UHPC覆盖层：桥梁保护的未来趋势

概述：寻求经济高效且持久的保护策略的桥梁机构可能希望了解超高性能混凝土 (UHPC) 覆盖层如何延长其老化基础设施的使用寿命，同时最大限度地减少施工期间的交通中断。最近，UHPC 才被用作美国老化桥梁结构的薄粘合覆盖层，以修复、保护和改善其状况。UHPC 覆盖层是现有桥面的极佳保护方法，可以以经济高效的方式提高其长期耐久性。如果使用合适的铺路设备和经验丰富的劳动力进行安装，该技术可帮助桥梁机构通过缩短总施工时间和最大限度地减少交通中断来加速桥梁维修。本演讲将通过多个案例研究说明 UHPC 覆盖层的发展。将介绍美国各地成功完成的几个 UHPC 覆盖层安装，包括项目概述和施工方法。将回顾表面处理、不同的覆盖层设计细节以及 UHPC 覆盖层安装的关键成功因素。我们将讨论各种 UHPC 铺路设备的应用，包括能够铺路冠层和钢坡度的自走式薄型 UHPC 铺路机。

https://www.youtube.com/watch?v=lm7xdALqk4A

桥梁保护与UHPC覆盖层

感谢大家加入这里的最后一场会议和本次新HPC应用与发展会议的最后一场演讲。我将要讨论UHPC覆盖层，特别是美国在这方面的进展，我们的历程，市面上有哪些类型的覆盖层，以及从承包商的角度来看，安装UHPC覆盖层真正的关键成功因素是什么。最后，我将通过几个我们参与的项目来总结，一个来自美国，一个来自我们的欧洲同事，我还会播放几段视频，所以到时候需要我们同事的帮助。

首先，UHPC解决方案是什么，我想在一开始就清楚地说明，我们是一家专业承包商，不是材料供应商。我们在不同类型的UHPC使用方面有很多经验，我们主要专注于覆盖层，也做现场浇筑连接、链接板、减震结构和其他应用。UHPC解决方案是由两家承包商联合组成的公司，一家是来自纽约长岛的Basilico承包商，另一家是来自瑞士的Walo International，他们在欧洲特别是在UHPC覆盖层方面有很多经验。我们的服务遍布全国，我们专注于ABC工程，也做水力拆除，我们始终提供UHPC的混合、放置、运输和安装服务。

我们已经简要讨论过UHPC（超高性能混凝土），但对于覆盖层来说非常重要的一点是，你需要一个触变性混合物，这一点在后面视频中会更清楚地展示。为了获得触变性混合物的拉伸性能，美国行业目前使用的是3.25%的钢纤维。这些类型的混合物与大多数人熟悉的自密实混合物不同，后者只使用2%的钢纤维。但正如今天早上Grebel博士的演讲中提到的，百分比的多少并不那么重要，关键在于满足设计所需的拉伸性能。

北美的UHPC覆盖层

现在来看北美地区的UHPC覆盖层，它在北美和美国非常流行。UHPC的第一次现场应用是在火星山，但那是预制构件。从那以后，我们取得了长足的进步，有了很多应用，比如接缝连接。但如果我们特别关注覆盖层市场，发展其实是后来才开始的，真正的大发展正在发生。第一次应用其实是在2016年，安装在爱荷华州。此后，2017年、2018年都有应用，2019年是更大的一年，有四座桥梁使用了UHPC覆盖层。但我要说，2020年是一个关键年份，对美国的UHPC覆盖层来说意义重大，那一年有超过10座桥梁采用了UHPC覆盖层，我们作为承包商那一年完成了六七个项目。现在，不同的州也在安装更多，比如特拉华州、新泽西州、纽约州、爱荷华州、罗德岛州、伊利诺伊州都有。2021年在覆盖层方面稍慢了一些，行业似乎在重新调整，我只知道有两座桥梁使用了UHPC覆盖层。2022年对UHPC覆盖层市场来说又将是激动人心的一年，你会看到美国最大的项目在那一年启动，我稍后会介绍。此外，还有其他项目被打包在一起，这是纽约州的新做法，例如一个项目中打包了六座桥梁。但在密苏里州，我们还将看到第一个非专有UHPC安装。

