超高性能混凝土预制桥梁建设

    2016年9月5日，我国第一座超高性能混凝土桥梁——长沙北辰三角洲横四路跨街天桥，在湖南长沙顺利通过了湖南省住建厅组织的专家验收。该桥也是国际上首座采用全预制拼装工艺建成的超高性能混凝土（活性粉末混凝土，简称RPC）车行箱梁桥。
    中国工程院院士聂建国担任此次验收专家组组长，任辉启院士、郑健龙院士等专家分任专家组成员。专家组验收结果认为，该示范工程达到了同类桥梁建造的国际先进水平，为国内超高性能混凝土桥梁的推广应用提供了良好的工程示范，为超高性能混凝土结构的设计、施工及质量检验评定积累了宝贵的经验。
    湖南省住建厅副厅长高东山表示，活性粉末混凝土这种新材料的应用非常具有价值，此次示范工程的成功，为活性粉末混凝土下一步推广应用奠定了很好的基础。
    超高强度、耐久、耐腐蚀的绿色超高性能混凝土，节约水泥用量达50%
    湖南明湘科技有限公司是该桥的建设方，拥有超高性能混凝土两项国家发明专利，其董事长吴罗明介绍，经过多年的研发与试制生产，明湘科技已经掌握从材料研发、构件预制到工程拼装等方面的全套综合技术。“目前，强度达到400兆帕的超高性能混凝土，可以说是全世界最结实、最强韧的一种混凝土，在许多工业和民用领域应用前景广阔。”
    该桥结构设计负责人、湖南大学教授方志介绍了该桥的主要工程特点：箱梁和桥墩均采用超高性能的活性粉末混凝土（RPC）材料制造，桥梁的承载和长期性能得以显著提升；主梁短线预制、长线拼装，桥墩整体预制吊装，可适应城市桥梁建设的快速、环保要求；结构耐久性优异，可实现主体结构使用寿命期内的免维护；结构轻盈、美观，视野开阔，36.8m主跨一跨过街，重量还较两跨过街的普通混凝土结构方案减轻近1/3。桥下的行车道范围内不设桥墩，彻底消除了桥梁的车撞风险。
    资料显示，活性粉末混凝土（RPC）是20世纪90年代初法国Bouygues试验室研发的一种超高性能混凝土。作为新一代超高性能水泥基材料，据此可形成高效、轻型、耐久的混凝土结构，几乎可应用于所有土木工程结构。活性粉末混凝土强度高，可达普通混凝土的5倍以上;韧性好，可达普通混凝土的100倍以上;耐久性好，可达普通混凝土的10倍以上。其具有的高强度、高韧性和高耐久性等特点，能较好地克服目前普通混凝土抗拉强度低、脆性大、耐久性差等缺点。
    除了超高强度之外，活性粉末混凝土也可被称为绿色超高性能混凝土，显示出良好的环保性能。湖南大学提供的材料显示：同等承载力条件下，活性粉末混凝土构件的体积一般仅为普通混凝土的1/3左右；活性粉末混凝土结构的水泥用量约为普通混凝土的1/2；不可再生的自然资源骨料的用量为普通混凝土的1/3与1/4。因此，若活性粉末混凝土大规模应用，将有助于节能减排、环境保护。
    以横四路桥为例，原设计的普通混凝土桥梁方案有7个桥墩，主跨为16m、高跨比为1/12。采用活性粉末混凝土后，桥墩减少到了2个，主跨增加到36.8m，但桥梁上部结构重量还减小了近三分之一。
    民用、国防、军工全适用，活性粉末混凝土进入大规模推广新阶段
    目前，活性粉末混凝土已成为土木工程材料领域一个新的研究热点，部分发达国家和地区已将其应用于实际工程，但我国还缺乏整体采用活性粉末混凝土材料建造桥梁的应用先例。
    郑健龙院士认为，RPC作为新材料直接应用到桥梁，国内还很少。横四路桥示范工程，从设计到施工，都是成功的示范工程。在这个过程中，湖南大学与明湘科技团队对材料和结构做了大量的二次开发，取得了很好的成果，非常有价值。
    造价是诸多参会专家关注的另一关键问题。任辉启院士认为，从该工程来看，现在的造价介于混凝土和钢结构之间，从全寿命周期看，因为工程使用寿命延长，维护费用非常低，大规模推广后，总体费用比传统的混凝土结构费用可能更低。
    对此，吴罗明介绍，明湘科技生产的活性粉末混凝土构件已经用于长沙地铁工程，从实际数据来看，不仅其各项性能远超普通混凝土，考虑到其所具有的高强度和高耐久性，其在正常使用状况下几乎没有维修费用发生，使用成本和维护工作量大幅度降低，在整个产品使用寿命周期内的总成本还将低于普通混凝土结构，显示出优异的性价比。
    此外，吴罗明透露，活性粉末混凝土（RPC）在横四路跨街天桥的应用，已引起国防、高铁、海洋工程等多个领域的关注，目前公司已获得数亿元的工程合同，今后有望获得更广泛的工程应用。