矿物掺合料复掺对超高性能湿接缝混凝土性能的影响

采用石灰石粉和粉煤灰微珠作为调节超高性能湿接缝混凝土性能的矿物掺合料,通过设置石灰石粉和粉煤灰微珠的不同复掺比例,研究了两种矿物掺合料对超高性能湿接缝混凝土流变性能、力学性能、收缩性能和抗渗性能的影响,并采用水化热分析了超高性能湿接缝混凝土的水化特性。结果表明:当石灰石粉掺量高于30%(质量分数)时,随着石灰石粉掺量的增加,超高性能湿接缝混凝土的塑性黏度先增大后减小,复掺50%石灰石粉和50%(质量分数)粉煤灰微珠时,混凝土塑性黏度可降低38.0%;掺入石灰石粉可以促进水泥的早期水化,提高超高性能湿接缝混凝土的早期抗压强度,3 d抗压强度最大涨幅为11.6%;复掺石灰石粉和粉煤灰微珠可以降低超高性能湿接缝混凝土的自收缩;当复掺30%石灰石粉时,超高性能湿接缝混凝土的抗渗性能最优,28 d氯离子扩散系数为0.15×10^(-12)m^(2)/s。

超高性能混凝土新型湿接缝设计及应用

当前,土木工程建设数量逐渐增加,在实际建设过程中,为了保证桥梁剪应力的高效传递,技术人员采用湿接缝的方式连接梁体。但是,在实际工作中,桥梁湿接缝易出现界面分离、钢筋配置不连续等问题,此时,混凝土的整体结构稳定性会受到相当严重的影响,进而导致土木工程建筑性能指标无法满足工程建设需求。文章从土木工程混凝土裂缝产生原因的角度出发,结合机制砂,对混凝土湿接缝用超高性能混凝土的实际运用策略进行了深入分析,旨在为混凝土裂缝施工质量提升提供一定的理论支持。

超高性能混凝土预制板现浇湿接缝抗弯性能试验研究

为明确接缝及接缝内纵筋不同构造对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)预制板现浇湿接缝受弯性能的影响,以接缝设置及接缝内纵向钢筋连接方式为试验参数,对5块UHPC预制板试件的抗弯性能进行试验研究,获得UHPC板全过程的受力变形行为,推导了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力的统一计算公式。研究结果表明:接缝试件的破坏形态均为接缝截面受拉钢筋屈服后受压区UHPC压碎的正截面破坏。与纵筋连续的无缝整浇试件相比,接缝内纵筋采用直筋连续、直筋搭接、水平环形搭接和垂直环形搭接接缝试件的开裂荷载分别减少了54.6%,52.0%,51.0%和54.6%;屈服荷载分别减少了34.4%,35.7%,34.5%和33.3%;峰值荷载分别减少了29.7%,29.6%,34.7%和29.5%;延性分别提高了17.6%,2.9%,8.8%和5.9%。接缝试件的抗裂性能和抗弯性能是由接缝截面的性能所控制。当现浇接缝段内纵筋直筋部分的搭接长度满足规范要求时,接缝段内纵筋的不同构造形式对试件的抗弯性能影响较小,实际工程中,可采用较为简便的直筋搭接方式。提出了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力统一计算方法,并且采用本文和其他文献试验结果验证了其适用性。

