摘要：目前超高性能混凝土的研究与应用在国内迎来一个新高潮， 主要在桥梁结构及桥面系、部分结构的加固等方面应用较多。本文介绍了超高性能混凝土的工程应用现状并分析了其在轨道交通建设工程中应用的可行性。

关键词：超高性能混凝土；疏散平台板；上排热风道板；工程应用

近代以来，工业改革及城市化的发展，原本的建筑材料已经难以满足大规模的建筑构筑物，日益迫切的需求推动了建筑材料的前进。在18至19世纪，随着钢筋、水泥、混凝土的出现，使建筑业迈入了新的阶段。但近二百年来，人们在钢筋混凝土材料的基础上停滞不前，发展迈入瓶颈，人们对建筑物的要求越来越高，普通的钢筋混凝土难以满足当代摩天大厦、大跨度桥梁的需求。由此人们在原有基础上不断提高混凝土的强度，改善其性能，并逐渐发展出了超高性能混凝土（UHPC）的概念。此概念一提出，便成为研究人员材料突破的新方向，成为未来发展的最热门方向之一。

1 超高性能混凝土概念及制备机理

超高性能混凝土，简称UHPC，系指抗压强度120Mpa以上，具有超高力学性能、超高韧性和超强耐久性的水泥基复合材料的统称。其原材料主要为：水泥、超细颗粒、细骨料、纤维和添加剂。在以往常见的混凝土中，原材料包括粗骨料，但是由于水泥浆和粗骨料之间存在性能差异，外界的作用力影响之下，二者的形变量不同，接触面同时也会产生剪应力和切应力，导致混凝土内部产生裂缝，这是造成混凝土破坏的重要因素之一；普通混凝土作为一种不均匀材料，内部有很多的孔隙，孔结构也是影响其结构的主要因素。基于以上因素，利用最大堆积密度理论，降低混凝土材料内部的孔隙率，优化孔结构，提高密实度，添加纤维，可以有效提高混凝土的性能。

2 超高性能混凝土的性能

2.1 抗压强度和抗拉性能

超高性能混凝土在原材料上优化级配，增强材料间的协同作用，大大提升其抗压能力，在试验条件下抗压强度与弹性模量呈现出良好的线性关系。钢纤维的添加也可以提高超高性能混凝土的抗压强度。UHPC的杰出力学性能更主要体现在超高抗拉强度。UHPC可以在相对低的纤维含量水平下实现拉伸“应变硬化”行为，基体破裂后，钢纤维承载能力激活，拉力继续提升直到达到最大拉力。

2.2 抗弯性能

超高性能混凝土在承受弯矩作用下，分为弹性、产生细微裂缝、纤维增强和破坏四个阶段。和普通混凝土结构相比，超高性能混凝土的初裂弯曲强度和极限弯曲强度都有明显提高，可提高构件的承载力和延性，并延缓钢筋的屈服。

2.3 耐久性能

根据试验结果分析：超高性能混凝土的氯离子扩散系数很低，抗渗透性能远远优于普通混凝土。当水泥用量大于300kg/m3时，在标准碳化箱放置28天后，炭化深度仍为0mm，体现出很强抗碳化能力。经过上百次冻融循环试验后，超高性能混凝土的质量损失和弹性模量性能缩减远远小于普通混凝土，可以满足寒冷地区对混凝土抗冻性的要求。

3 超高性能混凝土的优点

与传统混凝土相比，UHPC有很多的优点：具有自密实、自流平的工作性能，可以减少混凝土振捣施工工序，避免了人工振捣质量不可控的通病，提高隐蔽狭小空间混凝土的浇筑质量；超高的抗压，抗折力学性能，在相同条件下可以采用更小的设计尺寸，减轻结构自重，为结构形式的多样化、轻型化、薄壁化提供了保障；优异的抗渗性可对混凝土内部起到保护作用，防止受到外部环境的雨水侵蚀，并且由于采用了低水灰比，养护成型后的UHPC内部含有大量未水化的水泥颗粒，即使在开裂情况下遇到水也会反应产生凝胶状物质可堵塞微裂纹，独特的自我修复能力可以二次防止雨水渗入；优异的抗冻性能、抗氯离子渗透性能、抗盐冻、耐磨性能，可以适用于各种恶劣的环境，可大幅度增加混凝土结构的使用寿命，降低混凝土结构的维修费用，降低建筑结构全寿命周期成本；优异的韧性有利于提高结构的抗震和疲劳性能，使结构在复杂的外界环境下更加安全可靠。

