超高性能混凝土，讓“永不開裂”成為可能
來源：中國裝飾混凝土網
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蒙華鐵路洞庭湖特大橋自完成鋼-超高性能混凝土組合橋面鋪裝后，創下世界紀錄，成為世界首座三塔鐵路斜拉橋。洞庭湖大橋主橋橋面總鋪裝面積約11971㎡，主要采用了超高性能混凝土、普通鋼筋、ML15剪力釘和環氧富鋅防銹漆等材料。此次施工共計歷時45天，為后續道砟鋪設和T梁過橋工作贏得了寶貴的時間。這是世界范圍內首次將超高性能混凝土組合橋面技術應用于鐵路橋梁。
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中鐵大橋科學研究院院長田啟賢介紹，超高性能混凝土是近年來一種新型材料，他領導的團體研發的超高性能混凝土不僅強度高、耐久性強，同時還具備低收縮、免蒸養等特點，利用這一材料及基于其開發的UHPC組合橋面技術，已經成功應用于公路橋、城市橋及各類橋梁的修補加固工程，可徹底解決正交異性鋼橋面疲勞開裂這一世界性難題，被鑒定為世界領先水平。此次蒙華鐵路洞庭湖特大橋采用這種UHPC組合橋面，既能降低鋼結構疲勞應力，避免鋼結構開裂，又可以作為防水層與耐磨層，為鋼橋面提供一種永久的防護，極大提升了橋梁結構的整體健康與安全水平。
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中鐵大橋科學研究院總工程師王天亮介紹，UHPC組合橋面技術是為解決公路橋正交異性鋼橋面疲勞開裂和鋪裝層易損這一頑疾而開發的，從根本上解決了公路鋼橋面易發病害的世界性難題。現在中鐵大橋科學研究院又開創性地將這一技術應用于鐵路橋面，可以有效解決鐵路鋼橋面的疲勞和防腐難題。
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中鐵大橋科學研究院陳露一高工介紹，該院研發的超高性能混凝土抗壓強度是普通C50混凝土的3倍，抗拉強度更高達4-6倍，經歷700次凍融循環后仍然完好無損。超高的力學性能、超強的耐久性能、優良的體積穩定性能和優越的工作性能，更有利于工程結構形式多樣化、輕型化、薄壁化，施工、維修、養護更加方便，可極大降低工程全壽命周期的維護成本，應用前景十分廣闊。
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超高性能混凝土，簡稱UHPC，是一種創新型的水泥基復合材料，具有超高的強度、韌性和耐久性。經試驗證明，其抗折強度是普通C50混凝土的3倍，縮變下降50%，經歷700次凍融循環后仍然完好無損，被稱為“永不開裂”的混凝土。此次在洞庭湖大橋主橋橋面鋪裝中的成功應用，標志著UHPC鐵路鋼橋橋面防水施工工藝的成熟。
超高性能混凝土與其他混凝土相比，在原材料選擇方面有很大不同。主要表現為以下幾個方面：
（1）膠凝材料方面：UHPC水膠比很低，一般在0.14-0.27之間，水泥用量較大，一般在700-1010Kg/m3左右；使用顆粒粒徑較小支持。萘系等傳統減水劑由于技術性能的局限性，越來越不能滿足工程需要，而聚羧酸減水劑作為備受關注的新一代高性能減水劑，使超低水膠比的獲得成為了現實。山東華偉銀凱聚羧酸減水劑減水率可達25%-40%以上，保坍性能優異，還能有效改善混凝土和易性，賦予混凝土較高的強度及優良的耐久性，適用于各種高強、高性能混凝土的配制。此外，常用的外加劑還有消泡劑、減縮劑等。
（2）骨料方面：UHPC不使用粗骨料，同時在細骨料方面選取與漿體力學性質相近的石英砂。這樣，沒有粗骨料的骨架限制作用，可以大幅度減少由于收縮導致的漿體與骨料界面間的孔隙及微裂縫。
（3）外加劑方面：UHPC能獲得超低的水膠比及孔隙率，離不開混凝土外加劑技術的支持。萘系等傳統減水劑由于技術性能的局限性，越來越不能滿足工程需要，而聚羧酸減水劑作為備受關注的新一代高性能減水劑，使超低水膠比的獲得成為了現實。山東華偉銀凱聚羧酸減水劑減水率可達25%-40%以上，保坍性能優異，還能有效改善混凝土和易性，賦予混凝土較高的強度及優良的耐久性，適用于各種高強、高性能混凝土的配制。此外，常用的外加劑還有消泡劑、減縮劑等。
除了以上幾個方面外，UHPC在配制過程中還必須要加入纖維，如鋼纖維或復合有機纖維等，主要是作為增強、增韌和抗裂材料。
其實，蒙華鐵路洞庭湖特大橋并不是鋼-超高性能混凝土組合橋面的最早應用。早在2016年，新型超高性能混凝土就在太原攝樂大橋上橋面鋪裝過半，之后，曾多次應用于不同橋梁的修補加固。超高性能混凝土及鋼-超高性能混凝土組合橋面的出現，不僅徹底解決了大跨徑鋼橋面鋪裝出現橋面板疲勞開裂及鋪裝層破壞兩大世界性技術難題，而且將是混凝土發展史上又一重要轉折點，將有力推動橋梁技術的進步。