UHPC覆盖层有哪些类型

基本上有一种非常典型的应用，就是用于防水。通常的做法是移除现有混凝土的1.25英寸到0.75英寸，然后在上面铺设覆盖层，真正延长结构的使用寿命。还有许多其他应用，比如结构覆盖层，如果你需要增加桥面本身的承载能力，可以这样做。在欧洲，他们通过在顶部添加大量钢筋和覆盖层来实现结构覆盖层，从而提高桥梁的强度。

UHPC覆盖层 - 完工的行驶表面

现在有两种类型的完工方式，一种是铺设沥青行驶表面，这在欧洲或瑞士更流行。在北美，我们更希望利用UHPC的耐久性，行驶表面通常只进行打磨，但一般来说是打磨和开槽一起进行，这样开车经过桥梁时会有非常顺畅的体验。

关键成功因素 - UHPC覆盖层

UHPC覆盖层的关键成功因素是什么？其实归结为六项关键点。要成功，首先覆盖层需要适当的表面准备，你需要高效的混合，材料供应必须始终一致，这样铺设设备或机器才能连续运行，不会出现停顿。机器需要适当压实，以与现有桥面实现粘结，还要进行养护，最后要获得适当的表面处理。这六个因素因项目而异，因为你必须优化施工方法，但仍然需要确保成功。

表面准备：薄层移除

我们做过的大多数覆盖层都明确规定了移除2到3英寸的混凝土，这取决于项目。这很棒，因为通过水力拆除，你可以真正移除所有劣化的混凝土，获得极佳的粘结效果。你可以看到表面上完全露出骨料的角度，有峰有谷，消除了任何微裂缝。这是一个相当快速的过程。现在，对于许多其他项目和其他覆盖层，我们实际上先考虑机械铣削，因为大多数桥面经过反复修补，上面有许多不同的修补材料，机器人很难判断强度。所以通过机械铣削先移除大约1.5英寸，然后进行水力粗化处理，就能得到非常漂亮的表面，以便粘结UHPC覆盖层。当然，在应用UHPC覆盖层之前，总是要做SSD（饱和表面干燥）处理。

混合

混合有不同的方法，这非常重要，你需要高效的混合，确保材料供应充足且连续，这样设备才能高效运行。现在行业正在迎头赶上，项目规模越来越大，但最初你可以看到使用现场的高剪切搅拌机。这些设备一天大概能生产45到60立方码的材料。我们进一步改进并简化了设置，你可以看到拖车上的装备，搅拌机运进来后开始混合，材料被装进小车里。在瑞士，他们现在使用一种非常小巧紧凑的机器，适合隧道项目，你可以进去设置，有两个高剪切搅拌机，只需两个人操作，非常高效，有一个人用平板电脑跑来跑去操作机器。对于更大的项目，比如我们稍后会提到的Reits项目，他们使用了全自动配料厂。这个项目一天需要120到150立方码的材料，这个工厂可以生产大量材料，优点是你可以批量运送原材料，比如水泥和沙子都是散装运来的，纤维也是用大袋装运。

材料供应与放置

材料在设备前的放置非常重要，供应必须保持一致和稳定，你不希望机器停下来再启动。我们做的大多数项目都使用了小车系统，你可以看到在爱荷华州的项目中，我们发现这很简单，我们可以进入并将材料很好地放置在铺路机前。你也可以使用预拌混凝土车，但这取决于项目的情况，比如通道如何，是否有外露的钢筋会刺破轮胎，有不同的方法来实现这一点。

压实：非专用设备 - 空气筛

我们两种都用过，你可以用普通的空气筛进行压实，这种机器我们更多用于较小的项目，通道受限，可能用于单车道，对于双车道覆盖层，这种机器很受限，因为它很轻，振动不受控制，你拖着它走，材料通常会堆积在机器前面，这里没有足够的重量把它压下去并移动，在较陡的坡度上可能会有挑战，因为你想要更硬的材料，如果没有重量，这个设置是对的，你可以看到它架在栏杆上，但我们见过很多次其他承包商把筛子放在模板上，所有的振动都直接传到模板里，而不是进入覆盖层，这一点需要注意。