4 超高性能混凝土的应用

基于各项优异的性能，UHPC可以广泛地应用于各行业领域。钢桥面铺装中，选用传统材料的桥面极易损坏，寿命周期短，改良使用UHPC后，其优异的力学性能和耐久性可以有效提升桥面刚度，降低钢桥面应力，延长抗疲劳寿命，为解决钢桥面铺装使用寿命短提供了新的方向。在桥梁结构中，有利于结构轻薄、跨度大，降低基础工程成本，节省工期和设备成本。

5 桥面铺装工程的施工工艺

5.1 准备

施工前对钢桥面进行平整度测量，复测发包方提供的水准点，满足要求后布置水准加密控制点。进行导轨基座与钢桥面相对高程测量，确定导轨安装高度，进行高程控制测量及施工放样测量，所有测量都要做到有放必复并做好记录。

5.2 剪力钉施工

按照剪力钉的设计位置，用墨线在钢桥面上弹出网格，然后在墨线交叉点处焊接剪力钉。局部剪力钉加密时，先定位出普通位置点，后定位出加密位置点。当剪力钉的设计位置位于钢梁拼接焊缝位置时，应将焊点偏离焊缝边界2～3cm，不得将剪力钉直接焊接在拼接焊缝的顶面。剪力钉焊接前，宜使用砂轮磨光机对焊接位置进行单点打磨，打磨范围不宜过大，但要确保大于钉杆直径5～10mm。

5.3 钢筋施工

严格按照设计要求对钢筋网进行纵向、横向定位，不得随意变动钢筋的搭接位置、搭接长度和搭接面积。当UHPC搅拌运输能力无法满足一次性连续摊铺施工时，要及时与设计沟通，确定施工缝位置、接缝形式及钢筋加密方案。将钢筋与部分剪力钉进行点焊固定，可防止钢筋网在整平机高频振捣作用下上浮，还能够确保钢筋保护层厚度。

5.4 UHPC搅拌及运输

每次作业首拌料出料后都要观察其和易性并进行拓展度试验，必要时对用水量进行调整，对于拓展度不符合要求的材料严禁使用。制备UHPC对操作人员的专业性要求很高，应配备专职指挥员和操作人员。指挥员需要掌握UHPC材料的投料顺序及间隔时间，搅拌加料过程中必须对粉料、钢纤维、水、外加剂的添加量严格控制。操作员要熟悉搅拌楼操作方法，服从指挥员指挥，按照厂家要求的顺序和间隔时间进行投料。搅拌楼生产的UHPC通过搅拌车运输到作业面，然后由泵车输送到布料机进行摊铺作业。由于UHPC对水的用量有严格的控制要求，所以搅拌机、布料机料仓、泵车接料仓和搅拌车内严禁随意加水。现场管理人员要密切关注、有效干预，必须冲洗时要将水排干。

6 前景展望

UHPC从概念提出到现在已有30年的历史，期间经过不断地发展和完善，已经在多个工程领域得到应用，但还未得到大范围的普及，仍处于推广阶段。超高性能混凝土的普及受到多个因素的制约，专业的制备技术需要一定的准入门槛；国内发展历史短暂，与国际先进水平仍有差距，缺乏完善通用的施工规范和指南；没有大规模的生产应用，导致成本无法降低，无法全面替代普通的混凝土；缺乏强力的推广应用，没有打出行业的知名品牌。但UHPC作为一种新型材料，其卓越的性能优势随着不断地研究发展，会愈加突出，逐渐向各领域推广，随着技术成熟，成本降低，会逐渐普及。

参考文献：

[1]陈宝春，季韬，黄卿维，等.超高性能混凝土研究综述[J].建筑科学与工程学报，2018（3）：1-24.