超高性能混凝土在公路工程的應(yīng)用分析

楊玲玲

摘 要：本文簡單介紹超高性能混凝土，并分別從鄉(xiāng)村改建項目以及鋼纖維應(yīng)用兩個角度分析此類混凝土的應(yīng)用情況，前者從公路主體、節(jié)段預(yù)制、跨徑及實例展開，后者以實驗的長度、厚度入手。

關(guān)鍵詞：UHPC;公路;梁

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

0 引言

在公路橋梁項目中，板橋以T型、箱型為主，應(yīng)用比率在九成左右。以項目設(shè)計的層面來看，因為常規(guī)混凝土在功能上的制約，使得公路的規(guī)格偏大，重量至少達到建筑整體的九成，使得外觀有一種笨重感。并且常年應(yīng)用，病害問題偏多，而材料自身導致的結(jié)構(gòu)損傷便是其中的主要一項。但UHPC的應(yīng)用，使得結(jié)構(gòu)體積減小，如果加入適量的纖維，會增強結(jié)構(gòu)本身的抗拉能力。

1 超高性能混凝土

混凝土材料出現(xiàn)初期，其抗壓性能一般可以達到40 MPa

左右，在抵抗拉力方面的能力較低。而通過有關(guān)學者對該使用材料的養(yǎng)護手段及成型要求等多項因素的分析，逐漸改良混凝土，多種新型的混凝土理念“紛至沓來”。此類超高性能的混凝土材料，其的抗壓性通常會高于100 MPa，凝固前后的體積變化相對縮小，有較強的滲透效果，以及其他多種應(yīng)用優(yōu)勢。和常規(guī)混凝土相較，其的超高性能體現(xiàn)在：其一，去除粗骨科材料，使材料內(nèi)該類原料分布均勻;其二，提高細骨科材料的質(zhì)量，讓其貫穿于混凝土的所有角落，提高材料的密實性;其三，加入硅粉及玻璃粉等類似的原料，保障微粉的填充效果，同時借助化學的處理手段，控制孔隙量，以改善材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu);其四，借助纖維優(yōu)化混凝土延性。

2 超高性能混凝土在公路項目中的應(yīng)用

2.1 鄉(xiāng)村改建

以鄉(xiāng)村改建公路為例，分析UHPC的應(yīng)用效果。鄉(xiāng)村公路普遍的病害主要有三個方面。首先，上部結(jié)構(gòu)中，公路主體已經(jīng)出現(xiàn)大量的裂縫，由于長期的荷載、結(jié)構(gòu)內(nèi)部、溫度變化、外力影響而形成。原有的混凝土材料已經(jīng)出現(xiàn)碳化反應(yīng)，鋼筋生銹。其次，下部結(jié)構(gòu)中的混凝土也由于荷載、撞擊等形成質(zhì)量問題。另外，由于該項目為公路橋梁式的結(jié)構(gòu)，下部構(gòu)件會受到流水侵擾，地基被破壞。最后，公路的附屬部分，路面、防護欄等需要整改。

2.1.1 公路主體

考慮到鄉(xiāng)村公路橋梁的施工規(guī)模偏大，而資金投入相對偏少的問題，可利用僅改動公路主體的方式解決，延長公路使用壽命的同時，控制項目造價。面對原有下部結(jié)構(gòu)無問題，且荷載能力基本可以達到交通需要的項目時，便可應(yīng)用此種UHPC的梁體。以路面寬度為10 m，跨徑約為16 m的公路為例，分析預(yù)應(yīng)力空心板與UHPC+NC的應(yīng)用情況，前者的梁高是85+15 cm，后者則為62+15 cm;應(yīng)用的梁片量，前者為四個，后者是六個;單個梁的重量，前者超過23 t，后者僅有5.5 t左右;單孔的重量，前者超過150 t，后者卻不足100 t;前者的恒載比例為100%，后者略高于60%。綜合來看，應(yīng)用UHPC的梁體性能更好。

2.1.2 節(jié)段預(yù)制

鄉(xiāng)村公路的作用是供當?shù)厝罕姷霓r(nóng)用機械以及小型汽車使用，所以路面的寬度相對偏小，導致彎道半徑小，如果用規(guī)格的汽車及施工機械，行駛較難。所以可應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件及現(xiàn)澆的處理方式。UHPC應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場交通情況，實施節(jié)段預(yù)制，合理設(shè)置各段的長度。施工時，把構(gòu)件運至現(xiàn)場后，直接組裝。此種施工設(shè)計方式，可解決大型設(shè)備無法使用、鄉(xiāng)村運輸實況不適宜的問題，以保證公路橋梁最終的質(zhì)量。

