬8.5m,橫向由3片全預(yù)制鋼-UHPC組合π梁組成,單片π梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為2.8m。梁高101cm,其中UHPC橋面板厚13cm,工字梁高88cm,橋面板即行車(chē)面,無(wú)鋪裝層(見(jiàn)圖6)。(廣東冠生提供)

三洲壩橋是清遠(yuǎn)市清新區(qū)龍頸鎮(zhèn)C622村道上舊橋拆除重建項(xiàng)目,新建橋梁上部結(jié)構(gòu)采用湖南大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)的新型無(wú)預(yù)應(yīng)力UHPC-NC組合梁橋,為5×30m鋼板-超高性能混凝土-普通混凝土(鋼板-UHPC-NC)組合先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)工字梁。采用鋼板-UHPC雙工字梁?jiǎn)为?dú)預(yù)制、簡(jiǎn)支安裝,現(xiàn)澆NC橋面板和橫隔板的先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。其中UHPC雙工字梁采用UHPC與槽鋼結(jié)合的形式,梁高1.44m,腹板厚0.12m,兩腹板中心間距1.8m,底板厚0.22m、寬0.8m,頂板厚0.08m、寬0.2m;現(xiàn)澆普通混凝土橋面板厚0.16m,上設(shè)8-13cm防水混凝土橋面鋪裝(見(jiàn)圖7)。(廣東冠生提供)

圖6廣東惠清高速麻埔停車(chē)區(qū)跨線橋鋼-UHPC輕型組合π梁

圖7廣東清遠(yuǎn)三洲壩橋鋼板-UHPC-NC組合梁橋

橋梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)連接(濕接縫)

采用UHPC濕接縫進(jìn)行構(gòu)件之間“結(jié)構(gòu)連接”,施工快、成本低、連接強(qiáng)度高等,兼具技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。浙江嘉興的快速路工程是2020年最大的結(jié)構(gòu)連接項(xiàng)目,濕接縫UHPC用量超過(guò)6000立方米,由上海復(fù)培、江蘇蘇博特、浙江宏日泰耐克和江蘇中路施工。

中交二航武漢港灣新材料有限公司將UHPC用于重慶白居寺長(zhǎng)江大橋的承臺(tái)塔座與塔柱過(guò)渡區(qū),寧波舟山石浦港區(qū)石浦互通立交與沿海南線橋面體系轉(zhuǎn)換濕接縫,以及莆炎高速橋面板濕接縫。(秦明強(qiáng)提供)

廣東陽(yáng)茂高速改擴(kuò)建工程,為保證新舊橋梁拼接帶位置的拼接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性,減少后續(xù)病害,拼接帶采用UHPC寬濕接縫方案(見(jiàn)圖8),適用于13m、16m、20m跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板內(nèi)邊板拼接處、TJ1合同段陽(yáng)陽(yáng)鐵路跨線橋、TJ4合同段南水河大橋連續(xù)箱梁拼接帶。(廣東冠生提供)

圖8陽(yáng)茂高速改擴(kuò)建工程新舊橋面板濕接縫

圖9橋梁伸縮縫新安裝方法(郭保林提供)

山東省交通科學(xué)研究院在2018年發(fā)展了橋梁伸縮縫錨固混凝土底部連接的新方法,即:在伸縮縫鋼構(gòu)件錨固區(qū)底部均勻鋪設(shè)一層厚約3~4cm的UHPC,然后再在上面澆筑常規(guī)C50鋼纖維混凝土(見(jiàn)圖9)。依靠UHPC與硬化混凝土之間高粘接強(qiáng)度,以及未硬化狀態(tài)UHPC與新澆筑鋼纖維混凝土的良好粘接,實(shí)現(xiàn)伸縮縫鋼構(gòu)件與混凝土橋梁的牢固錨固,UHPC在其中起到“界面劑”的作用。這樣做的好處是,未來(lái)鋼構(gòu)件損壞需要更換,容易拆除下來(lái)。如全部使用UHPC,錨固強(qiáng)度更高,但未來(lái)拆除更換也更困難。

混凝土橋面鋪裝

湖南中路華程2020年施工了兩個(gè)橋梁的UHPC部分,均是用于解決橋梁墩頂負(fù)彎矩區(qū)的開(kāi)裂問(wèn)題。武倘尋高速公路天生特大橋主梁采用鋼-混組合連續(xù)T梁,墩頂負(fù)彎矩區(qū)鋪設(shè)厚15cm、寬2m的UHPC接縫,形成橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。云浮羅定至茂名信宜(粵桂界)高速公路高臺(tái)大橋,主梁采用雙工字鋼板組合梁和預(yù)制混凝土橋面板,在墩頂支座中心線兩側(cè)各7.25m范圍負(fù)彎矩區(qū)的橋面板頂面鋪設(shè)10cm厚UHPC層,并用UHPC連接橋面板負(fù)彎矩區(qū)濕接縫、負(fù)彎矩區(qū)剪力釘群預(yù)留槽。(田月強(qiáng)提供)

