超高性能混凝土在橋梁工程的應(yīng)用
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摘要：超高性能混凝土是一種新型水泥基材料，憑借優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能受到了廣泛關(guān)注。基于此，分析了超高性能混凝土的研發(fā)情況，具體探討了其制備方法以及在橋梁工程中的應(yīng)用優(yōu)越性，并結(jié)合工程實(shí)例探討了超高性能混凝土的實(shí)際應(yīng)用情況，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明：其性能優(yōu)良，能夠有效延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。
關(guān)鍵詞：UHPC；橋梁工程；混凝土配比
1超高性能混凝土的研發(fā)概述
自20世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、施工技術(shù)持續(xù)更新，相應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)一直朝著更高、更長(zhǎng)、更深的方向發(fā)展，由此對(duì)施工材料也不斷提出新的要求。如今，世界各國(guó)關(guān)于超高性能混凝土的研究依舊在持續(xù)進(jìn)行，2004年UHPC國(guó)際會(huì)議上提出，UHPC雖命名為混凝土材料，但是依舊可以認(rèn)為是一種新型水泥基建筑材料。我國(guó)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行UHPC研究，已經(jīng)出臺(tái)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（GB/T31387—2015），中國(guó)公路學(xué)會(huì)《活性粉末混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)指南》已形成征求意見(jiàn)稿。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)對(duì)節(jié)能減排、防治污染等要求也在不斷提高，由此UHPC具有廣闊的發(fā)展前景，本文主要針對(duì)超高性能混凝土在橋梁中的應(yīng)用展開(kāi)分析[1]。
2超高性能混凝土的制備與應(yīng)用優(yōu)越性
2.1超高性能混凝土的制備
與普通混凝土相比，超高性能混凝土的組成和配置方法均有所不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）超低水膠比；（2）添加高活性火山灰摻和料、鋼纖維、高效減水劑；（3）無(wú)粗集料。根據(jù)上述區(qū)別，在UHPC制備時(shí)需做好以下幾項(xiàng)工作：（1）優(yōu)化材料配比，剔除粒徑＞1mm的粗骨料，提高堆積密度，減小UHPC孔隙率；（2）選擇與活性組分相容性較好的高效減水劑，在保證材料工作性能的同時(shí)最大限度地減小水膠比；（3）UHPC水膠比小、摻有鋼纖維（易結(jié)團(tuán)），料漿制備時(shí)必須要保證各組分混合均勻，對(duì)此需控制好投料順序、攪拌時(shí)間；（4）UHPC澆筑宜選用振動(dòng)平臺(tái)，不宜采用振搗棒振搗，以免影響纖維排列方向，導(dǎo)致混凝土抗拉性能下降，同時(shí)宜采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)方法。
2.2超高性能混凝土的應(yīng)用優(yōu)越性
超高性能混凝土性能優(yōu)越，如：抗壓/抗拉強(qiáng)度好、體積穩(wěn)定性以及耐久性好，十分適用于橋梁領(lǐng)域，尤其是預(yù)應(yīng)力橋梁，具體可將其應(yīng)用優(yōu)越性歸納如下：（1）UHPC抗壓強(qiáng)度大，可增大橋梁承載能力、減小變形；（2）UHPC抗折強(qiáng)度大，能使橋梁承受較大的彎曲、拉力，甚至開(kāi)裂后依舊具有較好的抗拉能力；（3）UHPC變形性能、斷裂韌性好，橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能好；（4）UHPC收縮、徐變變形較大，可減小預(yù)應(yīng)力損失；（5）UHPC耐久性好，能夠使橋梁更好地適應(yīng)惡劣環(huán)境，延長(zhǎng)使用壽命。綜上，將UHPC應(yīng)用于橋梁工程中，可有效減少材料用量、減小橋梁結(jié)構(gòu)自重、增大橋梁跨度，切實(shí)保證橋梁運(yùn)行安全性、可靠性，獲得更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
3超高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用實(shí)例
3.1工程概況
某混合梁斜拉橋，跨徑為81m+175m，橋面寬度為32m。該橋梁工程中，鋼筋混凝土橋塔高度為70m，斜拉索采用平行鋼絲體系，其中主梁為混合梁，主跨、邊跨分別為鋼箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主跨側(cè)距橋塔中心線8.75m位置是鋼混結(jié)合段。