超高性能混凝土桥面板湿接缝受力性能试验研究

沾临黄河特大桥是山东省沾化至临淄高速公路在建的一座主跨480m的斜拉桥,采用钢箱梁+超高性能混凝土(UHPC)桥面板构成的组合梁。针对UHPC桥面板的湿接缝,开展了两系列足尺模型试验,包括一组简支板试件和一组两跨连续板试件。重点研究了燕尾榫湿接缝、带钢板增强的燕尾榫湿接缝和梳齿湿接缝的受力性能,测试并分析其荷载-挠度响应、开裂行为、破坏模式,以及应变的发展与分布。结果表明,含钢板增强的燕尾榫湿接缝抗裂性能最优,与整浇板相当,较传统的燕尾榫湿接缝有显著提升;无增强的湿接缝的抗裂性能较整浇UHPC有明显削弱,名义开裂应力劣化一半以上。此外,钢板增强构造可有效加强燕尾榫湿接缝,甚至实现高于整浇板的承载性能和延性。将梳齿湿接缝布置于连续板中支座会导致承载力有一定降低,这对于内力较小的横桥向是可接受的。提出了含湿接缝的UHPC板的抗弯承载力计算方法,与文献中已有的方法相比具有更高的准确性。

UHPC超高性能混凝土在预制π型钢混组合梁中的应用

20世纪90年代湖南大学开启UHPC超高性能混凝土试验,初步认识到UHPC超高性能混凝土相较于常规混凝土有更为优秀的韧性与耐久性表现。以某省长益高速公路扩容工程第一合同段建设为契机,将UPHC超高性能混凝土在π型钢混组合梁结构接缝中展开实践,旨在为今后的桥梁建设带来更丰富的创造空间。

装配式桥梁板玻璃纤维混凝土-U形钢筋湿接缝受力与变形分析

为解决装配式桥梁板体系湿接缝处力学性能不稳定、易变形的问题,提出采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案优化湿接缝性能,以雄安新区荣乌高速荣乌主线桥为背景进行研究。选取主线桥2个试验段(试验段A湿接缝采用普通混凝土-U形钢筋方案,钢筋点焊;试验段B湿接缝采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案,钢筋满焊)进行梁板体系湿接缝性能试验,监测湿接缝处搭接钢筋力学响应及混凝土接触面变形特征,同时对长期运载及强降雨影响下的钢筋受力与混凝土变形进行监测。结果表明:长期运载下,试验段B横筋受力约为试验段A的一半,其中部纵筋承受外力远大于试验段A,边缘纵筋承受外力较少,试验段B稳定性更优;试验段B较试验段A在湿接缝部位变形量小,其稳定性及耐久性更优;强降雨阶段,试验段B较试验段A变形及力学响应波动程度更低,其抗渗能力、耐久性更优。由此可知基于玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案的湿接缝构造在外力传导、抵抗变形方面具有较强稳定性,不易受恶劣环境影响。

外掺剂对超高性能接缝修复混凝土性能的影响研究

为提升桥梁加固用接缝混凝土的性能,文章研究配制一种超高性能接缝修复混凝土,并探讨减缩剂和膨胀剂对混凝土性能的影响。结果表明:减缩剂为1%时,混凝土浆体流动性最差,随着减缩剂掺量增加,混凝土强度和自收缩变形减小,当减缩剂掺量为0.5%时,能够有效降低混凝土的干燥收缩;随着膨胀剂掺量增加,混凝土的流动度、抗折强度、自收缩变形、干燥收缩变形逐渐减小,当膨胀剂掺量为10%时,抗压强度最大;复掺减缩剂和膨胀剂时,能够进一步降低混凝土的收缩变形,同时维持流动度和强度。综合比较认为,采用2%减缩剂+10%膨胀剂的复掺方式时,混凝土的综合性能最佳。

珊瑚砂掺量对超高性能混凝土力学及干湿循环耐久性的影响研究

为研究珊瑚砂掺量对超高性能混凝土(UHPC)的抗压、抗折力学性能及干湿循环耐久性的影响,用珊瑚砂取代石英砂制备成UHPC,替代率分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%,研究了不同珊瑚砂掺量的UHPC的抗压、抗折和抗硫酸盐干湿循环能力。结果表明:在标准养护28d后,掺入100%的珊瑚砂UHPC的抗压强度为108.9MPa,抗折强度为37.7MPa,珊瑚砂由于其吸水性强的特点会抑制UHPC早期抗压强度(28d前)的发展,抗折强度变化率高于抗压强度;随着硫酸钠干湿循环次数的增加,UHPC抗压强度逐渐增加,珊瑚砂掺量与抗压强度差值之间存在较好的相关性;干湿循环15次时,UHPC基体中水泥砂浆结构更加疏松多孔,孔隙直径较大,水化产物晶体数量少,而干湿循环60次时,珊瑚砂掺量为100%的UHPC组的扫描电镜中钙矾石晶体发育状态良好,其结构尺寸较小且极为纤细。

