【创新进行时】超高性能混凝土栈桥板：革新传统建材、开启桥梁工程新纪元

“桥隧发展科技创新大会”是由《桥梁》杂志社主办的年度行业盛会，旨在为相关从业人员搭建一个传播理念、探讨技术、弘扬文化的交流平台。作为大会品牌活动，“桥隧技术及产品创新大赛”已成功举办九届，累计展示千余项创新成果，已成为行业内的标杆赛事。

为了更好地推广大赛成果，《桥梁》杂志推出“创新进行时”栏目，栏目将持续更新往届创新大赛参赛成果，旨在为创新企业提供一个展示的平台。希望“创新进行时”栏目能获得大家的关注，也欢迎各相关单位踊跃申报第十届桥隧技术及产品创新大赛。

今天为大家带来的是第九届桥隧技术及产品创新大赛“组委会特别推荐奖”的成果“超高性能混凝土栈桥板：革新传统建材、开启桥梁工程新纪元”。

传统栈桥板的痛点与行业挑战

随着城市化进程的持续推进以及基础设施建设项目的大量开展，栈桥板在施工栈桥领域发挥着重要作用。按材料分类，常用栈桥板有混凝土栈桥板和钢栈桥板。虽然，当前应用的混凝土栈桥板和钢栈桥板在一定程度上满足工程需求，但在实际使用中暴露出诸多不足。主要体现在以下几方面：

一、结构性能方面

（1）混凝土栈桥板：脆性大、自重大、耐久性差

传统混凝土栈桥板普遍采用C50-C60普通混凝土，其抗压强度仅为30~50MPa，抗拉强度不足5MPa，脆性显著，在长期承受施工车辆、设备等重载和温度作用下，极易产生裂缝。裂缝不仅有损外观，更严重削弱其承载能力。一旦裂缝形成，外界的水分、侵蚀性介质（如氯离子）会顺着裂缝渗入，加速钢筋的锈蚀。相关实验数据显示，当混凝土内部钢筋锈蚀率达到10%时，其承载能力下降约20%，与此同时，混凝土保护层剥落，极大缩短栈桥板的使用寿命。此外，其容重高2400kg/m³左右，导致运输与安装成本增加30%以上，且对下部结构承载能力提出更高要求。

（2）钢栈桥板：腐蚀敏感、维护成本高、变形大、整体性差

钢栈桥板虽具有轻量化（容重约7850kg/m³）与高延展性优势，但在潮湿、盐雾环境中腐蚀速率可达0.1~0.2mm/年，需每2年进行防腐涂层维护，全生命周期维护成本占总投资的40%以上。例如，某沿海港口钢栈桥因氯盐侵蚀，使用10年后承载能力下降45%，被迫提前更换。此外，相比混凝土结构，相同跨度和荷载作用下，钢栈桥板的变形量是混凝土栈桥板的1.5~2倍，这意味着在承受施工车辆等荷载时，钢栈桥板会产生较大的变形，影响车辆行驶的舒适性和安全性；并且，较大的变形可能导致栈桥板连接部位松动，进一步降低结构的整体稳定性。

二、安装方面

混凝土栈桥板和钢栈桥板均存在安装效率问题。对于混凝土栈桥板，在安装过程中，由于其尺寸和重量较大，需要大型起重设备进行吊运安装。起重设备的调运、组装和操作需要专业人员，且设备租赁成本高。同时，在安装过程中，栈桥板之间的连接也较为复杂，工作耗时较长，导致整个栈桥的安装效率低下。对于钢栈桥板，虽然单个构件相对混凝土栈桥板较轻，但构件数量多，安装过程中需要逐一进行拼接和固定。而且，为保证结构的整体性，连接部位的螺栓紧固或焊接工作都需要花费大量时间，导致安装效率也难以大幅提升。此外，钢栈桥板安装对场地条件要求较高，需要较为平整坚实的场地进行构件的堆放和组装，在一些地形复杂的施工场地，安装难度和时间会进一步增加。

