超高性能混凝土（UHPC）是指抗压强度大于100MPa，各项性能都十分优良的一种混凝土材料。以二航局修建的怒江二桥工程为例，重点介绍了在此工程中UHPC的原材料组成、配制方法、模型实验及现场浇筑施工等应用情况。对UHPC材料在桥梁工程中的应用前景进行了展望。
0 引言超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC），不同于普通混凝土，是指抗压强度大于100MPa，各方面性能都十分优良的混凝土。UHPC最早于1993年由法国的皮埃尔·理查德研究小组研制而成。加拿大利用UHPC材料修建了第一座UHPC景观桥，随后美国、欧洲等国也在一些公路桥梁等工程中开展了实际应用。
UHPC与普通混凝土的组成和配制方法不同，最大的区别在于其配制采用超低水灰比，添加高活性的火山灰掺合料，钢纤维和高效减水剂，以及不使用粗骨料，改为用高品质细集料来填充配制。制备UHPC的原材料主要包含高品质水泥、硅灰等活性掺合料、石英砂石英粉、钢纤维、高效减水剂等。UHPC拥有超高强度，超高耐久性，超高韧性等诸多优点。
通常UHPC的生产主要是以高温预制的方式进行，通过对成型后的UHPC试件进行加压，并采取高温蒸汽养护，可以得到不同强度等级的UHPC预制构件。据资料表明，UHPC在常温养护环境下也可被用作现场施工浇筑，现场浇筑出来UHPC性能指标较预制的低一些，抗压强度通常在100-150MPa之间。
当前，国内UHPC的应用途径很少，且主要以预制为主，比如高铁工程上使用的UHPC盖板等，很少有应用于现浇工程中，特别是UHPC应用于桥梁之中。本文以二航局修建的怒江二桥工程为例，介绍现浇UHPC在桥梁工程中的应用。
1 工程概况
UHPC应用依托的怒江二桥是由二航局修建的独塔单索面混合梁斜拉桥，跨径组合为81+175m，总体布置如图1所示，桥面宽度32m，采用塔、墩、梁固结体系。RC桥塔高70m，斜拉索采用平行钢丝体系，扇形布置。为减小边中跨比并提高主跨跨越能力，主梁采用混合梁，主跨采用钢箱梁，截面如图2所示。边跨采用预应力混凝土箱梁，标准截面如图3所示。钢混结合段设置在主跨侧距桥塔中心线8.75m处。
图1 怒江二桥总体布置图Fig.1Layout of Second Nu Jiang bridge
图2 钢箱梁标准截面Fig.2Standard section of steel box girder
图3 预应力混凝土箱梁标准截面Fig.3 Standard section of prestressed concrete box girder
边跨采用满堂支架现场浇筑施工。考虑到桥位处怒江水流速度高达5～6m/s，水路运输和栈桥搭设都难以实现，因此钢箱梁采用现场组拼-缆索吊吊装的工艺施工。
钢混结合段是混合梁斜拉桥受力最关键的部位，设计阶段原先考虑结合段内腔混凝土采用C55，与此对应，施工阶段斜拉索张拉需分阶段进行，为简化施工工序，施工控制提出采用斜拉索一次张拉到位的工艺，而为保证钢混结合段受力满足要求，需提高结合段混凝土强度，因此，提出将内腔C55混凝土换成强度可达100MPa的UHPC。
2 实验
2.1 UHPC材料组成与试配
此次施工采用UHPC在工厂混和完成，袋装运输到现场，然后加水拌和的工艺。UHPC的组分含有：中热水泥，粉煤灰，硅灰15-20%，磨细石英砂粉（胶砂比约为1:1），混杂纤维（其中钢纤维长度2cm，长径比1/65-1/80，掺量为体积比1.5%；聚丙烯纤维），粉体聚羧酸外加剂，减水率约为36%。现场拌和水胶比0.18-0.20，试拌混凝土强度见表1，用水量9.5%，试件尺寸均为100×100×100mm。