2.人行天橋

2020年在中國(guó)建造的UHPC人行天橋數(shù)量有大幅增長(zhǎng),僅中路杜拉和湖南中路華程就建造了20座,其中湖南湘潭18座橋的詳情見(jiàn)表1和圖10、圖11,π型梁最大跨徑34.75m,U型梁最大跨徑36m。采用UHPC建造人行天橋的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:對(duì)比鋼箱梁節(jié)約成本約20%;結(jié)構(gòu)重量小,安裝施工快捷,4個(gè)小時(shí)可完成主梁安裝;超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命(200年以上),梁體終身免維修,運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低。此外,湖南湘潭的18座人行天橋,從開(kāi)始UHPC梁預(yù)制生產(chǎn)到架設(shè)完成,僅用了50天。(田月強(qiáng)提供)

圖10π型梁人行天橋(芙蓉大道9號(hào)橋)

圖11U型梁人行天橋(芙蓉大道10號(hào)橋)

3.維修加固

山東某高速公路在役橋梁的T梁被橋下貨車(chē)橫向撞損,裂縫較多。為了盡快恢復(fù)橋梁的承載能力,山東省交通科學(xué)研究院采用鋼模外包,內(nèi)部填充UHPC的方式進(jìn)行加固(見(jiàn)圖12)。荷載試驗(yàn)表明效果良好,至今運(yùn)營(yíng)一年左右,未出現(xiàn)明顯問(wèn)題。(郭保林提供)

圖12高速公路撞損橋梁鋼模外包灌注UHPC維修加固

圖13宜城漢江大橋的UHPC濕接縫加固

中鐵橋研科技有限公司完成了宜城漢江大橋的UHPC濕接縫加固工程。該橋全長(zhǎng)1886.95米,始建于1986年,2017年經(jīng)檢測(cè)評(píng)定橋梁技術(shù)狀況等級(jí)為3類(lèi),橋面鋪裝技術(shù)狀態(tài)評(píng)為4類(lèi),于2020年啟動(dòng)維修加固工作。為了提高東、西引橋50m、30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁接縫承載力,原接縫層鑿除,采用UHPC濕接縫澆筑改造,寬度分別為80cm、40cm,接縫厚度為10cm(見(jiàn)圖13)。(陳露一提供)

在呼和浩特市昭烏達(dá)路哲里木路改造提升工程中,使用UHPC對(duì)箱梁底板支座處進(jìn)行加固(上海復(fù)培施工)。加固完成后,專(zhuān)家評(píng)審會(huì)認(rèn)為加固效果良好。(李飛提供)

中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心在京滬高速公路改擴(kuò)建工程,祊河大橋新擴(kuò)建預(yù)制T梁與橫隔板安裝就位后澆筑UHPC橫隔板接縫、縱向濕接縫及橋面現(xiàn)澆層,使其連城整體;在紅花埠互通、郯城互通等既有橋梁橋面增R-UHPC層進(jìn)行加固。(高原提供)

4.建筑幕墻或外立面

2020年在建筑領(lǐng)域,中國(guó)UHPC的應(yīng)用案例明顯增加,取得較大進(jìn)展,得益于中國(guó)一些建筑設(shè)計(jì)單位了解UHPC,并運(yùn)用UHPC表達(dá)設(shè)計(jì)理念。以下是項(xiàng)目完成單位或參與完成單位提供的部分項(xiàng)目介紹與圖片。

廣州市玖珂瑭材料科技有限公司參與完成了由法國(guó)著名建筑大師讓努維爾設(shè)計(jì)的恒基旭輝天地(TheRoof)項(xiàng)目,位于上海中心城區(qū)新天地。為了找到與周邊環(huán)境和諧融合的靈感,大師與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)穿街走巷體味老上海的生活氣息和城市風(fēng)貌,最終提出幾個(gè)充滿當(dāng)?shù)厝宋暮偷赜蛱厣纳羁臻g元素:街道、庭院和屋頂,構(gòu)成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心元素。項(xiàng)目由四座建筑構(gòu)成,外立面采用2500個(gè)大小不一的UHPC花缽和UHPC幕墻板組成,整個(gè)建筑籠罩于植物的覆蓋中,形成一個(gè)水平和垂直的立體花園?;ɡ忬w型較大,除自重外還要承受土壤、水分和植物重量以及風(fēng)載作用和安裝固定產(chǎn)生的應(yīng)力;幕墻系統(tǒng)部分采用大板塊,其中首層板塊為通高轉(zhuǎn)角一體板,高度超過(guò)4米。設(shè)計(jì)選材需要考慮的關(guān)鍵因素包括材質(zhì)的力學(xué)性能、韌性、致密性、體積穩(wěn)定性、耐久性、耐污染性、是否易生產(chǎn)制造等等,UHPC是最佳選擇。采用UHPC制造薄壁花缽可減輕自重、滿足承載需求和牢固固定,也適合制造大尺寸幕墻板,共計(jì)使用了450噸UHPC預(yù)混料預(yù)制生產(chǎn)花缽和幕墻板。該項(xiàng)目于2020年10月完工(見(jiàn)圖14),目前已獲得LEED綠色建筑主體和外觀金級(jí)認(rèn)證,以及WELL高性能建筑預(yù)認(rèn)證。(柯雄提供)

