超高性能混凝土在新建地面橋梁中的應(yīng)用

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

一、應(yīng)用背景

城市地面橋梁上部結(jié)構(gòu)一般采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的施工工藝，以增強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能，待混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到75%以上時(shí)，再采用后張法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、混凝土小箱梁的施工，以保證工程質(zhì)量。由于預(yù)制小箱梁自身結(jié)構(gòu)大，如跨度較小的橋梁采用小箱梁進(jìn)行施工，在斷面設(shè)計(jì)、吊裝施工過程中會(huì)產(chǎn)生很多困難。即便是小型箱梁結(jié)構(gòu)，其上部的恒載重量和下部的結(jié)構(gòu)蓋梁也比較大，不能很好進(jìn)行預(yù)制裝配設(shè)計(jì)，因此需要采用自重較輕、結(jié)構(gòu)高度低、運(yùn)輸和施工方便的橋梁結(jié)構(gòu)。

超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC，具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度三大優(yōu)勢(shì)，是一種由高性能、高強(qiáng)度基體和纖維組成的新型復(fù)合材料。較傳統(tǒng)混凝土而言，具有更高的抗拉強(qiáng)度（＞5MPa）、抗壓強(qiáng)度（＞150MPa）以及彈性模量（＞40GPA）。超高性能混凝土主要由波蘭特水泥、細(xì)集料、硅灰、填料、高效減水劑、鋼纖維、水等材料組成。隨著超高性能混凝土的普及，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于中小型地面橋梁建設(shè)。

二、超高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）超高性能混凝土能滿足施工要求

超高性能混凝土（UHPC）不同于傳統(tǒng)的高性能混凝土（HPC）、高強(qiáng)混凝土（HSC）、鋼纖維混凝土（SFRC），它是一種具有全新本構(gòu)關(guān)系、各項(xiàng)性能指標(biāo)明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用壽命較長(zhǎng)的新型水泥結(jié)構(gòu)材料，且施工材料成本不高，施工方式簡(jiǎn)單，具有很高的經(jīng)濟(jì)適用性，能夠滿足地面橋梁的施工要求，且能提高施工效率和施工質(zhì)量，有效縮短施工周期。

（二）超高性能混凝土能提升橋梁跨度

互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起以及物品流轉(zhuǎn)速度的不斷加快，對(duì)城市交通帶來巨大的影響，需要修建更多的地面橋梁來緩解交通壓力。超高性能混凝土強(qiáng)度高、自重輕，可以在結(jié)構(gòu)高度較小的情況下，盡可能提升橋梁的跨度，減輕城市交通壓力。當(dāng)前，不僅在城市橋梁建設(shè)中，在我國一些跨河、跨江、跨海大橋施工建設(shè)中，也開始廣泛使用超高性能混凝土來增強(qiáng)橋梁的強(qiáng)度、剛度。

（三）超高性能混凝土能延長(zhǎng)橋梁使用年限

超高性能混凝土除了具有較高的剛度、強(qiáng)度及耐久性外，還具有較高的自愈能力。超高性能混凝土中添加了短細(xì)的鋼纖維物質(zhì)，這種物質(zhì)孔隙度比較小，能夠有效防止材料的氧化腐蝕。當(dāng)超高性能混凝土遭到腐蝕破壞，空氣中的濕度水化與超高性能混凝土材料反應(yīng)時(shí)，依然能夠保持初始強(qiáng)度，甚至在一些極端環(huán)境中也能持續(xù)使用，延長(zhǎng)橋梁的使用年限。超高性能混凝土高耐久性指標(biāo)如表1所示。

表1.超高性能混凝土高耐久性指標(biāo)

