这些高/超高性能混凝土应用案例，供您参考

桥梁运营养护对材料的需求越来越强，高/超高性能混凝土具有成为优秀桥梁养护材料的潜力。针对桥梁养护过程中对材料性能的关注点各不相同，采用单一的高/超高性能混凝土无法满足桥梁养护修复的不同需求。本文介绍了几种高/超高性能混凝土研发及其应用案例，主要涉及桥梁承载能力提升、伸缩缝混凝土等，以期为桥梁养护工作提供可借鉴的资料。

针对需求 系列研发

我国在役桥梁已经超100万座，随着桥梁服役时间的增加，在交通荷载和环境作用等综合因素影响下，部分桥梁性能出现退化，桥梁运营养护压力越来越大。

在桥梁养护过程中，因桥梁受损部位大多为受力复杂部位，单纯采用原结构材料很难达到良好的养护效果，极易出现与修复前相同的病害，尤其是桥梁加固。由于常规混凝土抗拉性能较低，新浇混凝土处于持续收缩状态，而既有混凝土服役时间较长，收缩已处于稳定状态。混凝土收缩不一致导致界面处变形不协调，在加固界面产生的附加应力不可忽视，且常规混凝土与既有结构之间界面粘结性能较差，导致修复效果不理想。

高/超高性能混凝土具有优异的力学性能和耐久性，具有成为优秀桥梁养护材料的潜力。但桥梁结构体系不同，结构所处环境及主要受力形式不同，养护过程中对材料性能的关注点也各不相同。采用单一的高/超高性能混凝土无法满足桥梁养护修复的不同需求，针对需求开展不同性能的高/超高性能混凝土研发，形成桥梁养护用系列高/超高性能混凝土显得很有必要。近年来，针对养护需求开发了适用于养护用的不同种类的高/超高性能混凝土，并开展了初步工程应用。本文介绍了几种有代表性的高/超高性能混凝土及其工程案例，以期为桥梁养护工作提供可借鉴资料。

层层升级 直戳病害

免蒸养低收缩超高性能混凝土（UHPC）

超高性能混凝土(UHPC)具有超高的强度、超高的韧性和超长的耐久性，作为新一代水泥基础材料在桥梁养护中有广泛的应用前景。但是，传统UHPC为充分保证其超高力学性能及优异的耐久性能，需高温蒸汽养护，且收缩相对较大，不能完全满足不同情况下桥梁养护的实际需求,开发免蒸养低收缩超高性能混凝土的研究显得极为必要。

近年来关于免蒸养低收缩超高性能混凝土的研究成果相对较多，国内许多单位都具有相关技术。我司开发的免蒸养低收缩超高性能混凝土，其技术路线见图1，相应的性能参数见表1。值得注意的一点是，国内UHPC通常采用专用搅拌设备实施现场搅拌浇筑，养护用混凝土通常具有单次用量小且使用点较为分散的特点，采用移动式专有设备、定点高效生产具有超长工作性保持时间的UHPC两种方式更加适用于桥梁养护的需求。目前，已经形成了采用普通混凝土拌和站生产UHPC的成套技术。

图1 免蒸养低收缩超高性能混凝土技术路线

应用案例：混凝土梁桥承载力提升

山东某正在改扩建的高速公路项目积极倡导旧桥利用，为保证桥梁安全需要对旧桥承载力进行提升。该高速公路某互通立交原桥设计为（15+20+15）米钢筋混凝土连续空心板，分左右两幅，左幅宽20.6米，右幅宽13.5米。其空心板总体性能良好，通过增大截面法，采用超高性能混凝土加厚桥面板的方法来加固桥梁。UHPC外层与普通混凝土结构形成复合结构，使加固后桥梁满足承载力要求。同时使普通混凝土结构容易受环境与机械荷载损伤的部位得到高强度、高耐久的UHPC层保护，以延长结构使用寿命。加固方案见图2。所用超高性能混凝土设计指标见表2。

（a）桥面方案3

（b）UHPC-普通混凝土叠合层植筋构造图

图2 主梁承载力提升方案

该项目桥面板加固通过植筋将加固层与原构件进行连接，保证UHPC与既有混凝土共同工作。一方面依靠配筋UHPC自身超高的材料性能增强加固结构的整体刚度、延性及承载能力，同时充分利用UHPC与普通混凝土的表面粘结力来提供界面抗剪能力。实施过程采用普通搅拌站进行UHPC拌和，泵送浇筑，常温养护完成后桥面加固层无裂缝出现，桥面平整度符合设计及规范要求。

超早强快硬混凝土

桥梁养护通常要求尽量不影响现行交通，只能在不封闭或局部封闭交通，比如有限时间内封闭某一车道的情况下开展，因此对养护时间要求很高，也即对养护用材料性能的快速发展提出了很高的要求。开发短时间能够达到养护设计要求强度的混凝土具有很强的工程背景和需求，比如伸缩缝混凝土更换。与此同时，养护修补用混凝土不仅需要关注其抗压强度，其粘结和抗裂性能也是关键指标，纤维增强技术值得关注。目前市场上采用的超早强快硬混凝土主要是硫铝酸盐水泥体系、磷酸盐水泥体系和普通硅酸盐体系。各种体系均能满足工程实际需求，高抗裂超早强快硬混凝土性能指标如表3所示。