圖14TheRoof恒基旭輝天地(UHPC花缽和幕墻)

砼創(chuàng)(上海)新材料科技股份有限公司在2020年完成多項(xiàng)UHPC幕墻工程。其中,深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司設(shè)計(jì)的深汕科技園展示中心,采用UHPC外立面蜂巢狀格柵幕墻,面積達(dá)8500m2(見(jiàn)圖15);海日清建筑設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的北海國(guó)際金融中心,外立面為白色UHPC蜂巢狀單元板幕墻,面積為6000m2;同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的泰康嘉德藝術(shù)中心,幕墻采用大板塊(8m2左右)UHPC平板,面積為6500m2(見(jiàn)圖16);同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的深圳茅洲河碧道之環(huán),造型飄逸的環(huán)由UHPC曲面板構(gòu)成,使用了1500m2曲面板;上海名亭建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的上海松江職工活動(dòng)中心,三棟圓環(huán)建筑曲面UHPC幕墻板面積達(dá)9000m2;上海柏濤建筑設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)的上海摩都里項(xiàng)目,1500m2外立面采用UHPC做造型效果。(林鵬程提供)

圖15深汕科技園展示中心(UHPC蜂巢狀格柵幕墻)

圖16泰康之家嘉德藝術(shù)中心(大尺寸UHPC幕墻板)

中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的舟山海洋文化藝術(shù)中心二期工程由“一廳六中心”構(gòu)成,包含音樂(lè)廳、會(huì)議中心、展覽中心、培訓(xùn)中心、青少年活動(dòng)中心、婦女兒童活動(dòng)中心、工會(huì)活動(dòng)中心等功能,位于舟山新城。建筑分為4個(gè)單體與室外廊道,平面呈蜂巢狀,酷似一個(gè)個(gè)島礁,以樸素自然的清水混凝土為表現(xiàn)形式,將建筑融入自然。外立面由現(xiàn)澆UHPC格柵與網(wǎng)狀外框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成(見(jiàn)圖17),造型獨(dú)特,施工難度較高。UHPC格柵采用封閉模板、泵送灌注施工成型,浙江省一建施工,總計(jì)使用約1000噸UHPC預(yù)混料。(范忠輝提供)

圖17舟山海洋文化藝術(shù)中心二期工程(UHPC格柵)

南京倍立達(dá)新材料系統(tǒng)工程股份有限公司在2020年完成了由基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的長(zhǎng)沙旭輝雨花郡售樓處UHPC幕墻裝飾板工程,采用白色光面L型板和U型板,面積600m2(見(jiàn)圖18);魏瑪設(shè)計(jì)的中國(guó)(常州)德國(guó)中心項(xiàng)目一期清水混凝土單元幕墻板工程,采用清水效果U型板和平板,面積15000m2(見(jiàn)圖19)。還有多個(gè)項(xiàng)目在執(zhí)行或?qū)⒁_(kāi)始。(段小青提供)

圖18長(zhǎng)沙旭輝雨花郡(UHPC幕墻板)

圖19中國(guó)(常州)德國(guó)中心項(xiàng)目一期(UHPC幕墻板)

5.創(chuàng)新應(yīng)用

中山市尚美佳裝飾材料有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出系列UHPC衛(wèi)生潔具產(chǎn)品(見(jiàn)圖20),開(kāi)創(chuàng)UHPC新應(yīng)用,薄壁產(chǎn)品成型技術(shù)、防污技術(shù)也達(dá)到了新的水平。

圖20UHPC衛(wèi)生潔具(歐陽(yáng)波提供)

陜西德龍工程有限公司用UHPC發(fā)展制備出5000噸級(jí)、10000噸級(jí)和16000噸級(jí)轉(zhuǎn)體梁球鉸(見(jiàn)圖21),在西安機(jī)場(chǎng)線、陽(yáng)安二線、禹門(mén)口黃河特大橋、安康市快速干道轉(zhuǎn)體梁工程中實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等單位對(duì)UHPC球鉸使用效果、性價(jià)比比較滿意。UHPC用于球鉸的優(yōu)點(diǎn)為:提高球鉸剛度,減小變形;提高球鉸抗壓能力,有效減小球鉸直徑。(馬鵬虎提供)

