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钢管高性能混凝土在桥梁中的应用

发表时间：2021/4/12 来源：《基层建设》2020年第32期作者：遇柏成

[导读] 摘要：超高性能混凝土由于具有较高的强度，逐渐被广泛应用于重要结构工程中。

        杭州超群建设有限公司浙江杭州 311100
        摘要：超高性能混凝土由于具有较高的强度，逐渐被广泛应用于重要结构工程中。然而，对于承载力高且截面尺寸不宜过大的建筑物而言，钢管混凝土结构的使用不能同时满足这两者要求。基于此，本文在综合专家学者的相关文献和实际的调查研究后完成，希望能够对高性能混凝土材料在道路桥梁施工中的应用产生一定的积极作用。
        关键词：高性能混凝土；浇筑；养护
        随着科学技术的发展，可以通过很多技术手段来提高混凝土的抗拉性能，例如掺入纤维从而形成水泥基复合材料，但是纤维不参与水泥的水化过程，对混凝土密实度改善效果较差。大型桥梁结构、超高层建筑以及大坝等大型工程对混凝土的力学性能提出了更高的要求，20世纪90年代，超高性能混凝土（ultra-high-performanceconcrete）由于具有较强的力学性能受到了学者们的广泛关注。超高性能混凝土采用超低的水灰比，从而减少混凝土中水分蒸发后留下的空隙，其在制备过程中通过添加聚羧酸类高效减水剂，以达到改善其和易性的作用。通过掺入高活性矿物料替换粗骨料，从而减少其孔隙率，使微观结构得到优化，从而得到高强、高耐久性混凝土。目前，实验室制备的超高性能混凝土强度达150MPa，常见工程用的超高性能混凝土会加入一些粗骨料以降低造价，其强度也能达到100MPa左右。超高性能混凝土解决了混凝土只能受压不能受拉的局限性，在桥梁新建与改造工程中均能得到应用。桥梁的加固常常受限于桥梁尺寸，例如桥面板厚度等，可以采用超高性能混凝土来增大抗弯承载力。
        一、高性能混凝土的应用优势
        1. 强度高
        强度是保证结构质量的首要前提，高性能混凝土在强度方面的表现较为良好，其应用在桥梁工程项目中有助于增强桥梁自身结构的稳定性，以此保证项目的运营安全。随着时代的进步，对桥梁项目提出的荷载要求越来越高，若桥梁项目建设过程中地基承载力不够，可能会导致大面积失衡的问题。高性能混凝土能够优化施工工艺，防止桥梁结构发生变形，其能有效避免桥梁的质量问题。
        2. 耐久性较好
        桥梁施工项目大多数都处于露天环境下，诸如雨水、温度及施工现场条件等外部因素对项目的施工质量具有较大的影响，而高性能混凝土相较于普通混凝土，其抗渗、抗冻性能有了明显的提升，此外，由于高性能混凝土密实度较高，因此其还具备良好的抗腐蚀性能。通过合理设计高性能混凝土配比，能够降低上述外部因素的影响，从而提升桥梁的耐久性，且后续运营阶段的维护成本投入相对较低。
        二、工程应用
        1.新建桥梁中的应用
        钢结构桥梁具有轻质高强大跨度的特点，其桥面铺装常采用沥青材料，而沥青与钢结构结合能力差，其界面经常发生分离，当桥面车辆载荷较大且车流量频繁时，沥青较容易与钢结构层发生脱落，如不进行及时维修，车辆载荷直接作用于钢箱梁，导致钢箱梁产生破坏。在钢箱梁与沥青层之间设置一层超高性能混凝土，能够减缓钢箱梁承载变形能力，从而达到延长桥面沥青的使用寿命；且大幅加快施工速度，提高施工质量。随着桥梁设备的快速发展，通过在工厂中预制薄壁型箱梁，在现场进行组装拼接，然后在箱梁的顶部增加一层超高性能混凝土来承担上部的受压荷载，可以提高装配结构的力学稳定性。
        2.桥梁加固中的应用
        桥梁由于长期服役会造成较多的缺陷，需要对其进行加固，但桥梁加固会对现有的交通造成影响，对公众的出行造成不便，因此，在桥梁加固中对工期的要求较新建桥梁高。此外，加固桥梁存在各方面的限制，例如尺寸、用料、施工方式都与新建桥梁不同。在维修段桥梁需要进行沥青铣刨工作以及混凝土铺装修补工作，根据设计图纸，需要进行90mm的混凝土铺装施工，但是实际工程中只能做到50mm的铺装厚度。因此，在施工过程中采用超高性能混凝土代替普通混凝土进行施工，工程最初采用的是C50快硬性混凝土，调整为强度C120的超高性能混凝土。