三、超高性能混凝土在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用

（一）在裝配式橋梁中的應(yīng)用

使用超高性能混凝土預(yù)制裝配式超高性能混凝土板材，在世界范圍內(nèi)都得到很好的應(yīng)用，例如美國新建的某裝配式橋梁，就使用的是預(yù)制的超高性能混凝土肋板，然后采用鉸縫施工方式，將超高性能混凝土肋板和露出的鋼筋連接成一個(gè)整體。目前，裝配式超高性能混凝土橋梁截面形式多樣，主要有I形、T形和π形等。美國新建的某裝配式橋梁，其主體建筑總共使用了3塊T形梁，橋梁高度1.14m，跨徑達(dá)到33.5m，與普通混凝土制成的T形梁相比，其梁高比普通混凝土制成的T形梁低一半。采用超高性能混凝土預(yù)制裝配式超高性能混凝土板材，能夠有效減少施工工作量和施工材料，增強(qiáng)橋梁的跨越能力，保證工程質(zhì)量。雖然一次投入成本較高，但建成的橋梁使用壽命長(zhǎng)，剛度、強(qiáng)度更高，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。

（二）在拱橋中的應(yīng)用

韓國首爾新建的一座主跨長(zhǎng)度為120m的拱橋，橋梁的主體結(jié)構(gòu)使用超高性能混凝土高度為1.3m、寬度為4.3m的π形橋梁截面，施工時(shí)翼緣板的厚度為3cm，張拉橫向預(yù)應(yīng)力。施工時(shí)腹板的厚度為16cm，另外要留出施工的預(yù)應(yīng)力孔。橋梁的連接方式為張拉預(yù)應(yīng)力。施工完成后，進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，超高性能混凝土橋梁的施工厚度低于普通混凝土施工厚度，且收縮徐變小，抗壓強(qiáng)度更高，是一種綜合性能非常好的主拱圈施工材料。

（三）在斜拉橋中的應(yīng)用

上海市修建一座連接辦公樓的人行斜拉橋時(shí)，也使用了超高性能混凝土材料，橋板厚度為7cm，如果使用普通混凝土進(jìn)行施工，橋板厚度要達(dá)到18cm。超高性能混凝土的綜合性能比較好，可以根據(jù)其特點(diǎn)適當(dāng)減少施工厚度，節(jié)約施工成本。

四、施工控制要點(diǎn)

（一）避免鋼纖維結(jié)團(tuán)

鋼纖維是超高性能混凝土的重要原料之一，也是其韌性的主要來源。在施工過程中，如果攪拌方式不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致鋼纖維結(jié)團(tuán)，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，使得澆筑施工時(shí)澆筑面凹凸不平，影響超高性能混凝土的綜合性能。因此，要采用一些施工控制措施：在拌制超高性能混凝土?xí)r，干拌和濕拌一定要分離，以保證鋼纖維的均勻性；干拌料要避免受潮，保證拌料質(zhì)量；選擇專業(yè)的濕拌設(shè)備，確保拌和均勻；加強(qiáng)拌和前、拌和中、拌和后的質(zhì)量檢查。

（二）避免超高性能混凝土收縮開裂

為避免由超高性能混凝土表面水分不正常流失導(dǎo)致的收縮開裂，一定要進(jìn)行施工控制：混凝土澆筑施工應(yīng)該在太陽光較弱且溫度適宜的狀況下進(jìn)行，避免日照和強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致混凝土表面水分流失過快；混凝土攤鋪施工后，應(yīng)及時(shí)收面并進(jìn)行覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)時(shí)要配置工作平臺(tái)車，以便及時(shí)處理問題；混凝土終凝后，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)，避免施工后收縮開裂。

五、結(jié)語

超高性能混凝土材料應(yīng)用于橋梁施工中，可以使橋梁結(jié)構(gòu)薄壁化、輕型化、多樣化，能夠顯著提高橋梁的抗疲勞、抗震性能，而且施工簡(jiǎn)便也容易養(yǎng)護(hù)，符合城市地面橋梁美觀、低碳環(huán)保、施工快速等要求，值得進(jìn)一步研究推廣。