三、经济成本方面

混凝土栈桥板和钢栈桥板初始投资和维护成本均高。

（1）混凝土栈桥板

初始投资：从材料成本来看，普通混凝土栈桥板材料本身价格相对较低，但由于其耐久性不足，在设计使用寿命内可能需要多次维修和更换，总体成本较高。而且，为了保证在施工期间的结构安全，往往需要增加钢筋用量和混凝土厚度，这也增加了材料成本。施工成本方面，复杂的施工工艺和较长的施工周期导致人工成本、设备租赁成本等增加。

维护：普通混凝土栈桥板容易出现裂缝、钢筋锈蚀等病害，需要定期进行检查、维修和养护。维修工作包括裂缝修补、钢筋防锈处理、混凝土表面防护等，这些工作不仅需要投入大量的人力、物力，而且在维修期间可能需要中断栈桥的使用，影响施工进度，间接造成经济损失。

（2）钢栈桥板

初始投资：钢材价格相对较高，使得钢栈桥板的材料成本比混凝土栈桥板要高。以当前市场价格为例，钢材价格约为普通混凝土材料价格的3~5倍。而且，钢栈桥板的加工制作需要专业设备和工艺，进一步增加了成本。在安装过程中，由于对安装精度和专业人员要求高，人工成本和设备租赁成本也较高。此外，为了保证钢栈桥板的耐久性，需要进行防腐处理，这也增加了额外的成本投入。

维护：钢栈桥板需要定期进行防腐维护，包括表面除锈、重新涂装等工作。防腐维护工作需要专业设备和材料，成本较高。而且，随着使用年限的增加，钢材的锈蚀情况可能会逐渐加重，维护频率和成本也会相应提高。

四、环保与噪音方面

传统材料的生产与维护过程产生显著环境负担：每立方米普通混凝土排放约300kgCO₂，而钢材生产的碳排放强度高达1.85tCO₂/t。

噪音污染：钢栈桥板安装过程中，钢材的吊运、拼接以及螺栓紧固等操作会产生较大噪音，可达70~90dB。而且，在使用过程中，车辆行驶在钢栈桥板上会产生较大的噪音和振动，对周边环境影响较大。

超高性能混凝土（UHPC）

栈桥板的研发

超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC）系指抗压强度在120MPa以上，具有超高韧性、超强耐久性的水泥基复合材料。它是一种革命性的新型水泥基复合材料，基于颗粒最紧密堆积理论，实现了超凡的机械性能与耐久性能，在工程建设中具有巨大的潜力与价值。随着“西部大开发”与“一带一路”等重大国家战略的推进，针对目前传统栈桥板存在的痛点和行业面临的挑战，充分发挥超高性能混凝土的优异性能，将超高性能混凝土应用于栈桥板，开发一种超高性能混凝土新型栈桥板为大势所趋。

图1 UHPC栈桥板研发技术思路

超高性能混凝土栈桥板采用理论分析、试验研究与数值计算三者相结合的技术手段，从材料层次、构件层次及结构层次逐步深入，力求获取性能优异的新型栈桥板。其研发思路详见图1。根据不同的应用场景需求，超高性能混凝土栈桥板截面形式、配筋等设计优化，动态设计与调整超高性能混凝土配合比，超高性能混凝土性能验证，超高性能混凝土栈桥板性能评估与应用等。

图2为某应用场景下设计优化后的超高性能混凝土栈桥板，板厚仅为100mm且空心率18%左右，拟通过模拟实际车辆荷载情况条件研究该板的承载能力，为此进行了2种工况下静力加载试验。对比设计要求和试验结果，UHPC栈桥板展现出优异的性能。

图2 UHPC栈桥板承载力测试

图3为超高性能混凝土栈桥板的有限元分析模型和分析结果节选。基于静力加载试验获得数据，建立UHPC栈桥板有限元分析模型，并验证该有限元分析模型的准确性；同时，基于验证的有限元模型对静力加载试验进行补充和扩展，辅助结构设计和优化。

