超高性能混凝土輕型預制件在市政工程中應用探索

陳妍如，張愛玲，李敏

（四川大學錦城學院，四川 成都 611731）

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是具有超高強度、高韌性、高耐久性能、良好塑形能力的水泥基復合材料。UHPC的抗拉強度可以達到30MPa以上，UHPC的耐久性指標比普通混凝土高出數倍。

UH PC預制拼裝部件的研究和探索發展迅速。美國TAKTL公司致力于UHPC輕型組裝構件的研發，將UHPC運用到交通、基礎設施中，讓UHPC輕薄的特點和耐久性好的優勢得到充分發揮[1]。法國、比利時和丹麥的建筑師利用UHPC良好的塑形能力，搭建出大塊板狀、鏤空板式、圓浮點等風格各異的建筑外墻，極大豐富建筑元素[2]。

本文將UHPC引入市政工程中，既能滿足市政部件的性能需求又更輕薄美觀，維護費用低。

1 使用UHPC的市政建設輕型部件

1.1 UHPC路緣石

路緣石是公路橋梁的防護裝置，是道路工程中重要的安全保障。混凝土路緣石主要病號為表面疏松、脫皮、缺棱、掉角等，在北方寒冷地區，上述病害尤其嚴重[3]。新疆建工集團專門針對高寒地區路緣石病害展開高耐久性混凝土路緣石的研制與生產，以解決高寒地區路緣石耐久性問題[4]。在文獻［5］中，An MZ等考慮UHPC在鹽溶液中凍融循環的破壞機理，證明UHPC在低溫條件下也有再水化，可以填充縫隙修復凍融損傷。haheen等[6]進行帶初裂縫的UHPC試件凍融循環過程實驗，試件無明顯的凍融破壞，表現出良好的耐久性。高寒地區和鹽漬土區域，UHPC是路緣石材料首選，可以抵抗高寒和鹽漬土區出現的問題。非嚴寒區域，由于UHPC良好的耐磨性、抗沖擊能力、抗氯離子滲透和硫酸鹽離子侵蝕，使用UHPC材料制作路緣石，也可以有效提高路緣石的耐久性，減少修護工作，降低更換頻率。

1.2 UHPC透水磚

透水磚是海綿城市重要部件，需要滿足強度和透水性要求。目前常用透水磚通常是高溫燒結的大孔隙磚塊，主要通過透水磚表面和內部空隙排水。文獻［7］研究結果顯示，在快速路和主干路、人行道、次干路和支路、停車場，不同場所堵塞物對透水路面滲透性能衰減作用不同，在停車場中最容易發生堵塞。為保持透水磚的透水性，需要定期對透水磚進行清洗，后續維護和保養費用較高。

相比燒結透水磚，UHPC透水磚通過鏤空網格透水，排水速度快，不易堵塞，維護費用低。參考UHPC法國馬 塞 塔（ La Marseillaise tower）遮陽板和Mu CEM博物館的UHPC鏤空幕墻，制造鏤空透水磚可以實現工廠化生產，且鏤空造型可以多變，既滿足整體造型需求又實現透水功能。

1.3 UHPC公交站

公交站是城市的名片，是城市公共設施的重要組成部分。目前大部分公交站是不銹鋼和鋁制公交站。此類結構輕薄，安裝和拆除速度快。鋼制公交站拼接處耐腐蝕性不夠好，防腐處理時間間隔短。鋼制和鋁制公交站夏季使用感較差，容易形成高溫區域，候車環境差。座椅和扶桿夏季幾乎不能坐靠，形同虛設。采用UHPC制作公交站，夏季遮陽和擋雨效果好，防腐蝕維護費用小。另外通過調整構件受力特點，將立柱、頂蓬和站臺連接為一體，可以提高公交站臺抗傾覆性。

UHPC材料具有良好的可塑性，造型能力比普通混凝土好。法國巴黎Thiais的RATP巴士調度總站，采用Ductal公司生產的UHPC預制面板，實現樂高玩具外殼，從地面到墻面的漸變。在加拿大卡爾加里邵尼斯，輕軌站亦是UHPC材料建造。該輕軌站僅使用多個獨柱支撐在月臺，每根獨柱上接三根立柱，立柱支撐僅2cm后的車站天蓬。整體設計簡單美觀，沒有結構冗余。

1.4 UHPC街道家具

街道家具起源于英國，隨著城市的發展，品類逐漸豐富。文獻［8］將街道家具分為公共服務、交通和景觀小品三類。本文已將公交站臺列出，將其他街道家具分為實用功能家具和景觀家具。實用功能家具包括公共廁所、禁令標志、警告標志、告示標志、街牌、信息亭（牌、欄）、廣告牌等；景觀家具包括座椅、娛樂和健身器材雕塑、架廊、綠地組合等。實用功能街道家具首先按功能選擇材料，本文僅討論景觀家具。

座椅和架廊通常選擇木材，觸感舒適且景觀效果好。木制座椅易腐爛，即使使用防腐木也需要定期維修和更換。綠地組合池通常采用普通混凝土制作，造價低廉塑形能力好。有健身功能的步道，多采用彩色混凝土，既色彩鮮艷又有利于排水。

UHPC是塑性能力極好的材料。文獻［4］中比利時圖爾奈的Urbastyle公司采用UHPC混凝土生產優質的街道家具，并開發智能化、信息化管理運行的生產線。采用UHPC材料，可以豐富座椅、架廊和其他街道家具設計風格，并不拘泥于木制風格。例如，兒童較多的區域可以采用文獻［4］中介紹的圓浮點漸變風格，模擬樂高款式，增加趣味性；散步人群多的區域可以采用鏤空隔板形式讓架廊頂部形狀更豐富。另外，UHPC耐久性比普通混凝土更好，壽命更是數倍于木材。采用UHPC混凝土制作街道家具能夠有效減少維修次數，降低維護費用。

街道家具也可以實現智能化生產，即使是不同風格的街道家具也可以交給生產線生產，降低生產成本。

2 使用UHPC材料制造市政部件的優勢

盡管UHPC材料單價較高，但UHPC零部件強度高，同強度條件下結構更薄，結構自重小。文獻［9］中，在南京誠信大道人防中使用裝配整體式預應力UHPC頂板，單片梁重量降低50%，總造價比現澆鋼筋混凝土板結構降低約17%。UHPC良好的耐久性，可以拉長市政部件的維護周期，降低維護中的人工費用和材料費用。UHPC良好的塑形能力，能夠滿足更多的使用需求和風格需求。UHPC從結構設計到表面造型都可以通過流水線生產，生產效率高且不需要單獨造型，省去雕刻、切割、鉆孔等費用。

3 結語

UHPC是一種新興材料，強度高、耐久性好、塑形能力

好。使用UHPC制造市政工程中幾種部件，既可制造更輕薄的構件，又可減少安裝維護和更換費用，從而降低造假。使用UHPC材料，能夠制作更多特色零部件，豐富市政工程中的風格元素，使城市特色更豐富多彩。