超韌性混凝土（STC）在鋼架橋上的作用

龐后玲

摘要：目前，國內外鋼材料研究已經進入了全新的階段，并且以橋梁工程為首的施工建設行業(yè)，都廣泛應用了鋼結構。于此同時，我們也發(fā)現(xiàn)了配合鋼結構的混凝土結構常常會出現(xiàn)各種各樣的開裂問題以及破損問題，這些問題的出現(xiàn)，一方面影響了結構的美觀性，另外也影響了結構的力學性能，隨著混凝土結構破損程度的不斷加深，混凝土結構之內的鋼結構也會出現(xiàn)各種各樣的問題。因此，有專家學生研制促了超任性混凝土，該材料的應用，大大提升了結構的穩(wěn)定性，因此受到了廣泛的應用。

關鍵詞：超任性混凝土，鋼架橋，應用，疲勞

相比其他材料來說，水泥混凝土具有取材方便等特點，并且其成本相對較低，同時也能達到較高的抗壓強度，因此是建筑、交通行業(yè)廣泛運用的材料。隨著水泥混凝土材料研究的不斷加深，其抗拉強度較低的弱點制約了建筑規(guī)模以及結構性能的提升。因此，技術人員以混凝土的基本特性為基礎，對其材料理化性質進行調整優(yōu)化，從而研制出超任性混凝土，該材料的應用，對于橋梁建筑行業(yè)起到了顯著的促進作用。

一、超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應用概述

我國蘇通大橋、昂船洲大橋等都是常見的鋼架橋，這些鋼架橋主要存在橋面容易出現(xiàn)疲勞開裂問題，并且也經常出現(xiàn)理清混凝土鋪裝層開裂等病害。在國內外，這兩種病害都有報道，并且這些問題也是目前技術人員重點攻關的問題。

引發(fā)以上病害的原因相對復雜，但是可以肯定一點但是，鋼橋面系局部剛度較低是常見的影響因素。這是由于在反復車載作用下，由于橋面系剛度達不到技術要求，其中的相關構件以及結構會有較大的應力幅，進而導致疲勞損傷的出現(xiàn)，并表現(xiàn)為疲勞開裂。另外，如果鋼橋面上的剛度較低，那么瀝青混凝土鋪設在其上后，那么就會發(fā)生較大的局部拉應力，并導致較大的變形，進而在載車作用下發(fā)生裂縫病害。所以，解決鋼橋面病害的方法就包括提高鋼橋面系局部剛度。

在這一思路的引導下，技術人員提出了將水泥混凝土作為鋼橋面鋪裝層的技術理念，并且有學者研究了密配筋高性能混凝土鋼橋面鋪裝方案，同樣還有技術人員研究了鋼纖維混凝土鋪裝方案，這些技術都能夠有效解決現(xiàn)存的鋼橋問題。但是在實際應用過程中，這些橋梁的鋪裝層同樣出現(xiàn)了開裂的問題。

分析這些技術問題發(fā)現(xiàn)，缺乏施工及管理經驗是原因之一，但是材料抗拉強度較低則是主要的原因。但是局部荷載效應十分顯著，但是兩種材料仍然很難適應鋼橋面中大拉應力的受力狀態(tài)，進而出現(xiàn)開裂問題^[1]。

本文介紹了一種新型水泥基復合材料——超韌性混凝土，以適應鋼橋面中大拉應力的受力狀態(tài)。超韌性混凝土的組成包含水泥、石英砂、石英粉、硅灰、高效減水劑和水，并摻入了大量鋼纖維，同時，對混凝土進行密配筋，以實現(xiàn)抗拉強度與韌性的提高?？梢钥闯?，超韌性混凝土的在組成上繼承了活性粉末混凝土和密配筋混凝土的優(yōu)點，因而具有極高的抗拉強度及韌性。

前期研究結果表明，超韌性混凝土的抗拉強度超過了42MPa。目前超韌性混凝土已成功應用于很多橋梁項目上^[2]。

二、超韌性混凝土（STC）在鋼架橋上的應用案例

某項目主橋鋼橋面鋪裝采用STC超高韌性混凝土鋪裝體系，從上到下依次為磨耗層、粘結層、超高韌性混凝土層、鋼橋面板。

磨耗層采用改性瀝青混凝土SMA10，厚度為30mm，容重取為24kN/m³。

粘結層采用高粘高彈改性瀝青材料。為了增強粘結層與STC板的粘結，先在STC橋面板表面噴酒改性瀝青乳化層，待改性瀝青乳化層完全坡乳及水分蒸發(fā)后，再均勻噴酒高粘高彈改性瀝青材料。