2.1.3 增加跨徑

鄉(xiāng)村的公路橋梁，其建設(shè)的目的是滿足當?shù)厝罕姷某鲂行枰Ｔ谑┕て陂g，設(shè)計師個人能力有限，可能會在河水及有關(guān)災(zāi)害上地判斷有誤，導致公路下部出現(xiàn)嚴重的損害，荷載能力大幅下降。此外，立足于水中的工程，會提高施工的難度，相應(yīng)的造價也會隨之增加。常規(guī)大跨徑工程中，可能會有幾個普遍性的問題，首先，應(yīng)用大型的施工機械，但鄉(xiāng)村項目中無法達到;其次，常規(guī)混凝土框架的自重偏高，所以，要求使用的施工處理技術(shù)標準更高;最后，不具備規(guī)?；奶攸c，使得單位造價過高。使用UHPC應(yīng)當是鄉(xiāng)村公路項目中比較適宜的選擇。將其和小箱梁對比，在路面寬度為12.5 m，跨徑達到30 m的工程中，前者的梁高為150+20 cm，使用的梁片量為6個，單個梁體的重量是31 t左右，材料運輸長度僅為6 m，單孔重量在370 t左右。反觀前者，梁高是160+10 cm，梁片量是四個，單梁分成中梁和邊梁兩類，中梁在94 t左右，邊梁在100 t左右，運輸長度最值為30 m，而單孔的重量超過420 t。超高性能的混凝土屬于基礎(chǔ)性的施工材料，應(yīng)用于鄉(xiāng)村公路項目中，均呈現(xiàn)出重量小、工期短、污染小等優(yōu)點。后續(xù)運維階段中，可減少養(yǎng)護的投入量，并能保證相對較長的應(yīng)用周期[1]。

2.1.4 實例分析

溪東橋公路橋梁項目中，其設(shè)計的施工方案是在原有建筑上游距離4 m的位置另建一座橋，采用工字梁，高度為0.9 m，單梁的周邊總量不足16 t。該公路橋梁工程建設(shè)期間，因為此路段較為偏遠，公路實際的交通水平偏低，無法使用大型的車輛機械。同時，因為公路主體建設(shè)的規(guī)模偏小，而附近無與之匹配的成品構(gòu)件，導致不得不建起制作構(gòu)件的場地，此外，吊裝操作難度較大。為使得該項目保質(zhì)保量建成，通過多方探討，選用UHPC材料制作構(gòu)件，高度降至不足65 cm，重量僅有5.5 t，公路的整體結(jié)構(gòu)施工高度僅為84 cm，切實解決實際問題。

2.2 鋼纖維應(yīng)用

2.2.1 長度

在確定加鋪層厚度的前提下，其數(shù)值為8 cm，相應(yīng)的跨徑達到10 m，分析不同長度的公路模型向應(yīng)力情況。從模型應(yīng)力整體的變化趨勢來看，鋪裝面的長度和應(yīng)力呈反向變動。長度處于偏小的狀態(tài)時，應(yīng)力的變化值較為顯著。而在長度超過0.5 m后，長度持續(xù)延長，但應(yīng)力的變化值已經(jīng)逐漸放緩。在長度正好是0.5 m時，加鋪層該項指標遠不及鋼纖維。而在作業(yè)面延長的同時，項目造價也在持續(xù)增加，因此，綜合各項考量，長度應(yīng)當確定在0.5 m。如果跨徑增加到20 m，長度與應(yīng)力指標的關(guān)系與上一種相同，但最佳的長度變成0.75 m?？鐝皆俅卧黾?0 m后，最佳長度也隨之提高至100 m。由此能夠清楚得出，跨徑和作業(yè)層的長度同向變動。

2.2.2 厚度

在跨徑確定的情況下，將長度作為變量，以得到應(yīng)力指標的變化。厚度、跨徑相同時，在長度的持續(xù)提升過程中，應(yīng)力隨之下降。若厚度不變，應(yīng)力會與跨徑同步變動。如果長度與跨徑都不變，厚度加大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力會變小。綜合種種指標之間的關(guān)聯(lián)性，確定最佳的鋼纖維設(shè)計指標[2]。

3 結(jié)束語

UHPC屬于一種性能優(yōu)異的施工材料。綜合來看，其可大幅提升單位材料的價值，控制結(jié)構(gòu)體積與重量。同時，因為其展現(xiàn)出的高性能，在實際工程中能適當減少部分建設(shè)環(huán)節(jié)，提高對建設(shè)質(zhì)量的把控水平。此類混凝土材料擁有普通混凝土的長處，尤其在鋼砼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用效果更佳。但因為市價偏高，所以國內(nèi)的應(yīng)用尚未得到廣泛推廣。

參考文獻：

[1]田月強，杜釗，羅宏偉.超高性能混凝土預(yù)制橋梁在廣東農(nóng)村公路舊橋改造工程中的應(yīng)用[J].廣東公路交通，2020，

46（05）：28-32.

[2]許秀穎，賈影，時國松.超高性能纖維混凝土在公路橋梁加固中的應(yīng)用分析[J].公路工程，2020，46（04）：92-95+

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