超韧性混凝土（STC）在钢架桥上的作用

庞后玲

摘要：目前，国内外钢材料研究已经进入了全新的阶段，并且以桥梁工程为首的施工建设行业，都广泛应用了钢结构。于此同时，我们也发现了配合钢结构的混凝土结构常常会出现各种各样的开裂问题以及破损问题，这些问题的出现，一方面影响了结构的美观性，另外也影响了结构的力学性能，随着混凝土结构破损程度的不断加深，混凝土结构之内的钢结构也会出现各种各样的问题。因此，有专家学生研制促了超任性混凝土，该材料的应用，大大提升了结构的稳定性，因此受到了广泛的应用。

关键词：超任性混凝土，钢架桥，应用，疲劳

相比其他材料来说，水泥混凝土具有取材方便等特点，并且其成本相对较低，同时也能达到较高的抗压强度，因此是建筑、交通行业广泛运用的材料。随着水泥混凝土材料研究的不断加深，其抗拉强度较低的弱点制约了建筑规模以及结构性能的提升。因此，技术人员以混凝土的基本特性为基礎，对其材料理化性质进行调整优化，从而研制出超任性混凝土，该材料的应用，对于桥梁建筑行业起到了显著的促进作用。

一、超韧性混凝土（STC）在钢架桥应用概述

我国苏通大桥、昂船洲大桥等都是常见的钢架桥，这些钢架桥主要存在桥面容易出现疲劳开裂问题，并且也经常出现理清混凝土铺装层开裂等病害。在国内外，这两种病害都有报道，并且这些问题也是目前技术人员重点攻关的问题。

引发以上病害的原因相对复杂，但是可以肯定一点但是，钢桥面系局部刚度较低是常见的影响因素。这是由于在反复车载作用下，由于桥面系刚度达不到技术要求，其中的相关构件以及结构会有较大的应力幅，进而导致疲劳损伤的出现，并表现为疲劳开裂。另外，如果钢桥面上的刚度较低，那么沥青混凝土铺设在其上后，那么就会发生较大的局部拉应力，并导致较大的变形，进而在载车作用下发生裂缝病害。所以，解决钢桥面病害的方法就包括提高钢桥面系局部刚度。

在这一思路的引导下，技术人员提出了将水泥混凝土作为钢桥面铺装层的技术理念，并且有学者研究了密配筋高性能混凝土钢桥面铺装方案，同样还有技术人员研究了钢纤维混凝土铺装方案，这些技术都能够有效解决现存的钢桥问题。但是在实际应用过程中，这些桥梁的铺装层同样出现了开裂的问题。

分析这些技术问题发现，缺乏施工及管理经验是原因之一，但是材料抗拉强度较低则是主要的原因。但是局部荷载效应十分显著，但是两种材料仍然很难适应钢桥面中大拉应力的受力状态，进而出现开裂问题^[1]。

本文介绍了一种新型水泥基复合材料——超韧性混凝土，以适应钢桥面中大拉应力的受力状态。超韧性混凝土的组成包含水泥、石英砂、石英粉、硅灰、高效减水剂和水，并掺入了大量钢纤维，同时，对混凝土进行密配筋，以实现抗拉强度与韧性的提高。可以看出，超韧性混凝土的在组成上继承了活性粉末混凝土和密配筋混凝土的优点，因而具有极高的抗拉强度及韧性。

前期研究结果表明，超韧性混凝土的抗拉强度超过了42MPa。目前超韧性混凝土已成功应用于很多桥梁项目上^[2]。

二、超韧性混凝土（STC）在钢架桥上的应用案例

某项目主桥钢桥面铺装采用STC超高韧性混凝土铺装体系，从上到下依次为磨耗层、粘结层、超高韧性混凝土层、钢桥面板。

磨耗层采用改性沥青混凝土SMA10，厚度为30mm，容重取为24kN/m³。

粘结层采用高粘高弹改性沥青材料。为了增强粘结层与STC板的粘结，先在STC桥面板表面喷酒改性沥青乳化层，待改性沥青乳化层完全坡乳及水分蒸发后，再均匀喷酒高粘高弹改性沥青材料。

