活性粉末混凝土在道路桥梁工程中的应用

活性粉末混凝土在道路桥梁工程中的应用

王凯

王凯

聊城市传朋公路工程有限公司山东聊城252400

摘要：活性粉末混凝土具有极高的冲击韧性与抗压强度，在道路桥梁工程的应用中，为我国道路桥梁的质量提供了重要的保障。本文对活性粉末混凝土在道路桥梁工程中的应用进行探讨。

关键词：活性粉末混凝土；道路桥梁；

1RPC的应用优势

RPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强度混凝土。它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减到最少，以获得超高强度与高耐久性。与普通混凝土有所不同，RPC的组成材料主要包括：水泥；级配良好的细砂；磨细石英粉；硅灰等矿物掺合料；高效减水剂；对韧性有较高要求时，还需要掺入微细钢纤维。相比于普通混凝土和高性能混凝土，RPC的塑形极好，能够承受的荷载量非常高。对于RPC结构和钢筋结构来说，如果两者的抗弯拉能力相同，那么RPC的使用重量仅仅只有钢筋结构的一半不到，这就说明，在实际的工程建造中，RPC的应用具有跨越能力强的优势，还能够降低工程的整体结构重量。RPC的应用能够在一定程度上推动预应力混凝土技术的有效发展，RPC在道路桥梁工程的应用中，能够有效地抵御各种自然环境带来的灾害影响，RPC的应用能够提升整个工程的使用寿命，通过实验研究表明，RPC的抗弯能力是超强的，一般在25-30MPa之间，使用RPC能够有效地节省钢筋的使用量，为工程节约成本。此外，RPC的抗拉能力和抗剪能力都非常强，这就说明，RPC在应用的过程中，其受剪切的荷载承受能力很强，由此可知，在实际的工程应用中，可以不使用配筋辅助工程建设便能够达到抗剪的要求，这在道路桥梁工程中也是一个创新之处。最后RPC具有超高的耐磨性，可以普遍应用于道路桥梁路面的改造工程，代替已损坏的桥面，提高整个桥体的承载能力，RPC在凝固之前，使用加压的技术，能够使得施工中产生的内部空气得以排除，降低其含气量，提高混凝土的强度和密度。

2RPC的原理

2.1消除缺陷，提高材料的均质性

去除粗骨料，消除骨料与水泥砂浆的界面过渡，改善内部结构的均匀性。水泥水化初期由于化学收缩会在骨料与水泥浆界面引起微裂缝，混凝土受到荷载作用后，粗骨料与砂浆界面处应力集中，极易引起破坏。由于微裂缝的长度与骨料粒径尺寸成正比，骨料粒径减小，裂缝长度也小，RPC去除粗骨料（粒径大于1cm骨料），只用细骨料，极大地减少了水化初期骨料与水泥浆界微裂缝的长度，因而混凝土的强度得到较大提高。同时骨料粒径的减小，使得由于骨料自身的缺陷对RPC整个基体的影响也随之减小。

2.2增加活性组分，改善浆体的力学性能

在普通混凝土中，由于骨料与硬化水泥石之间弹性模量的差异（骨料的弹性模量是硬化水泥石的3倍左右），导致其在荷载作用下骨料与水泥石变形不协调而在界面处产生成细微的裂缝。RPC中含有较多硅灰，骨料周围的Ca（OH）2晶体因与之反应生成大量水化硅酸钙凝胶而使界面处裂缝大为减少；同时，在热处理的过程中，石英粉与水化产物发生反应，会大幅度地提高硬化水泥石的弹性模量等浆体的力学性能。基本消除RPC中由于骨料与硬化水泥石之间弹性模量的不均匀性影响而产生的微裂缝缺陷。

2.3提高密度

由晶体结构的研究表明，相同直径原子进行排列时，体心立方结构的紧密系数是0.68，即使最密排列的面心立方或密排六方结构，其紧密系数也只有0.74。为了进一步提高密度，常在较大的单一粒径的颗粒之间加入粒径较小的颗粒。这样先由直径最大的球体堆积成最密填充状态，剩下的空隙依次由次大的球体填充下去，使球体间的空隙减小，从而整体达到最大密实状态。根据上述原理，在制备RPC时，可采用以下措施来提高其密实度，降低孔隙率。