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        三、我国道路桥梁工程中的常见问题
        1. 道路桥梁工程路基沉降不均匀
        在道路桥梁的施工过程中，路基的沉降也会对桥梁的裂纹产生影响。在进行路基的沉降过程中，要保障整个路基均匀的沉降在桥梁中，否则会在后期的工作中，导致大量裂纹的出现，从而降低工程的质量，对于人民的出行安全造成一定的威胁。研究发现，导致路基沉降不均匀主要有两点原因。首先是在工程前期的勘测，现如今的建筑多是为了解决一些实际的问题，因此对于施工环境的考察时间较少或者是缺乏全面具体的调查工作，这就导致在最终的施工建设工程中，许多工作人员对于施工环境的状况缺乏一定的了解。其次就是在工程材料的运用中。在施工过程中，施工图预算人与材料置办人之间的交流较少，且许多的材料有相同之处，材料置办人便会从中牟利，表面上购买高额的、高质量的材料，实际上确是购买低廉的，甚至是二次循环使用的材料，赚取中间的差价。并且施工材料受市场影响较大，尤其是市场的供需矛盾对于施工材料的价格产生较大影响。这样容易导致预算员在进行预算的时候不能够准确及时掌握有效的市场信息，从而造成误算的偏差，对实际的工作造成较大影响。
        2. 车辙
        在研究中发现，车辙是是现阶段的道路桥梁中最常见的一种病害，并且其危害力较大，在采取养护举措的时候，相关的工作人员需要着重加强对车辙的养护。根据形成原因来看，公路多被暴露在外界的自然环境之中，在高温的状况下，太阳强烈的辐射会直接的照在地面上，公路吸收太阳传输的热量之后，表面会变得松软。此时，如果有车辆经过，由于车辆的重力会在公路的表面形成明显的车辙。
        四、高性能混凝土在道路桥梁施工中的应用方式
        1. 控制气孔措施
        在超高性能混凝土搅拌过程中，由于较低的水灰比导致搅拌过程中黏稠度较高，容易造成大量的气泡被引入到拌和物中，最终影响混凝土构件的力学性能及耐久性等。在超高性能制作过程中，常掺入消泡剂来降低超高性能混凝土的黏稠度，从而提高其流动性，将大幅降低搅拌过程中掺入的气泡。此外，研究发现，搅拌速率及搅拌时间对气泡也有影响，每一个搅拌速率都将对应一个最优搅拌时间，在超高性能混凝土施工过程中，需要合理控制搅拌速度，并采取对应的最优搅拌时间。
        2. 沿用拌合性能较佳的搅拌设施
        在进行高性能的混凝土材料应用的过程中，相关的工作人员需要充分认识到这种材料和传统材料之间的区别，并根据其特征加以合理应用。相比较于传统的混凝土材料，高性能混凝土材料在应用的过程中表现出了用水量较少、搅拌较为粘稠的特征。为此，若想有效的提升材料的性能，必须要改进搅拌设备，从而在最短的时间之内完成较大的搅拌量。相关调查和研究发现，当前阶段中，应用较为广泛的搅拌设备主要为卧轴式和逆流式的搅拌机，这两种搅拌机能够有效满足高性能混凝土材料的搅拌需求。
        3. 严把高性能混凝土的质量关
        高性能混凝土是桥梁施工中不可或缺的材料，在实际应用中需要充分考虑到现场情况，经过试验后确定合适的混凝土配合比，保证各类物料用量的合理性，同时检测砂石的含水量，可通过翻晒或洒水的方式调节，使其含水量稳定在合理范围内。施工缝预留位置应具有固定性，在确定具体的方案后不可随意更改。高性能混凝土浇筑后，需及时检测其强度情况，满足特定的强度要求后即可对施工缝采取处理措施。
        结束语
        总体来看，在道路桥梁工程建设的过程中需要充分的考虑到高性能的混凝土材料对整体工程建设的影响。在实际施工过程中，要现场进行配合比试验及高性能混凝土的各项施工指标检测，保证施工质量，减少高性能混凝土浇筑后出现各种缺陷。从而，加快了桥梁维修加固的速度，减少了对市民出行的影响，具有较好的社会效益。
        参考文献
        [1]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].北京：科学技术出版社，2007.
        [2]韩林海.现代组合结构和混合结构[M].北京：科学技术出版社，2009.