超高性能混凝土在橋梁工程的應用
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摘要：超高性能混凝土是一種新型水泥基材料，憑借優異的力學性能和耐久性能受到了廣泛關注。基于此，分析了超高性能混凝土的研發情況，具體探討了其制備方法以及在橋梁工程中的應用優越性，并結合工程實例探討了超高性能混凝土的實際應用情況，經過實踐證明：其性能優良，能夠有效延長橋梁的使用壽命。
關鍵詞：UHPC；橋梁工程；混凝土配比
1超高性能混凝土的研發概述
自20世紀以來，世界各國工程建設規模不斷擴大、施工技術持續更新，相應的工程結構一直朝著更高、更長、更深的方向發展，由此對施工材料也不斷提出新的要求。如今，世界各國關于超高性能混凝土的研究依舊在持續進行，2004年UHPC國際會議上提出，UHPC雖命名為混凝土材料，但是依舊可以認為是一種新型水泥基建筑材料。我國自20世紀90年代開始進行UHPC研究，已經出臺了國家標準《活性粉末混凝土》（GB/T31387—2015），中國公路學會《活性粉末混凝土組合橋面結構技術指南》已形成征求意見稿。在今后相當長的一段時間內我國工程建設規模將持續擴大，同時對節能減排、防治污染等要求也在不斷提高，由此UHPC具有廣闊的發展前景，本文主要針對超高性能混凝土在橋梁中的應用展開分析[1]。
2超高性能混凝土的制備與應用優越性
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，主要體現在以下幾個方面：（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）無粗集料。根據上述區別，在UHPC制備時需做好以下幾項工作：（1）優化材料配比，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最大限度地減小水膠比；（3）UHPC水膠比小、摻有鋼纖維（易結團），料漿制備時必須要保證各組分混合均勻，對此需控制好投料順序、攪拌時間；（4）UHPC澆筑宜選用振動平臺，不宜采用振搗棒振搗，以免影響纖維排列方向，導致混凝土抗拉性能下降，同時宜采用高溫高壓養護方法。
2.2超高性能混凝土的應用優越性
超高性能混凝土性能優越，如：抗壓/抗拉強度好、體積穩定性以及耐久性好，十分適用于橋梁領域，尤其是預應力橋梁，具體可將其應用優越性歸納如下：（1）UHPC抗壓強度大，可增大橋梁承載能力、減小變形；（2）UHPC抗折強度大，能使橋梁承受較大的彎曲、拉力，甚至開裂后依舊具有較好的抗拉能力；（3）UHPC變形性能、斷裂韌性好，橋梁結構整體抗震性能好；（4）UHPC收縮、徐變變形較大，可減小預應力損失；（5）UHPC耐久性好，能夠使橋梁更好地適應惡劣環境，延長使用壽命。綜上，將UHPC應用于橋梁工程中，可有效減少材料用量、減小橋梁結構自重、增大橋梁跨度，切實保證橋梁運行安全性、可靠性，獲得更大的社會經濟效益。
3超高性能混凝土在橋梁工程中的應用實例
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、預應力混凝土箱梁，主跨側距橋塔中心線8.75m位置是鋼混結合段。
3.2混凝土施工方案
本項目邊跨混凝土梁施工采用滿堂支架現澆的方法，根據相關資料調查與施工現場勘測可得，橋位處水流速度達到了5~6m/s，無法采取水路運輸或是搭設棧橋的方法，對此鋼箱梁采取現場組拼+纜索吊吊裝的施工方案。本次施工中如何確保鋼混結合段受力可靠是一大關鍵點，也是一大難點，設計階段主要考慮此段內腔混凝土采用C55，相應的施工時需對斜拉索進行分階段張拉；施工階段考慮到施工簡化問題，提出斜拉索一次張拉到位，為保證結合段受力決定將原本的C55混凝土替換為強度達100MPa的超高性能混凝土[2]。
3.3超高性能混凝土配比試驗
3.3.1UHPC材料試配
本項目中UHPC在工廠完成混合后，運至施工現場進行加水拌和，現場拌和水膠比為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
施工現場開展混合梁結合段混凝土模型試驗，具體結果見表2、3，基本達到預期目標。
3.4UHPC現場施工
（1）現場拌和
本項目在工程現場商品混凝土站進行UHPC拌和，在砂石料倉加入袋裝UHPC，經調試后確定攪拌時間為5min。1個倉連續攪拌UHPC，總澆筑量、澆筑時間為90m3、16h。每罐攪拌2m3混凝土，下料質量、水分別控制在5t、470kg。
（2）現場澆筑
UHPC無粗集料，極易漏漿，對此澆筑前必須全面檢查模板與鋼箱梁形成的腔室，若發現較大縫隙，及時以土工布塞堵，切實保證澆筑工作的順利開展。現場配備1臺天泵，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振搗。
（3）施工注意事項
施工中應注意以下方面：①UHPC對加水量敏感，需精確計量；②UHPC黏度大，泵送必須連續無中斷；③UHPC坍落度大，模板必須密封嚴實；④UHPC養護要求高，應嚴格做好高溫高壓養護工作。
4結語
綜上所述，超高性能混凝土UHPC性能優良，能滿足橋梁結構跨徑更大、結構尺寸更小的需求，對不良環境適應力強，能有效延長橋梁使用壽命，具有極大的推廣和應用價值。我國目前在超高性能混凝土的研究方面還處于起步階段，今后應不斷總結國內外先進經驗，同時加強UHPC的實踐應用推廣，不斷完善相關應用指南、技術標準，為工程作業提供可靠指導，切實保證橋梁工程事業的不斷進步與發展。
參考文獻：
[1]張云升，張文華，陳振宇.綜論超高性能混凝土：設計制備•微觀結構•力學與耐久性•工程應用[J].材料導報，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性能及微結構試驗[J].大連海事大學學報，2017，43（2）：123-128.
作者:張海林 單位:山西省晉中路橋建設集團有限公司