在RPC凝固后进行热养护可以加速水泥水化反应的进程和火山灰效应的发挥，改善水化产物的微观结构。热养护温度不同RPC的微观结构和水化产物的结构形态有所不同。对于RPC200，进行20-90℃的常压养护这时候形成的水化物仍是无定形的。但随着温度的升高，其火山灰效应也相应提高，RPC的微观结构有所改善，主要表现为大于100nm孔径范围的有害孔体积降低，孔隙得到细化；对于RPC800，在250-400℃温度下压力养护，养护使水化生成物C-S-H（水化硅酸钙）凝胶大量脱水，形成硬硅钙石结晶。

2.4增加韧性

未掺钢纤维的RPC呈线弹性，抗断裂能力相对较低，受压破坏时呈明显的脆性破坏。掺入钢纤维则可以显著提高RPC的韧性和延性。

3活性粉末混凝土在道路桥梁工程中的应用探究

3.1韩国首尔的拱桥

这座名为仙游人的拱桥在2002年建成，是世界上的第一座同时也是跨径最大的一座活性粉末混凝土拱桥，拱桥主体的跨径为120m，使用π型截面，高1.3m，宽4.3m，顶板的厚度为3厘米，每隔122.5cm设置高为10cm的横向加劲肋，桥梁两端设置纵向加劲肋，腹板和横向加劲肋中增加了预应力筋的放置；为了能够在浇筑混凝土的时候将模板固定，在腹板的中部和底部分别放置了临时性的预应力筋通道。该拱桥在建设的过程中主要采用张拉预应力索来完成拼装，整个工程的建设都充分的发挥着RPC的优势，甚至于仙游人拱桥的抗弯性能达到了50MPa优异的性能和长久的使用寿命，给这座桥梁的应用节省了大量的成本以及后期的运营维修费用。

3.2巴卡尔桥

该桥跨越于巴卡尔海峡，该桥跨越巴卡尔海峡的方案主要是拱高72m，跨度为432m的混凝土拱桥。桥梁单联共22跨，其上部结构的长度为820m，气动型单箱三室界面为该桥梁的拱肋结构与梁体结构，且截面高度一致。为使侧向风引起的压力以及恒载产生的弯矩减小，该桥梁的拱截面为气动型设计，四次抛物线型为桥梁拱的中心线设计。同时，该桥只有拱台墩、桥台以及基础运用现浇方式，其余部分全部由200MPa的活性粉末混凝土预制的阶段进行拼装。巴卡尔桥的主要结构在预制过程中，采用短线匹配法进行分阶段预制，节段的长度为3.8m。每一节段的两端均设置有横梁，横梁的尺寸为50cm*20cm，从而使桥梁的翼缘的厚度与板跨比分别为12cm与1：30。由于该桥梁的端横梁界面尺寸为60cm*30cm，从而使梁体在预制过程中，桥面板的细节处理稍有差异。巴卡尔桥的节段与钢筋量类似，但该桥由于缺少纵向加劲肋，从而使该桥具有较为简单的几何形状，使连接节段更精确简单。实践证明，相较于一般性高性能混凝土而言，活性粉末混凝土的微孔隙率与孔隙率分别减少90%与80%，而且其透水率与透气率均降低95%左右，应用于巴卡尔桥中，使桥梁预制节段的连接方式以及截面性质、翼缘以及腹板的厚度等都发生了根本性的改变，使桥梁结构的承受荷载能力以及抗弯抗拉强度、耐久性等都得到有效地提升，从而全面降低了该桥梁工程的建设成本，使其质量大大提升。

总结：利用RPC强度高的性质，可以减小结构构件尺寸，获得更多的使用空间。活性粉末混凝土虽各项指标都非常高，但其造价也相应较高，在路桥工程的实际应用中，应结合实际，以路桥工程的质量为前提，进行混凝土材料的选取。

参考文献：

[1]于景超.活性粉末混凝土在桥梁工程中的应用和发展前景[J].中国建材科技，2012（2）.）

[2]刘数华等活性粉末混凝土在桥梁工程中的研究和应用[J]公路，2009（3）.

[3]黄木水.活性粉末混凝土在道路桥梁工程中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015（25）.