超高性能混凝土在橋面鋪裝上的應用

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混凝土更具有優越性的一種新型混凝土。它具備超高的力學性能、耐久性和抗磨性。廣泛用于大跨度橋梁結構、碼頭及特殊功能要求的結構上。由于其具有較高的強度和抗彎折性能，UHPC可以做成很薄的構件，可以大大減輕構件自重。另外，UHPC還具有早期強度較高的性能，也可用于結構補強和應急維修等。

2 超高性能混凝土機理

UHPC又稱活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，其性能機理來自于組分的細度和活性，進而減小混凝土內部空隙，提高混凝土內部致密程度。同時可通過摻入鋼纖維提高混凝土交聯程度，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。通過蒸汽養護可顯著加速火山灰反應，生成低堿性水化硅酸鈣，改善材料的力學性能。從而使混凝土獲得超高的強度、耐久性、抗磨性和抗滲性。

3 試驗部分

依據上述超高性能混凝土機理，此次試驗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兩種規格。各種原材料物理力學性能檢測結果如表1～表5所示。

表1 水泥物理力學性能檢測結果

表2 核心料物理性能檢測結果

表3 石英砂物理性能檢測結果

表4 鋼纖維(規格1)物理力學性能檢測結果

表5 鋼纖維(規格2)物理力學性能檢測結果

配合比采用的水膠比為0.17。各組分按質量比進行配比，具體配比為水泥∶石英砂∶核心料∶鋼纖維(規格1)∶鋼纖維(規格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中速攪拌2 min，然后加2/3的水攪拌至面團狀；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，初始擴展度為700 mm，1 h后擴展度為650 mm。養護條件為：試件成型后在溫度20±5 ℃環境下靜置24 h后進行拆模，然后放入80 ℃蒸汽養護36 h，然后溫度降至20±5 ℃養護至10 d齡期。超高性能混凝土各項物理力學性能如表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

廣州華南大橋因服役時間較長、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，底板采用鋼筋焊網加栓釘的維修方案。橋面結構體系如圖3所示。

圖3 橋面結構體系

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，完全達到了預期目標。不僅各項性能達到了設計要求，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性能達到了設計要求，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。差距主要體現在：一是需要蒸汽養護，增加了現場施工難度和成本；二是由于混凝土漿體流動性較差，施工過程中采用平面實機進行振實，否則超高混性能凝土施工表面平整度較差。不過優勢在于價格比其他品牌低。但相對于普通混凝土和高性能混凝土，價格還是偏高。但就整個營運期來看，超高性能混凝土的性價比還是很高的，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 論

從試驗結果以及在實際工程中應用可以看出，超高性能混凝土在橋面鋪裝上的應用是具有明顯優勢的；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件的維修與加固、大跨度橋梁或特殊結構等工程中；成本高依舊是阻礙其廣泛推廣的主要原因；同時由于施工中需要現場攪拌以及養護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特的優勢，隨著施工工藝的提升和成本的下降，其應用前景會越來越廣闊。