3.2混凝土施工方案
本項(xiàng)目邊跨混凝土梁施工采用滿堂支架現(xiàn)澆的方法，根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查與施工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)可得，橋位處水流速度達(dá)到了5~6m/s，無(wú)法采取水路運(yùn)輸或是搭設(shè)棧橋的方法，對(duì)此鋼箱梁采取現(xiàn)場(chǎng)組拼+纜索吊吊裝的施工方案。本次施工中如何確保鋼混結(jié)合段受力可靠是一大關(guān)鍵點(diǎn)，也是一大難點(diǎn)，設(shè)計(jì)階段主要考慮此段內(nèi)腔混凝土采用C55，相應(yīng)的施工時(shí)需對(duì)斜拉索進(jìn)行分階段張拉；施工階段考慮到施工簡(jiǎn)化問(wèn)題，提出斜拉索一次張拉到位，為保證結(jié)合段受力決定將原本的C55混凝土替換為強(qiáng)度達(dá)100MPa的超高性能混凝土[2]。
3.3超高性能混凝土配比試驗(yàn)
3.3.1UHPC材料試配
本項(xiàng)目中UHPC在工廠完成混合后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加水拌和，現(xiàn)場(chǎng)拌和水膠比為0.18~0.20，用水量9.5%，試件尺寸為100mm3的正方體。
3.3.2模型試驗(yàn)
施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展混合梁結(jié)合段混凝土模型試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)表2、3，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
3.4UHPC現(xiàn)場(chǎng)施工
（1）現(xiàn)場(chǎng)拌和
本項(xiàng)目在工程現(xiàn)場(chǎng)商品混凝土站進(jìn)行UHPC拌和，在砂石料倉(cāng)加入袋裝UHPC，經(jīng)調(diào)試后確定攪拌時(shí)間為5min。1個(gè)倉(cāng)連續(xù)攪拌UHPC，總澆筑量、澆筑時(shí)間為90m3、16h。每罐攪拌2m3混凝土，下料質(zhì)量、水分別控制在5t、470kg。
（2）現(xiàn)場(chǎng)澆筑
UHPC無(wú)粗集料，極易漏漿，對(duì)此澆筑前必須全面檢查模板與鋼箱梁形成的腔室，若發(fā)現(xiàn)較大縫隙，及時(shí)以土工布塞堵，切實(shí)保證澆筑工作的順利開(kāi)展。現(xiàn)場(chǎng)配備1臺(tái)天泵，按“先底板C55普通混凝土、后UHPC”順序澆筑，兩種混凝土交界位置加強(qiáng)振搗。
（3）施工注意事項(xiàng)
施工中應(yīng)注意以下方面：①UHPC對(duì)加水量敏感，需精確計(jì)量；②UHPC黏度大，泵送必須連續(xù)無(wú)中斷；③UHPC坍落度大，模板必須密封嚴(yán)實(shí)；④UHPC養(yǎng)護(hù)要求高，應(yīng)嚴(yán)格做好高溫高壓養(yǎng)護(hù)工作。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，超高性能混凝土UHPC性能優(yōu)良，能滿足橋梁結(jié)構(gòu)跨徑更大、結(jié)構(gòu)尺寸更小的需求，對(duì)不良環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，能有效延長(zhǎng)橋梁使用壽命，具有極大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)目前在超高性能混凝土的研究方面還處于起步階段，今后應(yīng)不斷總結(jié)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)加強(qiáng)UHPC的實(shí)踐應(yīng)用推廣，不斷完善相關(guān)應(yīng)用指南、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為工程作業(yè)提供可靠指導(dǎo)，切實(shí)保證橋梁工程事業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]張?jiān)粕瑥埼娜A，陳振宇.綜論超高性能混凝土：設(shè)計(jì)制備•微觀結(jié)構(gòu)•力學(xué)與耐久性•工程應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2017（23）：1-16.
[2]張吉松，趙穎華，蔣治鑫.低水泥用量超高性能混凝土力學(xué)性能及微結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，43（2）：123-128.
作者:張海林 單位:山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司