圖21重型鋼-UHPC轉(zhuǎn)體梁球鉸

五、UHPC的技術(shù)交流

2020年3月CCPA-UHPC分會(huì)與砼創(chuàng)智庫(kù)聯(lián)合舉辦了兩期UHPC線上公益講座,分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)趙筠講了“UHPC在國(guó)外的創(chuàng)新發(fā)展與啟示”,分會(huì)專(zhuān)家湖南大學(xué)黃政宇教授講了“國(guó)內(nèi)UHPC的應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展的思考”。6月CCPA-UHPC分會(huì)再與砼創(chuàng)智庫(kù)聯(lián)合舉辦了為期一個(gè)月、九次課的“UHPC云課堂(E-lecture)”。邀請(qǐng)了BendtAarup(丹麥)、PeterBuitelaar(荷蘭)、黃政宇、余睿、EugenBrühwiler(瑞士)、王春生、方志、趙筠等8位國(guó)內(nèi)外UHPC行業(yè)知名專(zhuān)家講課。云講堂為中國(guó)UHPC研發(fā)與從業(yè)人員提供了專(zhuān)業(yè)視角、國(guó)際視野的線上深度學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),有助于行業(yè)人才培養(yǎng),提升行業(yè)整體技術(shù)水平和創(chuàng)新能力,推動(dòng)我國(guó)水泥基材料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在CCPA組織的“標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新與宣貫公益系列講座”第五期(9月24日),分會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)主任、清華大學(xué)路新瀛教授講解了《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)。

10月29日-11月1日,東南大學(xué)在南京組織召開(kāi)了“第三屆超高性能混凝土材料和結(jié)構(gòu)國(guó)際會(huì)議(UHPC-2020)”。12月初在CCPA年會(huì)期間,UHPC分會(huì)組織了召開(kāi)為期一天的“第三屆超高性能水泥基材料與應(yīng)用技術(shù)論壇”(12月5日下午和6日上午),邀請(qǐng)了13位學(xué)者專(zhuān)家和工程技術(shù)人員,做專(zhuān)題綜述報(bào)告和介紹所開(kāi)展的UHPC研究與工程應(yīng)用工作。

CCPA-UHPC分會(huì)策劃實(shí)施了“首屆全國(guó)UHPC設(shè)計(jì)定制大賽”。定制產(chǎn)品為設(shè)計(jì)制作輕質(zhì)UHPC球,設(shè)定限制條件為直徑200±10mm、重量≤6kg),比賽UHPC球彈性和抗沖擊能力,兼顧比賽UHPC設(shè)計(jì)制造技能與趣味性、觀賞性,可以讓人們更直觀了解UHPC性能。共有44隊(duì)報(bào)名參賽,比賽和2020中國(guó)混凝土與水泥制品行業(yè)大會(huì)同期(12月4日)進(jìn)行。

六、結(jié)語(yǔ)

借用CCPA徐永模會(huì)長(zhǎng)在首屆CCPA-UHPC論壇開(kāi)幕式上的講話:UHPC突破了水泥基材料性能和應(yīng)用領(lǐng)域的很多極限。無(wú)論是結(jié)構(gòu)材料組分的復(fù)合,水泥基材料本身的性能、與纖維增強(qiáng)材料的復(fù)合、還是與其他結(jié)構(gòu)材料的“組合”,應(yīng)該說(shuō)都打開(kāi)了許多發(fā)展空間,為我們創(chuàng)新者提供許多想象空間。目前UHPC在各種工程上的應(yīng)用還只是開(kāi)始,一旦UHPC的性能和優(yōu)勢(shì)被認(rèn)識(shí),將很快形成UHPC的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高潮。希望UHPC的發(fā)展起始于國(guó)外,成長(zhǎng)在中國(guó),成就在中國(guó)!

致謝:

衷心感謝山東省交通科學(xué)研究院、廣州市玖珂瑭材料科技有限公司、廣東蓋特奇新材料科技有限公司、中路杜拉國(guó)際工程股份有限公司、湖南中路華程橋梁科技股份有限公司、中鐵橋研科技有限公司(中鐵橋科院)、青島迪凱機(jī)械設(shè)備有限公司、江西貝融超高性能混凝土技術(shù)公司、砼創(chuàng)(上海)新材料科技股份有限公司、中交二航武漢港灣新材料有限公司、陜西德龍工程有限公司、上海復(fù)培新材料技術(shù)有限公司、南京倍立達(dá)新材料系統(tǒng)工程股份有限公司、廣東冠生土木工程技術(shù)股份有限公司、湖南固力工程新材料有限責(zé)任公司、中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司、中山市尚美佳裝飾材料有限公司等單位,為本報(bào)告提供的支持和信息!

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