关键词:超高性能;混凝土;桥梁工程;标准化;规模化生产
1 超高性能混凝土的材料特性与制备技术
1.1 材料特性
目前,国家已经对混凝土的力学特性与其他性能开展了大量的研究工作,并取得了一定的研究成果。在具体试验过程中所选用的制备材料自身差异、配合比差异、养护条件差异等因素都将会对最终的试验结果产生一定的影响,而且,超高性能混凝土材料所体现出的特性则基本一致。下表1为超高性能混凝土和一般性混凝土、高性能混凝土的特性比较。
1.2 制备技术
(1)改进材料配合比,将粒径大小超过1mm的粗骨料去除,以提升超高性能混凝土性能;提升堆积密度的重要价值即体现在减小超高性能混凝土的孔隙率,为实现这一目标,便需制备出优异的颗粒级配,确保材料颗粒能够达到更高的密实度。
(2)选用和活性组分具有较高相溶性的高效减水剂。水胶比对于材料强度将会产生较大的影响,因而应当尽可能选用合理化的高效减水剂,在确保材料性能的前提下减小水胶比。
2 UHPC桥梁结构
2.1 上部结构重量轻
由于UHPC强度高,在相同荷载情况下,其桥梁结构的截面面积小,高跨比降低。较少的UHPC材料用量使得UHPC桥梁结构重量较轻(同等常规混凝土结构自重的40%~60%),使得UHPC桥梁结构在抗震设计和抗风设计方面具有明显的优势,同时也给桥梁结构的预制化施工、吊装等工作带来方便。
2.2 下部结构和基础造价低
由于上部结构重量轻,相应的其传递给下部结构的荷载较小。下部结构和基础的设计要求大为降低,从而大大节省了施工成本。高跨比降低后,对于多跨桥梁,具备减少整体桥梁体量的可能,进而可以进一步降低造价。
2.3 耐久性好
UHPC材料的密实度远高于普通混凝土,UHPC桥梁结构具有良好的耐久性和耐腐蚀性,适用于海洋工程、耐腐防护等环境要求高的情况。
3 UHPC生产制造的标准化和规模化
3.1 标准化的生产制造
3.1.1 标准化生产基地
⑴钢筋生产中心
钢筋生产中心为钢结构棚架,主要功能包括钢筋的存放、加工。
⑵UHPC搅拌中心
UHPC搅拌中心采用钢结构外包,配置2套6m3搅拌主机,以及辅助设施及系统,主要功能包括原材料存放、UHPC搅拌。
⑶构件生产区
构件生产区采用钢结构棚架覆盖,根据生产基地主要产品类型,设置先张法和后张法节段梁生产区。
⑷构件蒸养区
构件蒸养区采用钢结构棚架覆盖,设置蒸汽锅炉,在UHPC桥梁构件静养、湿养结束后,移运至蒸养区,进行蒸汽养护。
⑸构件堆放区
构件堆放区用来存放完成全部施工工序,待运出厂的UHPC桥梁构件。
标准化生产基地是依据施工工序及施工流水节拍特点建造。在UHPC搅拌中心、构件生产区和构件蒸养区可采用钢结构棚架覆盖,避免温度、雨水、大风对UHPC搅拌、运输、浇筑等施工环节的不利影响。
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3.1.2 标准化生产流程
⑴模板施工
UHPC模板采用大块钢模板,需精细化模板加工控制,确保模板加工尺寸精度,匹配度好,模板支撑牢固可靠。由于UHPC最大组分为石英砂,且其工作性能优异,其对模板的严密性要求极高;UHPC桥梁构件尺寸较普通混凝土构件纤薄,对模板加工精度要求极高。
⑵UHPC搅拌
UHPC拌合物在拌制过程中,需对其工作性能、温度、钢纤维分布情况进行严格控制,使其能够满足构件浇筑需求,并最终获得质量可靠的桥梁构件。在拌制过程中,在主要的工艺节点,按照一定的要求,控制其工作性能(跳桌流动度试验);采用可靠的降温手段,控制拌合物搅拌完成后的温度;按照《钢-超高韧性混凝土轻型组合结构桥面技术规范(湖南省地方标准):DB43/T1173-2016》附录D中的方法,检测钢纤维分布情况。
⑶UHPC浇筑