国内基于超高性能混凝土(UHPC)的装配式建筑连接应用研究综述

超高性能混凝土(UHPC)具有超高力学性能、超高耐久性等一系列特点,是混凝土技术发展的主要方向之一,近年来被广泛用于市政桥梁和建筑领域。我国科研工作者正积极探索UHPC在建筑结构中的应用,其中装配式建筑领域的应用备受关注。本文以UHPC在我国装配式领域的应用现状入手,从UHPC与普通混凝土(Normal concrete,NC)界面力学性能和与钢筋之间黏结性能(锚固、搭接长度)的基础性能研究到应用于装配式框架和剪力墙结构节点连接的整体性能研究进行了系统整理分析和综述,结果表明:UHPC与NC黏结界面力学性能优于NC-NC界面,与钢筋之间凭借超强的握裹力使锚固长度大大减少至4倍钢筋直径,试验也表明基于该性能的装配式构件节点连接性能符合“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震要求,抗震性能基本等同现浇结构。

叠合梁斜拉桥桥面板超高性能混凝土湿接缝应用研究

叠合梁斜拉桥施工复杂,其施工工序对内力影响较大,施工工序不当可能造成桥面板受力不均,产生裂缝。为避免施工过程中桥面板开裂,结合工程实例,对叠合梁施工期桥面板进行受力分析,并提出采用超高性能混凝土(UHPC)湿接缝的方法提高强度,防止裂缝产生。通过工艺试验验证了UHPC材料满足湿接缝材料要求后,在富翅门大桥中应用了UHPC湿接缝。由富翅门大桥的施工效果可知,采用UHPC湿接缝代替普通混凝土湿接缝,施工效果良好。由于UHPC材料早期强度高的特点,施工工期显著缩短,对于跨海桥梁或沿海桥梁,在面临台风等恶劣天气时,可抢先完成合龙,避免不利影响。

桥梁湿接缝用含粗骨料超高性能混凝土的性能研究

针对当前桥梁湿接缝混凝土存在的问题,研制出了桥梁湿接缝用含粗骨料超高性能混凝土UCA100,并与UC120超高性能混凝土、C60高性能混凝土进行了对比研究,结果表明:UCA100含粗骨料超高性能混凝土的工作性能良好,出机坍落度为265 mm,扩展度为500 mm,易于泵送,便于施工;力学性能优异,28 d抗压、抗折强度分别高达118.1、14.9 MPa,约为桥梁湿接缝常用C60高性能混凝土的2倍,且其早期强度发展也较快,能缩短张拉龄期;耐久性能优异,抗冻等级及抗氯离子渗透性能远优于C60高性能混凝土,其56 d抗氯离子渗透系数仅为0.1×10^(-12) m^(2)/s;体积稳定性能良好,长龄期干燥收缩小于300με,120 d徐变系数仅为0.66,均优于UC120超高性能混凝土与C60高性能混凝土。

新老桥间超高性能混凝土拼接接缝性能试验

依托上海市济阳路高架新老桥拼接项目进行了基于高应变强化超高性能混凝土(UHPC)材料的拼接缝试验.试验采用非对称加载,目的是模拟新老桥的不均匀沉降.试验结果表明,UHPC拼缝整个受力破坏的过程大致可以分为3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段.在UHPC板下缘首先出现裂缝,之后UHPC板侧面出现大量微小裂缝,裂缝均以微裂缝簇的方式呈现,裂缝宽度发展缓慢,且沿着板高向上发展.UHPC转角为1.2%时裂缝宽度仅为0.16 mm,具有出色的裂缝控制能力.最终,UHPC板底出现主裂缝,横向钢筋和门筋屈服,钢筋布置方式满足试件破坏形态要求,说明试件的配筋合理.结合有限元模型对试验进行模拟,吻合度较高.利用有限元进行参数分析,发现增加接缝自由长度和减小接缝厚度可以有效增强接缝弯曲性能.由于UHPC材料进行接缝施工具有方便、快捷、性能优越等优点,提出基于上下部构造不连接类型的接缝形式,并给出具体配筋方案.

