超高性能混凝土在桥梁快速维护中的应用

韩东 凌俊

摘要：本文通过对超高性能混凝土的研究，采用当地产石英砂、以及当地可用的水泥和微硅粉，优化配合比，在桥梁快速修复工程中得以广泛应用，短时间内开放交通，大大提高了修复效率，提高桥梁使用寿命。

【关键词】超高性能混凝土；桥梁；维修；应用

随着各地区路面交通量的增加，车辆荷载作用在公路桥梁上的强度不断增大，使得桥梁呈现出超负荷荷载状态。长此以往会导致桥梁桥面结构、桥梁面层等上部结构损害，因此要充分结合施工技术方案的细化，加强对桥面铺装层结构的加固处理，同时也要注意混凝土浇筑过程中凝结后导致的桥梁振动现象。

桥面混凝土结构进入维修养护期后，按养护周期7d～14d计算，待混凝土强度达到设计值时才可准许通车。混凝土养护作业质量不仅影响桥梁交通顺畅性、安全性，同时也对桥梁的使用寿命造成较大影响。因此，为缩短通车时间，应研发高效快速混凝土养护作业方法，力争实现1d～3d内通车。此外，结合半封闭交通状态下的，以桥面铺装维修为主要修补措施，加强对混凝土性能的影响，从而减少新浇筑修补混凝土性能降低带来的损坏。

1.研究的目的及内容

超高性能混凝土的发展是具体技术的进步。超高性能混凝土可用于预制单元，长跨度桥梁和许多其他应用。使用超高性能混凝土时可以大大增强结构的耐久性，然而，在超高性能混凝土中使用的材料通常存在远距离运输，增加了材料的成本。此外，对水泥、外加剂和硅灰的化学性的严格要求增加了市售预包装超高性能混凝土产品的成本。目前的工作重点是使用当地材料开发超高性能混凝土混合比例，来降低材料价格。具体来说，本研究使用了当地产石英砂、以及当地可用的水泥和微硅粉等来配置超高性能混凝土，大大降低材料成本，让其在普通工程中得以广泛应用。

项目通过对超高性能混凝土结构进行理论分析和试验研究，旨在提出一种高效、耐久的钢筋混凝土结构型式，用于桥梁的快速维修和加固改造，主要研究内容包括：

完成超高性能混凝土配合比设计。28d抗压强度大于120MPa，抗折强度大于20MPa。（工地现场自然养护条件下抗压强度大于100MPa，抗折强度大于16MPa。）

超高性能混凝土施工技术研究。通过应用高性能混凝土对实桥加固修复，获得局部修复及大面积修复的设计要点、施工现场配合比控制、养护技术及其他关键技术。通过桥梁修复前后的对比，经济社会效益分析，评价采用高性能混凝土的效果及其推广应用前景。

2.配合比设计

超高性能混凝土由水泥、石英砂、微量二氧化硅，钢纤维和高效减水剂组成。当以最佳剂量使用时，高效减水剂会降低水灰比，同时提高混凝土的工作性。添加微量二氧化硅通过填充空隙增强了浆料的机械性能，增强了流变性，并产生了二次水合物。石英砂对于其在热处理期间的反应性是有用的，由于剔除了粗骨料改用石英砂代替，使得集料粒径比较均勾，基体密实度提高，浆体的密实程度决定混凝土的性能。新鲜混凝土的流动性随微硅粉含量的降低而增加。纤维有助于提高超高性能混凝土的延展性。

相比于普通混凝土，超高性能混凝土仍没有系统的配合比设计方法，UHPC有更低的水胶比，其配合比设计较为困难。为获得较佳的力学性能，在确定最终配合比之前，根据大量的实验结果，优化后确定本试验的配合比。其中钢纤维的体积掺量为2%，减水剂掺量为水泥掺量的0.5%，本试验所使用的基准配合比如表1。