2.2 模型实验
在指挥部协调下，在现场进行了混合梁结合段混凝土模型试验，实验结果见表2和表3。试验内容包括浇筑工艺以及荷载试验，试验结果满足预期目标。
图4 混合梁结合段模型Fig.4Joint girder model
3 UHPC现场施工
UHPC的生产在工程现场的商品混凝土站，一台站拌和普通的C55混凝土，一台站拌和UHPC。袋装UHPC从拌合站的砂石料仓加入，加水搅拌5-10分钟（实际经过三轮调试后，搅拌时间为5分钟），然后由混凝土搅拌车运输至现场，通过汽车泵输送至仓面。一个仓连续不停的进行UHPC的搅拌供应现场，总浇筑方量为90m3，最终总浇筑时间为16h。
混凝土每罐搅拌约2方混凝土，控制下料重量5000kg左右，加水470kg左右，调试过程稍有10kg左右的微调。
图5 UHPC生产搅拌站Fig.5Production mixing station of UHPC
图6 UHPC下料生产Fig.6 Production of UHPC
由于UHPC没有粗骨料，且流动性好，初凝时间长，因此容易发生漏浆，对浇筑空间的密闭性要求较高。因此，浇筑前需对模板以及钢箱梁形成的腔室进行仔细检查，尽量不要出现较大的缝隙，发现有缝隙应采用土工布塞堵等方法进行处理。
图7 UHPC浇筑布置Fig.7Placement of UHPC
现场泵送采用一台天泵，先浇筑底板部分C55普通混凝土，然后浇筑UHPC，后续依次交替进行。C55混凝土与UHPC交界处，加强该处混凝土的振捣，试验发现混合后强度介于C55与UHPC之间。
图8 泵送浇筑UHPCFig.8Pump casting UHPC
通过现场浇筑UHPC，总结出UHPC在浇筑施工时需要注意以下事项：
1、UHPC离差系数大，对加水量误差非常敏感，要求现场原材料、水计量非常精确。
2、UHPC粘度较大，在采用泵送施工时不宜中断，现场检验UHPC泵送性能良好。
3、UHPC坍落度很大，没有粗骨料，现场模板要求密封严密，否则容易漏浆。
4、UHPC搅拌时间大于普通混凝土，混凝土生产效率较低，搅拌时间3-5分钟。
4 UHPC应用展望
UHPC拥有极佳的力学性能和耐久性能，尤其是其抗弯折强度较普通混凝土大幅提高，可以有效提升增强桥梁结构的各项性能，延长桥梁服役使用的周期。UHPC由于其独特的超高性能，可以展望其在以下桥梁工程中的应用：
（1）UHPC用于钢结构桥面铺装。钢结构桥梁具有重量轻，跨度大的优势，桥面铺装通常采用沥青，沥青与钢结构结合力差，如果桥面车辆载重大，容易造成沥青层的快速脱落，甚至会损坏钢箱梁，对结构造成危害。在钢结构箱梁与沥青层之间施加一道薄层UHPC，可以起到减缓钢箱梁承载变形能力，延长桥面沥青层的使用寿命。
（2）UHPC用于设计新型桥梁结构形式。由于桥梁施工装备化的快速发展，如今的桥梁结构形式也越来越多样化。UHPC的超高力学性能，可以用来替代普通混凝土设计轻薄型桥梁结构，比如薄壁箱梁的预制。此外，UHPC还可与钢管复合用来配制高强钢管混凝土，增大拱桥的跨径。
（3）UHPC用于桥梁关键结构受力部位。桥梁局部受拉、局部受压，以及结合段等一些关键受力部位，是容易疲劳开裂破损的部位，往往对材料的力学性能要求更高。使用UHPC替代普通混凝土进行施工设计，有助于增强结构受力。
（4）UHPC用于桥梁的结构维修加固。桥梁在经过长时间服役后由于受到荷载、环境侵蚀作用，会出现局部破损甚至开裂的现象。通过清除腐蚀破坏的旧混凝土层和更换锈蚀钢筋，浇筑UHPC保护加固层形成复合结构，可以大幅提高损伤部位的耐久性，延长结构的寿命。