STC超高韌性混凝土層強度等級為STC25，厚度為50mm，容重約為28kN/m3，略大于普通鋼筋混凝土。STC超高韌性混凝土由水泥、礦物摻合料、細集料、鋼纖維和減水劑等材料或由上述材料制成的干混料先加水拌合，再經凝結硬化后形成的一種具有高抗彎強度、高韌性、高耐久性的水泥基復合材料，屬于超高性能混凝土（UHPC）的范疇，其組成部分中沒有粗骨料。STC結構致密，內部孔徑在2～3nm左右，這使得STC的氣體滲透系數(shù)比普通混凝土低1～2個數(shù)量級，吸水性能為普通混凝土的1/13，氯離子滲透系數(shù)分別為普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高。STC材料的抗壓強度可達到160MPa，抗彎拉強度可達到30MPa，極限應變?yōu)楦咝阅芑炷梁推胀ɑ炷恋?～3倍：內部結構致密，孔徑在2～3nm左右，這使故其氣體滲透系數(shù)比普通混凝土低1～2個數(shù)量級，吸水性能為普通混凝土的1/13，氯離子滲透系數(shù)分別為普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高^[3]。

本橋STC鋪裝不設置順橋向接縫，橫向以中央分隔帶為界分成兩幅澆筑，每幅設置三道橫橋向接縫。由于接縫處STC中的鋼纖維不連續(xù)，抗裂強度將被削弱，故需要對接縫處做強化處理，本橋采用S形加強鋼板，厚度為10mm。

三、某超韌性混凝土（STC）在鋼架橋上的應用項目實橋檢測結果

某橋梁自從建成以來，經過多次維修，其中包括兩次大修，過去嘗試的很多鋪裝方案都很難達到理想的維修下溝，并且結構問題得不到有效解決，所以提出采用先進材料的方式，以期解決該橋梁的結構問題。

某橋梁屬于正交異性鋼橋面-薄層超任性混凝土組合橋面結構。通過檢測發(fā)現(xiàn)，該橋面系在不同鋪裝狀態(tài)下的受力情況如下：

通過檢測報告得知，新型組合橋面結構相比原理清混凝土鋪裝狀態(tài)，其面板以及鋼橋面縱肋的應力參數(shù)以及局部撓度參數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降變化。其中，縱肋構件縱橋的應力處于均勻且明顯的下降狀態(tài)，其應力降低幅度甚至能夠達到80%，面板橫向應力同樣表現(xiàn)出了均勻且明顯的下降趨勢，其平均應力管理降低幅度更高，能夠達到92%，另外，我們發(fā)現(xiàn)縱肋以及面板的局部同樣表現(xiàn)出十分均勻的下擾降幅，其平均下降幅度能夠達到81%。

由此可見，超韌性混凝土的應用，在提高鋼橋面局部剛度等方面有著顯著的作用，具體表現(xiàn)為有效降低結構應力，延長結構使用壽命，并且被檢驗工作涉及的項目已經運營多年，且處于良好的運營狀態(tài)。

四、總結

本文對于超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應用的發(fā)展概述進行了簡要的探討，明確了不同技術之間的區(qū)別，并介紹了超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應用的具體施工流程，進而為后續(xù)應用提供了參考和借鑒。同時我們也對實際項目的檢測結果進行了分析，發(fā)現(xiàn)超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應用，在提高鋼橋面局部剛度等方面有著顯著的作用，具體表現(xiàn)為有效降低結構應力。所以超韌性混凝土（STC）可以廣泛應用在橋梁設計施工中，但是為了充分發(fā)揮這一材料的特性，則需要進一步的研究與分析，總結更多的施工資料。

參考文獻：

[1]盛捷.大跨度斜拉橋輕型組合橋面方案設計與仿真分析[J].交通科技，2018（04）：66-69.

[2]湯明.雙塔單索面大懸臂鋼-STC組合橋面斜拉橋受力性能的研究[J].公路，2018，63（07）：216-221.

[3]姚登科. 輕型組合橋面結構自錨式懸索橋靜力行為分析[D].西南交通大學，2016.