超高性能混凝土在橋面鋪裝上的應(yīng)用

郭 杰

(廣東盛翔交通工程檢測有限公司，廣東 廣州 511400)

1 超高性能混凝土使用現(xiàn)狀

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC)是比目前普通混凝土和高強(qiáng)混凝土更具有優(yōu)越性的一種新型混凝土。它具備超高的力學(xué)性能、耐久性和抗磨性。廣泛用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)、碼頭及特殊功能要求的結(jié)構(gòu)上。由于其具有較高的強(qiáng)度和抗彎折性能，UHPC可以做成很薄的構(gòu)件，可以大大減輕構(gòu)件自重。另外，UHPC還具有早期強(qiáng)度較高的性能，也可用于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和應(yīng)急維修等。

2 超高性能混凝土機(jī)理

UHPC又稱活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，其性能機(jī)理來自于組分的細(xì)度和活性，進(jìn)而減小混凝土內(nèi)部空隙，提高混凝土內(nèi)部致密程度。同時(shí)可通過摻入鋼纖維提高混凝土交聯(lián)程度，增加韌性。低水膠比使得未水化水泥顆粒在硬化漿體中起到了填充和微骨料作用。通過蒸汽養(yǎng)護(hù)可顯著加速火山灰反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，改善材料的力學(xué)性能。從而使混凝土獲得超高的強(qiáng)度、耐久性、抗磨性和抗?jié)B性。

3 試驗(yàn)部分

依據(jù)上述超高性能混凝土機(jī)理，此次試驗(yàn)采用的核心料由活性粉末+高性能減水劑組成；水泥采用P·II525硅酸鹽水泥；集料采用26～40目石英砂；鋼纖維采用φ0.22×(12～14)mm和φ0.22×(6～8)mm兩種規(guī)格。各種原材料物理力學(xué)性能檢測結(jié)果如表1～表5所示。

表1 水泥物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

表2 核心料物理性能檢測結(jié)果

表3 石英砂物理性能檢測結(jié)果

表4 鋼纖維(規(guī)格1)物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

表5 鋼纖維(規(guī)格2)物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

配合比采用的水膠比為0.17。各組分按質(zhì)量比進(jìn)行配比，具體配比為水泥∶石英砂∶核心料∶鋼纖維(規(guī)格1)∶鋼纖維(規(guī)格2)∶水=1∶0.94∶0.53∶0.19∶0.08∶0.26。將水泥、核心料、石英砂按比例放入雙軸攪拌機(jī)中速攪拌2 min，然后加2/3的水?dāng)嚢柚撩鎴F(tuán)狀；加入剩余水，快速攪拌2 min；然后加入已過篩的鋼纖維，慢速攪拌，以保證鋼纖維在混凝土中分布均勻；鋼纖維加入完成后再慢速攪拌3 min。按此配合比得到超高性能混凝土容重為2 560 kg/m3，初始擴(kuò)展度為700 mm，1 h后擴(kuò)展度為650 mm。養(yǎng)護(hù)條件為：試件成型后在溫度20±5 ℃環(huán)境下靜置24 h后進(jìn)行拆模，然后放入80 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)36 h，然后溫度降至20±5 ℃養(yǎng)護(hù)至10 d齡期。超高性能混凝土各項(xiàng)物理力學(xué)性能如表6所示。

表6 超高性能混凝土(10 d齡期)性能檢測結(jié)果

抗拉試件和抗折試件破壞情況如圖1和圖2所示。

圖1 抗拉試件破壞情況 圖2 抗折試件破壞斷口

4 超高性能混凝土在橋面鋪裝中的使用效果及評價(jià)

廣州華南大橋因服役時(shí)間較長、日常交通繁重等原因，橋面鋪裝破損開裂病害日益嚴(yán)重。為減輕橋面自重和減少對日常交通的影響，此次華南大橋橋面鋪裝采用5 cm UHPC+5 cm瀝青混凝土磨耗層，底板采用鋼筋焊網(wǎng)加栓釘?shù)木S修方案。橋面結(jié)構(gòu)體系如圖3所示。

圖3 橋面結(jié)構(gòu)體系

通過該超高性能混凝土配合比在華南大橋橋面鋪裝上的使用效果來看，完全達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。不僅各項(xiàng)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且大大縮短了施工工期，不僅橋面自重較普通混凝土降低了50%，還減少了對正常交通的影響。

雖然此款超高性能混凝土各項(xiàng)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但是施工性能方面與市面上其他品牌的超高性能混凝土之間還有一定的差距。差距主要體現(xiàn)在：一是需要蒸汽養(yǎng)護(hù)，增加了現(xiàn)場施工難度和成本；二是由于混凝土漿體流動性較差，施工過程中采用平面實(shí)機(jī)進(jìn)行振實(shí)，否則超高混性能凝土施工表面平整度較差。不過優(yōu)勢在于價(jià)格比其他品牌低。但相對于普通混凝土和高性能混凝土，價(jià)格還是偏高。但就整個(gè)營運(yùn)期來看，超高性能混凝土的性價(jià)比還是很高的，與其他鋪裝方案全壽命周期成本比較如表7所示。

表7 不同鋪裝方案全壽命周期成本對比

5 結(jié) 論

從試驗(yàn)結(jié)果以及在實(shí)際工程中應(yīng)用可以看出，超高性能混凝土在橋面鋪裝上的應(yīng)用是具有明顯優(yōu)勢的；特別是相對于具有繁重交通的道路。從目前市場上來看，超高性能混凝土主要用于局部構(gòu)件的維修與加固、大跨度橋梁或特殊結(jié)構(gòu)等工程中；成本高依舊是阻礙其廣泛推廣的主要原因；同時(shí)由于施工中需要現(xiàn)場攪拌以及養(yǎng)護(hù)較普通混凝土或高性能混凝土困難也是影響其推廣的原因之一。但是超高性能混凝土憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，隨著施工工藝的提升和成本的下降，其應(yīng)用前景會越來越廣闊。