3.在桥梁修复中的应用

某桥位于一级公路，重车多，交通量大。检查发现桥面铺装局部破损严重，若采用普通混凝土施工，养护需半个月，交通压力大。采用超高性能混凝土修复，2天便可通车，大大减少了施工對交通的影响，社会反应良好。

设计方案：桥面铺装破损严重的部分凿除重做，桥面铺装形式为12cm厚超高性能混凝土，提高桥面铺装层整体强度、抗裂及抗冲击性能。铺装层内设置单层D10冷轧定型钢筋网片。

UHPC施工：施工日期在11月20日至11月22日，气温16℃～23℃，气温比较有利。粉状超高性能混凝土及用水量采用电子秤计量，使用强制式搅拌机搅拌，十袋UHPC材料为一盘，干料搅拌3分钟，加水搅拌时间为4～5min。现场搅拌现场摊铺。实测坍落度为250mm以上，可到达自流平。因混凝土从搅拌到浇筑时间很短，基本无坍落度损失，故振捣时间相对较短。采用养护毯养护，养护期1d，养护一天后开放交通。

为了解超高性能混凝土的强度增长规律，在施工现场留了混凝土试块，并进行了1d，3d，7d，28d四个龄期的检验。各龄期强度见表2。

超高性能混凝土养护一天抗压强度达到33MPa，抗折强度达到5.5MPa，达到开放交通要求。桥面铺装修复完成，运行至今，未见裂缝发展。

4.超高性能混凝土施工技术要点

超高性能纤维混凝土在桥梁维修加固中的应用，一般适合现场搅拌施工。超高性能纤维混凝土为粉末状混合物，袋装干混料，施工现场只需按照比例加水搅拌即可。

4.1雨天施工

超高性能混凝土浇筑应避开雨季施工。浇筑施工中如遇降雨，当降雨影响混凝土表面质量时应停止施工。施工时准备足够的防雨篷及塑料薄膜。防雨篷支架宜用焊接钢结构，材料宜使用帆布或编织布，以便在突发降雨时，遮盖刚铺好的混凝土。已被雨水轻微冲刷的，应及时进行局部修整使其能够符合要求。对暴雨冲刷后。面层破坏严重的部位，应尽早铲除重铺。

4.2刮风天施工

在日照较强、空气干燥的多风季节或山区、沿海经常刮风地区，要做好防护措施防止高性能混凝土面层发生塑性收缩开裂。影响塑性收缩的首要因素是风速，超高性能混凝土施工完一个节段后要及时进行保湿养护。刮大风，风力达到6级及以上时，要停止施工，同时对已浇筑的混凝土覆盖养护毯或保湿养生膜，防止塑性收缩开裂。

4.3热天施工

夏季，施工现场温度高于30℃时，可避开高温时段作业，应尽量选择早晚或者夜间作业施工。若不能避开，应及时对成型后覆盖保湿养护毯或养生膜的混凝土洒水保湿养生。无论在什么情况和条件下，混凝土拌合物的温度不得超过35℃。

4.4冬季施工

超高性能混凝土应避开冬季施工。当施工气温低于5℃时，应立即停止施工。当施工气温处于5-10℃时，混凝土施工采取适当的保温覆盖措施施工。

5.结束语

本文通过利用当地产石英砂、以及当地可用的水泥和硅灰等来配置超高性能混凝土，经过材料优选以及配合比的优化，成功配制出满足标准要求且性价比高的超高性能混凝土，并应用于桥梁快速维修改造，超高性能混凝土养护一天即可开放交通，大大提高了修复效率，缩短了交通封闭时间，减少了施工安全风险，社会效益明显。

【参考文献】

[1]徐明雪，梁兴文，汪萍，王照耀.超高性能混凝土梁正截面受弯承载力理论研究[J].工程力学，2019，36（08）：70-78.

[ 2 ]赵筠，廉慧珍，金建昌.钢-混凝土复合的新模式——超高性能混凝土（UHPC/ UHPFRC）之三：收缩与裂缝，耐高温性能，渗透性与耐久性，设计指南[J].混凝土世界，2013（12）：60-71.