值得注意的是，超早强混凝土因采用特殊水泥或早强外加剂，其长期性能需重点关注，尤其是在关键结构中的应用；因超早强混凝土的早强速凝特性，通常不适合大方量生产和长距离运输。

应用案例：伸缩缝快速更换

四川某高速公路经过多年运营，伸缩缝出现了多种病害，需更换伸缩缝。更换后的伸缩缝采用无缝伸缩缝，为减小施工对交通的影响，伸缩缝填充材料采用超早强混凝土和高延性沥青，其中超早强混凝土要求3h抗压强度≥35MPa，抗折强度≥8MPa。无缝伸缩缝结构型式如图3所示。

图3 无缝伸缩缝结构型式

本次伸缩缝更换采用的超早强混凝土为现场移动式搅拌机拌和，浇筑完成20分钟后拆模，30分钟后可上人。缩短了现场占道施工时间，减小了对交通的影响，充分体现了超早强混凝土的优势。

早强抗裂高性能混凝土

超早强混凝土因为凝结时间很短，不适用于传统混凝土那样的大方量生产、长距离运输，这也大大限制了其使用范围。实际工程中，非保通情况下，对混凝土的早强特性要求可以相对减弱，则可以采用通过调整凝结时间和强度发展，实现搅拌站的大方量生产和长距离运输。同时采用非特殊胶凝材料体系，保证其耐久性。目前，已研发了24小时内抗压强度≥50MPa，抗折强度≥8MPa的早强抗裂高性能混凝土，详细性能指标见表4，其性能在伸缩缝、支座垫层等部位均可以使用。

应用案例：伸缩缝混凝土

山东某高速公路改扩建过程中，因通车时间要求，需加快伸缩缝混凝土性能发展。该伸缩缝一侧连接混凝土梁桥，一侧连接钢箱梁，连接混凝土梁桥部分的伸缩缝混凝土采用C50微膨胀钢纤维混凝土提前浇筑完成，另一侧采用了早强抗裂高性能混凝土，一天强度达到50MPa以上。在运行一段时间后，左侧早强抗裂高性能混凝土无肉眼可见裂缝，右侧C50微膨胀钢纤维混凝土出现多条贯通裂缝且宽度较大。

高强轻骨料混凝土

在桥梁结构养护，尤其是桥梁结构加固中，对加固后的自重较为关注，加固材料导致的桥梁结构自重过大势必会影响加固后的结构承载力，因此对高强轻质材料的需求明显。轻骨料混凝土是常见的工程用轻质材料，通常强度较低，极大地限制了应用范围。

目前，轻骨料混凝土的配合比设计主要参考JGJ 51-2002《轻骨料混凝土技术规程》，但这些可供参考的技术规程只是提出了材料用量的大致范围，精确到混凝土配比还需大量的试配试验。同时混凝土试配后的强度测试周期较长，导致采用传统方法获得目标轻骨料混凝土通常需要较大的工作量和较长的时间。由此，提出了基于骨料随机分布和有限元计算的陶粒轻质混凝土配合比设计方法（见图４），通过砂浆强度、骨料强度和骨料用量能够快速给出轻骨料混凝土设计强度，很好地指导了轻骨料混凝土的配制。与此同时，也提出了抑制轻骨料上浮技术（见图5），实现了轻骨料泵送。

图4 基于骨料随机分布和有限元计算的陶粒轻质混凝土配合比设计方法

图5 抑制轻骨料上浮技术

应用案例：旧桥加固

山东某高速公路在改扩建过程中，某混凝土梁桥特大桥（全长1700米）扩建后新老桥高差大，采用普通混凝土加固旧桥、调整高差将导致主梁自重大，承载力不能满足需求。该桥右幅采用了顶升旧桥梁板，刨除旧桥原混凝土找平层后重新浇筑10厘米C50混凝土的处理方式。但因桥长过长，顶升工期较长，且刨除旧桥面找平层难度大，在左幅实施时，选择采用了不顶升旧梁，在原桥面微铣刨后加铺8厘米 LC50轻骨料混凝土的方案。（图6）

图6 轻骨料混凝土加铺方案

为确保轻质高强混凝土与原桥面混凝土界面粘结性能，原构件混凝土表面宜进行凿毛处理，且采取种植剪切销钉（钢筋），或将加固层新增钢筋与原构件钢筋采用短筋连接等措施。本方案采取植筋加固以更好保证超高性能混凝土与旧混凝土共同工作，钢筋直径为12毫米，植筋间距为40×40厘米。该项目使用了约2000方的LC50轻骨料混凝土，混凝土采用普通混凝土搅拌站搅拌，泵送施工，所使用的LC50轻骨料混凝土性能指标如表5所示。项目在1个月内实施完毕，大大节约了工期。

桥梁不同部位养护对混凝土的需求各不相同，针对具体需求，研发相应性能的混凝土，能够有效解决桥梁养护管理中存在的难题。从已有实践经验来看，针对具体问题开发相应的混凝土及应用技术，在适用性和耐久性方面都很好地满足了工程应用需求，是桥梁养护管理的一个发展方向。采用高/超高性能混凝土进行桥梁养护，混凝土性能的细化和成本控制是需要进一步关注的工作。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志

2020年 第4期 总第12期

作者 / 冯良平

作者单位 / 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司

编辑 / 周洋

美编 / 赵雯

责编 / 陈晨

审校 / 裴小吟 廖玲

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