喜迎国庆74周年之际, 推出《中国低碳混凝土在行动》系列报道。
在喜迎国庆74周年之际, 推出《中国低碳混凝土在行动》系列报道。以高性能混凝土(UHPC)、生态混凝土、再生混凝土及混凝土行业消纳大宗工业固废和建筑垃圾等市场应用成果为重,综述中国混凝土与水泥制品绿色低碳发展的成就,传播中国混凝土与水泥制品行业在国家高质量发展进程中的巨大产业价值。
8月19日,位于成都市的世界上在建的最大宽度独塔混合梁斜拉桥——沱江大桥塔梁固结段完成超高性能混凝土(简称“UHPC”)浇筑。
大桥使用的超高性能混凝土达6560立方米,其单体构件最大尺寸达4米×7米×48米,创下世界民用大体积超高性能主体结构施工的新纪录。
全长1010米的沱江大桥主梁最宽处79米,建成后将超过目前吉尼斯世界纪录最宽斜拉桥——桥宽67.3米的埃及万岁大桥。
沱江大桥
“超高性能混凝土与广泛应用的普通混凝土相比,是钢筷和普通木筷的区别。”在现场指导混凝土施工的中国铁建大桥局项目负责人介绍,UHPC混凝土具有超高强度、高韧性和良好的耐久性等优点,抗压强度是普通混凝土的2-3倍,抗折强度是普通混凝土的4-6倍,断裂韧性更高出百倍以上。
“UHPC”以其超高强度、高韧性和良好的耐久性等优点被誉为“低碳混凝土”的代表。沱江大桥建设中“UHPC”的优异表现是中国低碳混凝土强势助力国家重点桥梁建设的一个精彩缩影。
2023年,中国以3.3万座桥梁领跑世界桥梁工程。众所周知,近年来,我国路桥建设以高质量快速发展,成就举世瞩目。同时,继中共十九大提出建设交通强国后,中共二十大又明确提出,要加快建设交通强国,这意味着我国建设交通强国步伐再提速,这也就对桥梁结构的安全、经济、耐久和环保提出了新的挑战。
超高性能混凝土作为新一代高性能水泥基材料,具有超高的力学性能和超强的耐久性能,被称为21世纪混凝土。它在新建结构和既有结构加固改造中的应用,有望从源头上解决传统混凝土结构自重大、易开裂、耐久性不足、维护费用高等共性难题,驱动桥梁工程的高质量发展。
随着UHPC应用技术逐渐成熟,在我国桥梁、道路以及重大项目的建设上,它的身影也越来越活跃。据不完全统计,近几年来国内具有代表性的UHPC路桥有
沾临黄河特大桥
。沾临黄河特大桥总长4530米,主桥采用80+180+442+180+80=962米双塔钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁斜拉桥,主桥预制桥面板采用了自主研制的UHPC材料,形成了一整套材料验收及UHPC桥面板工厂化施工标准。其主桥钢混组合梁精准就位,
标志着国内桥梁领域首次带UHPC桥面板大吨位、长距离全断面顶推施工全部完成,实现了中国桥梁建设又一次全新跨越。
沾临黄河特大桥
杭瑞洞庭大桥。
该桥是目前排名世界第二、中国第一的大跨径钢桁加劲梁悬索桥。其刷新多项技术工艺:首次在公路悬索桥上采用一种板桁结合型加劲梁新结构,使得主梁用钢量节省了12%,桥梁上部结构自重减少了8%;首创“葫芦形”锚碇基础结构;发明一种超高韧性混凝土STC新材料形成的桥面新结构等。而且杭瑞洞庭大桥桥面采用了钢-超高韧性混凝土UHPC轻型组合结构,桥面刚度较传统桥梁提高40倍,可实现桥面百年不开裂。
咸阳市高科一路跨渭河大桥。
该大桥是钢-UHPC轻型组合结构桥面铺装工程,包括行车道钢箱梁桥面超高性能混凝土(UHPC)组合结构层施工,钢-UHPC组合桥面结构铺装总施工面积13000㎡。
咸阳市高科一路跨渭河大桥
益阳青龙洲大桥。
湖南益阳青龙洲大桥为国内首座钢-UHPC组合梁双塔自锚式悬索桥, 该桥钢-UHPC组合梁预制在湘潭市UHPC预制基地内完成,该基地是国内建成的第一个桥梁UHPC装配式构件生产基地。
益阳青龙洲大桥
云南省红河特大桥。
红河特大桥设计速度为 80 km/h,桥面需具备高抗压、耐疲劳的特性。该大桥上采用UHPC桥面铺装是国内在自然养护条件下的UHPC组合桥面在超大跨径悬索桥的首次应用,也是首个成功案例。