压实：薄层UHPC覆盖层铺路机

我们大量使用薄层UHPC覆盖层铺路机，这种设备效果很好，可以设置从8英尺到30英尺宽，我们每小时可以铺设高达200英尺，它有可调节的液压腿，可以设置冠部，能适应坡度，能处理较硬的混合物，并能获得很好的表面效果。它是自推进的，非常均匀，能适当压实，是放置UHPC覆盖层的一种非常快速的方法。

养护

养护非常重要，材料放置后需要适当的养护。现在在北美，我们首先施加养护化合物，确保不会脱水，然后在上面铺上塑料布，这确实有助于确保适当的养护。你会看到有些人，行业还在进一步发展，他们只使用养护化合物，这很好，因为这样更简单，但对于这类应用，你总是要留意外面的温度、风和相对湿度对养护的影响。我们还大量使用成熟度计，你可以看到，这样很好，因为对我们来说，知道什么时候可以进行打磨和开槽非常重要。现在大多数覆盖层要求在打磨和开槽前达到11000 psi的强度，所以了解覆盖层的成熟度和强度发展至关重要，这样你就可以说，现在可以开始了，我们可以去打磨和开槽了。

完工表面

这里你可以看到，你可以获得非常漂亮的行驶体验，非常平滑。左上方是打磨机器，右上方是开槽机器。

ACI239D - 材料与施工方法指南（进行中）

我想在这里为我们在ACI 239D所做的工作做个小宣传，我们正在编写一份关于材料和施工方法的指南，特别是第九章真正聚焦于施工方法、放置、后期处理，我们聚集了很多行业人士一起来做这个。

特拉华纪念大桥 - 试点项目

好了，我们得赶紧看视频，因为那是最有趣的部分。对于特拉华纪念项目，这是一个非常激动人心的项目，这是目前最大的项目，我们在2020年完成了这个试点项目。对于这个项目，特拉华河湾管理局（DRBA）提出了这个项目来验证UHPC覆盖层，因为他们知道如果整个桥梁一次性完成，第一次会有很多挑战。所以他们想通过这个项目学到很多东西，我们是成功安装了1000英尺UHPC覆盖层的分包商，覆盖了三个不同部分：悬索跨、桁架跨和梁跨。对于这个项目，总共移除了3.25英寸的桥面，宽度为25.5英尺。这个项目非常成功，我们不得不在8小时轮班内完成90立方码的材料，我想多阐述一下这个项目，但时间不够了。业主非常特别，只能从接缝到接缝到接缝进行，这非常具有挑战性，要在一小时内放置90立方码，我们做到了。项目非常成功，我们很高兴地宣布，我们现在是新项目的成功总承包商，这个项目刚在今年初授标，这将是美国最大的UHPC放置项目。

特拉华纪念大桥 - 北向结构 2022-2023

这是一个7100万美元的项目，将分三个阶段完成，我们将在2022年劳动节启动，你将会有大约4700立方码的UHPC，这可能比行业一年的总量还多。这是一个2英寸的覆盖层，做了一些调整，中心线接缝更加简化，我们利用了第一阶段的经验教训，特别是你会看到我们如何混合、运输和放置材料会有一些调整，我们对此非常兴奋，我们正在计划尽量减少所有风险，所以请关注这个项目。

瑞士瓦莱州里德斯高架桥

我将简要谈谈我的瑞士同事完成的另一个项目，这个项目在2021年完成，是一个2500万瑞士法郎的项目。这是瑞士南部的一个高架桥，对于这个项目，总共放置了2200立方码的UHPC。你们会在图片中看到现场配料，施工方法与我们在北美做的略有不同，材料被装进小车运到现场，放置在铺路机前，然后用挖掘机的铲斗放置在铺路机前。这就是我有的幻灯片，我还有几段视频，可以在之后展示。

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