超高性能混凝土輕型預(yù)制件在市政工程中應(yīng)用探索

陳妍如，張愛玲，李敏

（四川大學(xué)錦城學(xué)院，四川 成都 611731）

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性能、良好塑形能力的水泥基復(fù)合材料。UHPC的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到30MPa以上，UHPC的耐久性指標(biāo)比普通混凝土高出數(shù)倍。

UH PC預(yù)制拼裝部件的研究和探索發(fā)展迅速。美國TAKTL公司致力于UHPC輕型組裝構(gòu)件的研發(fā)，將UHPC運(yùn)用到交通、基礎(chǔ)設(shè)施中，讓UHPC輕薄的特點(diǎn)和耐久性好的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮[1]。法國、比利時(shí)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(diǎn)等風(fēng)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(hù)費(fèi)用低。

1 使用UHPC的市政建設(shè)輕型部件

1.1 UHPC路緣石

路緣石是公路橋梁的防護(hù)裝置，是道路工程中重要的安全保障?；炷谅肪壥饕√?hào)為表面疏松、脫皮、缺棱、掉角等，在北方寒冷地區(qū)，上述病害尤其嚴(yán)重[3]。新疆建工集團(tuán)專門針對(duì)高寒地區(qū)路緣石病害展開高耐久性混凝土路緣石的研制與生產(chǎn)，以解決高寒地區(qū)路緣石耐久性問題[4]。在文獻(xiàn)［5］中，An MZ等考慮UHPC在鹽溶液中凍融循環(huán)的破壞機(jī)理，證明UHPC在低溫條件下也有再水化，可以填充縫隙修復(fù)凍融損傷。haheen等[6]進(jìn)行帶初裂縫的UHPC試件凍融循環(huán)過程實(shí)驗(yàn)，試件無明顯的凍融破壞，表現(xiàn)出良好的耐久性。高寒地區(qū)和鹽漬土區(qū)域，UHPC是路緣石材料首選，可以抵抗高寒和鹽漬土區(qū)出現(xiàn)的問題。非嚴(yán)寒區(qū)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(hù)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(qiáng)度和透水性要求。目前常用透水磚通常是高溫?zé)Y(jié)的大孔隙磚塊，主要通過透水磚表面和內(nèi)部空隙排水。文獻(xiàn)［7］研究結(jié)果顯示，在快速路和主干路、人行道、次干路和支路、停車場(chǎng)，不同場(chǎng)所堵塞物對(duì)透水路面滲透性能衰減作用不同，在停車場(chǎng)中最容易發(fā)生堵塞。為保持透水磚的透水性，需要定期對(duì)透水磚進(jìn)行清洗，后續(xù)維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用較高。

相比燒結(jié)透水磚，UHPC透水磚通過鏤空網(wǎng)格透水，排水速度快，不易堵塞，維護(hù)費(fèi)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(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，且鏤空造型可以多變，既滿足整體造型需求又實(shí)現(xiàn)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shí)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(qū)域，候車環(huán)境差。座椅和扶桿夏季幾乎不能坐靠，形同虛設(shè)。采用UHPC制作公交站，夏季遮陽和擋雨效果好，防腐蝕維護(hù)費(fèi)用小。另外通過調(diào)整構(gòu)件受力特點(diǎn)，將立柱、頂蓬和站臺(tái)連接為一體，可以提高公交站臺(tái)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(diào)度總站，采用Ductal公司生產(chǎn)的UHPC預(yù)制面板，實(shí)現(xiàn)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(gè)獨(dú)柱支撐在月臺(tái)，每根獨(dú)柱上接三根立柱，立柱支撐僅2cm后的車站天蓬。整體設(shè)計(jì)簡單美觀，沒有結(jié)構(gòu)冗余。

1.4 UHPC街道家具

街道家具起源于英國，隨著城市的發(fā)展，品類逐漸豐富。文獻(xiàn)［8］將街道家具分為公共服務(wù)、交通和景觀小品三類。本文已將公交站臺(tái)列出，將其他街道家具分為實(shí)用功能家具和景觀家具。實(shí)用功能家具包括公共廁所、禁令標(biāo)志、警告標(biāo)志、告示標(biāo)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(shí)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(jià)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(xiàn)［4］中比利時(shí)圖爾奈的Urbastyle公司采用UHPC混凝土生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的街道家具，并開發(fā)智能化、信息化管理運(yùn)行的生產(chǎn)線。采用UHPC材料，可以豐富座椅、架廊和其他街道家具設(shè)計(jì)風(fēng)格，并不拘泥于木制風(fēng)格。例如，兒童較多的區(qū)域可以采用文獻(xiàn)［4］中介紹的圓浮點(diǎn)漸變風(fēng)格，模擬樂高款式，增加趣味性；散步人群多的區(qū)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(shù)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(shù)，降低維護(hù)費(fèi)用。

街道家具也可以實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，即使是不同風(fēng)格的街道家具也可以交給生產(chǎn)線生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

2 使用UHPC材料制造市政部件的優(yōu)勢(shì)

盡管UHPC材料單價(jià)較高，但UHPC零部件強(qiáng)度高，同強(qiáng)度條件下結(jié)構(gòu)更薄，結(jié)構(gòu)自重小。文獻(xiàn)［9］中，在南京誠信大道人防中使用裝配整體式預(yù)應(yīng)力UHPC頂板，單片梁重量降低50%，總造價(jià)比現(xiàn)澆鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)降低約17%。UHPC良好的耐久性，可以拉長市政部件的維護(hù)周期，降低維護(hù)中的人工費(fèi)用和材料費(fèi)用。UHPC良好的塑形能力，能夠滿足更多的使用需求和風(fēng)格需求。UHPC從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到表面造型都可以通過流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高且不需要單獨(dú)造型，省去雕刻、切割、鉆孔等費(fèi)用。

3 結(jié)語

UHPC是一種新興材料，強(qiáng)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(gòu)件，又可減少安裝維護(hù)和更換費(fèi)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(fēng)格元素，使城市特色更豐富多彩。