低温环境补偿收缩混凝土在桥面湿接缝的应用研究

为解决钢-混组合桥梁湿接缝混凝土冬季施工时收缩徐变大、热量散失快、温度控制难等问题,设计了高强早强补偿收缩混凝土,采取控制混凝土原材料、混凝土拌制运输、浇筑和养护环节温度等措施,对钢-混组合桥桥面湿接缝混凝土冬季施工技术进行了研究。结果表明:膨胀剂掺量10%、早强剂掺量1.5%时,水中养护7 d限制膨胀率达3.6×10^(-4),14 d后转移至恒温恒湿养护室养护,28 d限制膨胀率达1.5×10^(-4),1 d抗压强度达到28 d的55%,28 d抗压强度为71.9 MPa,早期抗压强度高,能很好补偿混凝土的早期收缩。采取原材料保温加热、混凝土拌制运输和浇筑等过程保温,利用聚苯板和电热膜对翼缘板保温和加热,在混凝土表面覆盖薄膜、电热板加热,用棉被和双层篷布保温等措施能有效地促进混凝土的水化过程。

混凝土箱梁桥湿接缝受损受力特性研究

为了研究不同湿接缝连接方式对混凝土箱梁受力特性的影响,文章依托某高速公路混凝土箱梁桥,借助Midas Civil有限元软件,采用梁格法建模,模拟了混凝土箱梁桥湿接缝在偏载和中载作用下的受力情况,并分析了不同湿接缝损伤程度下的横向分布系数。结果表明:湿接缝的连接方式对箱梁横向连接状况由直接影响;横向增大系数随着湿接缝损伤程度的增大而增大,为混凝土箱梁桥湿接缝的设计和维护提供参考和借鉴。

预应力混凝土路面板自应力湿接缝力学分析

为了研究自应力湿接缝在预应力混凝土路面板中的应用效果,文章建立了相关力学理论模型,并在理论分析的基础上,提出了相关结构的有限元建模方法,采用有限元模拟方法开展了结构的力学性能研究。得到以下结论:(1)自由膨胀率为0.025%的膨胀混凝土能够产生2 MPa左右的自应力;(2)自应力湿接缝作用能够明显提高混凝土路面板的最小应力水平;(3)自应力湿接缝作用可以有效降低混凝土路面板的应力波动幅值,并改善应力分布均匀度,在预应力混凝土路面板中具有良好的应用效果。

基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板力学性能

为实现全预制装配式桥梁工程,满足桥梁上部结构的快速建造需求,基于超高性能混凝土(UHPC)和碳纤维增强聚合物筋(CFRP)的优越力学性能,提出基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板。对13个试件开展静力和疲劳试验,揭示新型预制拼装桥面板的破坏形态,探明疲劳荷载作用下各力学性能指标衰减规律;提出静力作用下承载力和挠度的预测方法,建立考虑疲劳效应的改进挠度计算方法和疲劳损伤模型。试验结果表明:静力作用下,基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板均具有理想的破坏形态,增多预埋焊接栓钉的数量和增大锚固区间距明显提高承载力;疲劳荷载作用下,桥面板的挠度､刚度和耗能随疲劳次数的发展趋势分为3个阶段:损伤快速增长阶段,损伤缓慢累积阶段和疲劳损伤破坏阶段;建立的承载力和挠度预测模型具有良好精度;提出的考虑疲劳效应的改进挠度预测方法和疲劳损伤模型,可为评估新型桥面板的挠度和疲劳损伤程度提供参考。为了充分验证接缝连接形式和分析模型的有效性,今后研究将增加试件的类型与数量。