云南省红河特大桥
山东省临沂市北京路沂河大桥。
这座大桥曾于2022年9月29日荣获吉尼斯世界纪录“顶升长度最长的桥梁”称号。建桥过程中,在老桥与新桥之间采用超高性能混凝土(UHPC)材料无缝拼接,顶升长度创造了吉尼斯世界纪录。
临沂市北京路沂河大桥
十淅高速(湖北段)丹江口水库特大桥。
这座大桥是世界上最大跨径部分地锚式混合梁斜拉桥。该桥采用双塔双索面部分地锚式钢-UHPC轻型组合梁斜拉桥,全长1076米,其中中跨760米主梁采用一种新型的钢-UHPC轻型组合梁结构, UHPC层与钢桥面板之间通过剪力键(槽口型PBL键和圆柱头焊钉)进行连接。
广州塔珠江两岸人行景观桥。
该桥是世界上跨度最大、宽度最宽的曲梁斜拱人行桥。技术创新的最大亮点之一就是新材料超高性能混凝土UHPC在桥面的铺装和UHPC在关键重要拱脚部位的外包。开创了UHPC在防腐保护应用的先河。
中山西环高速联石湾大桥。
这座桥应用了当前世界跨径最大的UHPC简支梁(105米),UHPC钢桥面总量超2.5万平方米,是广东首个UHPC双层钢桥、粤港澳大湾区最大的UHPC单体钢桥面铺装工程。仅在抗压强度上,与普通混凝土相比,中山西环路面项目研发的UHPC抗压强度提升约3至5倍。
福州大学桥园人行拱桥。
福州大学桥园人行拱桥为中国第一座UHPC拱桥。该桥主拱净跨径为10 m,拱肋采用等截面板拱,厚10cm,拱肋材料为UHPC。
福州大学桥园人行拱桥
在中国由“桥梁大国”迈向“桥梁强国”的进程中,低碳混凝土技术发挥重要作用。我国桥梁工程实践证明,
与普通混凝土相比,UHPC强度更高、更耐久;与钢结构相比,UHPC结构抗疲劳能力更强。
基于它特点,超高性能混凝土UHPC除了应用在高速公路和结构复杂、受力面较大的桥梁上,还可以应用在山区桥梁的桥墩上,起到包裹防护的作用,对加固桥墩很有好处。此外,超高性能混凝土的抗冲磨性也很好,未来有望在海洋环境中发挥作用,其高密度和耐久性可以保护跨海大桥的主体结构。
值得关注的是,在近年我国大桥建设过程中,运用UHPC建筑装配式混凝土桥梁正在成为新的趋势。而装配式桥梁建设的灵魂就是混凝土的创新“集成”。
2023年8月中旬,记者采访了我国装配式桥梁专家、“2022年度中国混凝土与水泥制品行业杰出工程师”吴平平先生。吴平平说,“混凝土材料从长期来看都是结构工程师首选的建筑材料,中国混凝土行业还将长期持续发展。混凝土材料当前是资源消耗最大的材料之一,从可持续性发展角度,混凝土高性能化和生态化是当前及今后的重要发展方向。生态混凝土是比较宽泛的概念,总体来说主要通过两种途径实现:一是通过材料技术、制造技术、数智化技术的进步,降低资源消耗、提升生产效率、降低能耗与碳排量;二是向高质量与环境友好型发展,让混凝土变得富有生机,改善人们的生活环境。近年来,混凝土在众多方面取得了诸多突破性创新,如低碳混凝土、植生混凝土、清水混凝土、UHPC、轻质混凝土等,在护岸支挡、路基边坡、人工鱼礁工程、海绵城市建设等所有的工程领域均得到了广泛应用,取得了显著的综合效益。”
桥梁基建从现浇混凝土到工厂化装配式混凝土,是一次跨越。
在当前,我国对桥梁的需求已不仅是跨越障碍的刚需,而是对高性能化桥梁的需求。而超高性能混凝土(UHPC)具有超高的力学性能和超高的耐久性能,能满足桥梁高性能化的要求。
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。大力发展绿色建材,完善绿色建材产品标准和认证评价体系,倡导选用绿色建材。……”
作为先进水泥基复合材料,UHPC高度契合上述对建筑材料发展的要求。随着国家工程建设挺进“深海、深地、深空”和“极地、高原”等特殊环境,混凝土材料面临的挑战也前所未有。如何针对重大工程建设进行混凝土研究是个重要课题。随着低碳建筑在全球的兴起以及我国“交通强国”战略的实施和《质量强国建设纲要》的贯彻落实,具有显著优势的超高性能混凝土UHPC,必将迎来巨大的发展机遇,日后定当在工程建筑中大放异彩。