在获得工作性能指标合格,钢纤维分布均匀的拌合物后,结合构件预应力布束、构件构造、搅拌站拌和能力、运输距离、总预计浇筑时间,选择适当的浇筑位置,进行UHPC的浇筑。
UHPC的浇筑需连续,间隔时间不宜过长,采用附着式振捣器振捣,振捣器位置需根据桥梁构件结构,合理布置,不宜采用插入式振捣器。
⑷UHPC构件养护
构件的养护分为2个阶段,静置养护和高温蒸汽养护。浇筑完毕后,静置UHPC构件,根据UHPC材料的强度上升情况以及材料收缩指标,选择合适的时机,拆除模板。拆除模板后的UHPC构件,置于阴凉位置1~2d,完成静置养护工作。在封闭的养护棚内,通高温蒸汽,按照2d90℃或3d80℃的标准,进行构件的养护。
3.2 规模化的生产制造
3.2.1 具备议价能力
目前,国内专业的UHPC材料供应商较少,例如减水剂、钢纤维等,且价格较高,究其原因,主要包含两个层次问题,其一是部分UHPC材料供应商,自身也在从事UHPC产品或构件的生产,为保护自身利益,打压其他UHPC构件生产从业者,有意提高价格,削弱竞争者的市场占有率,再者,由于UHPC产业体量过小,UHPC构件需求少,不能够吸引上游供应商通过大规模生产降低其成本。
规模化的生产制造,可以有效解决以上两个问题,首先,规模化生产解决了桥梁构件分散制造的问题,将UHPC桥梁构件的生产,集中向具备生产优势的规模化企业引导,使UHPC材料供应商逐步退出下游构件生产领域,回归UHPC材料供应商。其次规模化的生产制造,带来UHPC材料的大量需求,可以吸引更多的UHPC材料供应商进入该领域,实现有效的竞争,提高品质,降低成本。
3.2.2 具备降低生产成本的可能
现阶段,UHPC桥梁构件更多处于学术研究范畴内,试验性创新型结构,是被提及最多的概念,标准化、经济性的研究,往往被忽视,这对于一个产业的发展是不利的。
UHPC在工程结构应用时,有些是简单的替代性应用,即保持结构形式基本不变,仅用UHPC替代普通或高性能混凝土,或替代钢材。另一些则是强调结构或造型的创新。以上两个应用方向,均不能将UHPC推向规模化和标准化,因此,在接受UHPC材料的同时,在结构理念上进行重新的思考,才能真正将UHPC桥梁构件引入实质性的大规模应用。
基于世界上应用案例最为丰富和最为成功的马来西亚,借鉴其在桥梁构件中的设计理念,转化为标准的桥梁构件设计,实现规模化的生产制造,具备降低生产成本的可能。为此,针对不同的桥梁跨径,提出标准化的桥梁构件设计,缩减构件类型,为规模化生产提供可能。
结束语
超高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性、高韧性和高流动性的新型建筑材料。由于UHPC桥梁结构构件纤薄,施工质量要求高,原料价格相对较高,导致较难在市场大规模推广应用。论文根据UHPC材料和构件的基本特点,给出了UHPC生产制造的标准化和规模化解决方案。随着UHPC研究和工程应用的不断深入与增加,使UHPC真正在中国的大地上生根发芽,服务于广大人民群众。
参考文献
[1]高淑平.活性粉末混凝土在铁路预应力桥梁中的应用[J].商品混凝土,2007(3):19-21.
[2]李嘉,冯啸天,邵旭东,等.正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2012,39(12):7-12.
论文作者:白宝林
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第19期
论文发表时间:2020/1/2
标签:构件论文; 桥梁论文; 结构论文; 材料论文; 规模化论文; 混凝土论文; 模板论文; 《建筑实践》2019年38卷第19期论文;