桥梁伸缩缝超高性能混凝土关键性能的研究与应用

基于不同纤维混杂效应设计原理,利用PVA纤维或聚丙烯纤维与钢纤维二元混杂优化,制备了一种常温养护桥梁伸缩缝超高性能混凝土(UHPC),并探讨了其在实际工程中的应用。研究结果表明,采用这种方法所制备的混杂纤维增强UHPC不仅具有较高的强度且抗裂性好。当用掺量为20 kg/m的聚丙烯纤维与钢纤维混杂时,UHPC常温养护2 d时的抗折强度和抗压强度可分别达到13.6 MPa和40.9 MPa,28 d时可分别达到51.3 MPa和138.5MPa,且无明显的收缩开裂现象。工程实践表明,利用该混杂纤维增强UHPC对桥梁伸缩缝混凝土的病害进行整治时,不仅可以达到技术性能使用要求,而且可实现快速恢复交通,具有广阔的推广应用前景。

超高性能混凝土在宁波机场路南延工程中的规模化应用研究

宁波机场路南延工程采用超高性能混凝土作为小箱梁湿接缝,钢筋免焊接,且大幅减少现场浇筑混凝土的数量,有效加快了施工速度,保证了共建轨道交通宁奉线的按期通车时间,并减少了施工对环境和交通的影响。开展了桥面板湿接缝的试验研究,表明V形界面形式的抗裂性、承载力均优于凹槽界面和平面界面;界面湿润、凿毛可显著提升超高性能混凝土和预制混凝土的界面结合性能。通过宁波机场路南延工程大量的应用研究,形成超高性能混凝土预制拼装桥梁设计、施工、检测、验收成套技术要求体系,进一步推动超高性能混凝土新技术的应用和发展。

钢-超高性能混凝土胶接组合板受弯的界面性能

通过胶粘组成的组合桥面系,可解决正交异性桥面板疲劳开裂和桥面铺装层易损坏等难题。为研究钢-超高性能混凝土胶结组合桥面系的横向受弯性能,采用2种方案,对20块钢-超高性能混凝土胶接组合板进行了静力正/负弯矩加载试验,分析不同参数对其界面与承载性能的影响。研究结果表明:负弯矩作用下,保证胶黏层界面性能的前提下,适当提高配筋率,可提高该组合板面系的横向抗弯拉性能;现浇板纯弯段裂纹分布较密集,配筋率越高裂纹越密,而预制板裂纹较稀疏。正弯矩作用下的弹性极限与开裂荷载较负弯矩作用下的更大。因超高性能混凝土和钢板组合板之间的界面黏结强度较大,在2种界面处理方式下,组合板达到屈服时,其界面仍未脱离。组合板的开裂强度为8.9~22.2 MPa,整体大于6.41 MPa,可满足实际工程要求。

粗骨料活性粉末混凝土预制桥面板湿接缝受力性能研究

粗骨料活性粉末混凝土(CA-RPC)桥面板是一种新型高性能桥梁构件,文中对其结构行为开展试验研究和数值仿真分析。对带湿接缝CA-RPC桥面板试件和无接缝桥面板试件进行四点弯曲加载的对比试验,得到全过程荷载-位移曲线;在三维有限元模型中通过引入牵引-分离本构关系,进行加载全过程数值仿真分析。研究表明,相比于整块预制桥面板,带湿接缝的CA-RPC预制桥面板的抗裂性、极限承载能力,以及延性均有所降低;有限元模型中材料特性和接触关系的合理设置,可较好地模拟CA-RPC预制桥面板的力学性能。结合试验结果和相关规范,提出了CA-RPC预制桥面板及其湿接缝区域的抗弯承载力计算方法。