图3 UHPC栈桥板有限元分析

有限元分析和静力加载试验协同作用，结合相关标准和要求，对UHPC栈桥板的设计、优化方案可以进行快速评估。

图4为应用于某场景下成型的超高性能混凝土栈桥板实物图。板整体轻质，吊装运输便利。

图4 UHPC栈桥板

超高性能混凝土栈桥板的诞生，实现了：

1.材料性能突破：从“普通”到“超高性能”，以“密实堆积理论”为核心，实现性能跃升；

2.结构设计：轻量化与模块化，即截面优化与空心预制技术，降低单块板重量、提升吊装效率；模块化设计支持快速拼装，缩短施工工期；

3.工艺突破：自密实浇筑与绿色化，形成均匀密实的结构整体，废弃物资源化（以工业废渣（如矿粉、粉煤灰等）取代部分水泥），减少碳排放。

超高性能混凝土（UHPC）

栈桥板核心优势

超高性能混凝土栈桥板是一种采用创新结构设计及全新成型工艺、基于超高性能混凝土制作而成的轻型预制板件。

超高性能混凝土栈桥板具有以下核心优势：

一、结构安全

·抗压强度≥120MPa，抗拉强度≥8MPa，远高于普通混凝土；

·承载能力满足CJJ11-2019《城市桥梁设计规范》、JTG D60-2015《公路桥涵设计通用规范》、JTG 3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求；

·轴向受拉作用下呈现应变硬化的韧性特征，完美避开传统混凝土的脆性特征；

·整体刚度大，不易疲劳开裂，相比钢栈桥板，耐久性优异，使用寿命长；

·同等承载力下的构件尺寸减薄减小或空心设计，结构自重减轻。

二、安装方便

板正面采用吊装与安装固定孔一孔多用技术，侧面使用不锈钢预埋件与滑槽结构设计连接，其拆装仅需桥面作业，避免穿梁越柱，减少施工安全风险，同时减少传统焊疤锈蚀风险，提升整体美观性。通过巧妙的设计，相比传统栈桥板安装，预估可减少施工时间20%～30%。

三、投资收益高

超高性能混凝土栈桥板凭借其卓越的耐久性，显著延长了使用寿命，维护成本低，从而大幅降低企业综合运营成本，减少大规模更换次数、提高周转利用率，投资回报率大幅提升。同时，超高性能混凝土栈桥板的预制化生产与快速安装工艺，极大地提高了施工效率，节省施工成本。

四、运输高效

通过优化结构和提升材料性能，超高性能混凝土栈桥板在保证承载能力的前提下实现了轻量化。与普通混凝土栈桥板和钢栈桥板相比，较大程度地减轻自重。这使得在运输过程中，可使用较小吨位的运输车辆，降低了运输成本。

此外，超高性能混凝土栈桥板采用标准化尺寸设计，便于在运输过程中合理装载和固定。标准化尺寸使得栈桥板能够整齐排列在运输车辆上，提高了车辆的装载效率，减少了运输空间的浪费。

五、存储方便

超高性能混凝土栈桥板具有优异的耐久性，能够在自然环境中长时间存储而不发生性能劣化。其抗渗性、抗侵蚀性和抗裂性能使其在存储期间不受外界环境因素（如雨水侵蚀、阳光暴晒）的影响。

六、环保与舒适

超高性能混凝土栈桥板采用独特的结构设计，具有更好的吸音和隔音性能，车辆与路面的交互反馈良好、有效降低通行噪音，对城市环境更加友好。

结语

超高性能混凝土栈桥板以“高强、轻质、耐久、智能”为核心，通过材料-结构-工艺三重创新，实现了力学性能、耐久性和经济性的全面突破。随着标准体系完善与智能技术融合，超高性能混凝土栈桥板以技术优势筑牢安全底线，以经济优势优化资源配置，以绿色属性响应国家战略，成为交通、港口、市政等领域的必然选择。

作者 / 刘拼

作者单位 / 武汉源锦建材科技有限公司

美编 / 杨冰璨

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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