世界首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土橋梁在湖南長(zhǎng)沙正式建成通車

1月8日，世界首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土橋梁（該橋位于長(zhǎng)沙市開(kāi)福區(qū)橫四路，以下簡(jiǎn)稱“橫四路橋”）正式建成通車。

全長(zhǎng)74米的橫四路橋原設(shè)計(jì)的普通混凝土橋梁方案有7個(gè)橋墩，主跨為16米、高跨比為1/12；采用超高性能混凝土后，橋墩減少到了兩個(gè)，主跨增加到36.8米，路面沒(méi)有橋墩。同時(shí)，因橋梁上部結(jié)構(gòu)重量減輕了近三分之一，“小蠻腰”造型的橋墩最纖細(xì)處僅僅60厘米，這是我國(guó)材料研究與工程結(jié)構(gòu)研究相結(jié)合的一個(gè)典范。

這座橋的竣工，在我國(guó)超高性能混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域是一個(gè)飛躍。從上世紀(jì)90年代國(guó)外將這種高性能材料首次應(yīng)用于核電站工程，到如今在中國(guó)漸漸走入民用市場(chǎng)，超高性能混凝土正一步步摘下神秘面紗，或?qū)⒂瓉?lái)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的引爆點(diǎn)。這一“橫空出世”的新材料具備哪些新潛質(zhì)？其產(chǎn)業(yè)發(fā)展又面臨什么瓶頸？

新潛質(zhì)

從性能來(lái)講，混凝土的發(fā)展可以說(shuō)經(jīng)過(guò)了普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土這三個(gè)階段。超高性能混凝土有諸多獨(dú)一無(wú)二的特性，通俗來(lái)說(shuō)，這是全球最結(jié)實(shí)、最強(qiáng)韌的一種混凝土。抗壓強(qiáng)度高是超高性能混凝土最突出的一個(gè)特點(diǎn)。超高性能混凝土材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)400兆帕。400兆帕是什么概念呢？一般房屋墻體的混凝土強(qiáng)度在30兆帕左右，高層建筑所用混凝土的強(qiáng)度大約是50——60兆帕，航空母艦甲板用的鋼板抗壓強(qiáng)度也只有300——350兆帕。超高性能混凝土不僅可獲得超高抗壓強(qiáng)度，而且具有30——60兆帕的抗折強(qiáng)度，有效克服了普通混凝土的高脆性，其優(yōu)異的性能能夠滿足土木、石油、海洋等工程及軍事設(shè)施對(duì)強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性的高要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。在超高性能混凝土中，石頭和河砂已銷聲匿跡，其骨料最大粒徑不超過(guò)1毫米。高密實(shí)度，也保證了其極強(qiáng)的防滲漏性能，保證了其耐久性。超高性能混凝土的氯離子滲透性是高強(qiáng)混凝土的1/25。這也就意味著，在強(qiáng)腐蝕性氯離子橫行霸道的海水中，如果使用超高性能混凝土作為船舶、艦艇的船體材料，相當(dāng)于穿上防腐鎧甲。事實(shí)上，因其防滲漏性能強(qiáng)，超高性能混凝土于20世紀(jì)90年代在法國(guó)問(wèn)世之初就是用于制作核反應(yīng)堆廢料存儲(chǔ)容器。有別于普通混凝土，因其材料的特殊性，超高性能混凝土不能在現(xiàn)場(chǎng)澆筑，而是采用工廠預(yù)制的方式，其應(yīng)用屬于建筑工業(yè)化的一個(gè)分支。橫四路橋從主梁到橋墩，整座橋全部在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝就像搭積木一樣簡(jiǎn)單，整個(gè)拼裝過(guò)程只花了10個(gè)小時(shí)，沒(méi)有粉塵，噪音也不大。

發(fā)展瓶頸

標(biāo)準(zhǔn)的缺失是制約超高性能混凝土產(chǎn)業(yè)化的最大瓶頸。目前，在超高性能混凝土領(lǐng)域，相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程、檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等都是一片空白。法國(guó)最早于1993年研發(fā)出超高性能混凝土，1997年在加拿大魁北克省第一次使用該材料建成一座橋梁，但也遲至2011年方才推出相關(guān)規(guī)范文件。因此我國(guó)必須加快相關(guān)行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的起草與制定，以促進(jìn)超高性能混凝土材料的推廣應(yīng)用。

此外，超高性能混凝土造價(jià)高也是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。超高性能混凝土對(duì)原材料的要求很高，比如說(shuō)用于增強(qiáng)韌性的鋼纖維，采購(gòu)的是輪胎用的鋼纖維，售價(jià)曾經(jīng)高達(dá)5萬(wàn)元每噸，如今仍需7000元每噸。目前，雖然施工造價(jià)仍比普通混凝土貴，但已接近預(yù)應(yīng)力混凝土的價(jià)格水平。規(guī)?；a(chǎn)之后，超高性能混凝土的工程造價(jià)更低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。從實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)看，各項(xiàng)性能大幅超過(guò)原有混凝土，尤其是考慮其高耐久性，在整個(gè)產(chǎn)品使用壽命周期內(nèi)幾乎沒(méi)有維修費(fèi)用，使用成本和維護(hù)工作量大幅度降低，預(yù)計(jì)超高性能混凝土構(gòu)件的使用總成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土構(gòu)件，顯示出優(yōu)異的性價(jià)比。在國(guó)家大力建設(shè)生態(tài)文明，削減水泥、鋼鐵等落后產(chǎn)能的趨勢(shì)下，如果大范圍推廣超高性能混凝土，可直接減少材料消耗，這對(duì)于保護(hù)資源、降低污染有著重要實(shí)際意義。