STC超高韧性混凝土层强度等级为STC25，厚度为50mm，容重约为28kN/m3，略大于普通钢筋混凝土。STC超高韧性混凝土由水泥、矿物掺合料、细集料、钢纤维和减水剂等材料或由上述材料制成的干混料先加水拌合，再经凝结硬化后形成的一种具有高抗弯强度、高韧性、高耐久性的水泥基复合材料，属于超高性能混凝土（UHPC）的范畴，其组成部分中没有粗骨料。STC结构致密，内部孔径在2～3nm左右，这使得STC的气体渗透系数比普通混凝土低1～2个数量级，吸水性能为普通混凝土的1/13，氯离子渗透系数分别为普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高。STC材料的抗压强度可达到160MPa，抗弯拉强度可达到30MPa，极限应变为高性能混凝土和普通混凝土的2～3倍：内部结构致密，孔径在2～3nm左右，这使故其气体渗透系数比普通混凝土低1～2个数量级，吸水性能为普通混凝土的1/13，氯离子渗透系数分别为普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高^[3]。

本桥STC铺装不设置顺桥向接缝，横向以中央分隔带为界分成两幅浇筑，每幅设置三道横桥向接缝。由于接缝处STC中的钢纤维不连续，抗裂强度将被削弱，故需要对接缝处做强化处理，本桥采用S形加强钢板，厚度为10mm。

三、某超韧性混凝土（STC）在钢架桥上的应用项目实桥检测结果

某桥梁自从建成以来，经过多次维修，其中包括两次大修，过去尝试的很多铺装方案都很难达到理想的维修下沟，并且结构问题得不到有效解决，所以提出采用先进材料的方式，以期解决该桥梁的结构问题。

某桥梁属于正交异性钢桥面-薄层超任性混凝土组合桥面结构。通过检测发现，该桥面系在不同铺装状态下的受力情况如下：

通过检测报告得知，新型组合桥面结构相比原理清混凝土铺装状态，其面板以及钢桥面纵肋的应力参数以及局部挠度参数出现了明显的下降变化。其中，纵肋构件纵桥的应力处于均匀且明显的下降状态，其应力降低幅度甚至能够达到80%，面板横向应力同样表现出了均匀且明显的下降趋势，其平均应力管理降低幅度更高，能够达到92%，另外，我们发现纵肋以及面板的局部同样表现出十分均匀的下扰降幅，其平均下降幅度能够达到81%。

由此可见，超韧性混凝土的应用，在提高钢桥面局部刚度等方面有着显著的作用，具体表现为有效降低结构应力，延长结构使用寿命，并且被检验工作涉及的项目已经运营多年，且处于良好的运营状态。

四、总结

本文对于超韧性混凝土（STC）在钢架桥应用的发展概述进行了简要的探讨，明确了不同技术之间的区别，并介绍了超韧性混凝土（STC）在钢架桥应用的具体施工流程，进而为后续应用提供了参考和借鉴。同时我们也对实际项目的检测结果进行了分析，发现超韧性混凝土（STC）在钢架桥应用，在提高钢桥面局部刚度等方面有着显著的作用，具体表现为有效降低结构应力。所以超韧性混凝土（STC）可以广泛应用在桥梁设计施工中，但是为了充分发挥这一材料的特性，则需要进一步的研究与分析，总结更多的施工资料。

参考文献：

[1]盛捷.大跨度斜拉桥轻型组合桥面方案设计与仿真分析[J].交通科技，2018（04）：66-69.

[2]汤明.双塔单索面大悬臂钢-STC组合桥面斜拉桥受力性能的研究[J].公路，2018，63（07）：216-221.

[3]姚登科. 轻型组合桥面结构自锚式悬索桥静力行为分析[D].西南交通大学，2016.