桥梁高强轻质混凝土应用技术

摘要：高强轻质混凝土(HSLWC) 将高强混凝土技术与高强轻骨料结合在一起, 具有轻质、高强、高耐久性、高刚度等特性, 是在软土地基上建造公路桥梁、尤其是大跨桥梁的较佳选择。本文综述了国内外高强轻质混凝土在新建公路桥梁和公路旧桥翻新上的应用现状。

关键词：高强轻质混凝土；桥梁；应用现状

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

一、高强轻质混凝土概述

高强轻质混凝土(HSLWC)指采用高强轻骨料(主要是陶粒) 配制的强度等级在CL40以上的轻质混凝土(LWC), 它在公路桥梁上的应用因其具有以下优点而越来越引起关注:轻质: HSLWC通常比普通混凝土轻20 %左右, 因而可使配筋量减少; 跨度增加; 在不增加恒载前提下,截面高度可以增加; 无需加固基础或支撑, 可以翻新或加宽现有桥梁; 减小地震反力。高耐久性: 包括高抗渗性、高抗冻融循环能力、高抗除冰盐和化学腐蚀能力、轻骨料与砂浆之间的良好弹性协调性减少了内应力以及相应的微裂纹、轻骨料与砂浆之间的粘结紧密、过渡区致密。低造价: 无需改变现有支撑体系, 就可以加宽或者替代旧桥面, 从而提供了桥梁维修和翻新的灵活性; 并通过施工时间的缩短, 减少了施工成本; 运输和架设费用大大减少; 下部结构和基础造价大大降低; 脚手架、模板、配筋费用减少; 提供了更大的设计灵活性以满足现代桥梁对结构和美学的需要。

优良的使用记录: LWC 已在严酷暴露条件下的海洋结构物以及桥梁中成功应用了80 多年。尤其适合于桥梁翻修: 众多现有桥梁的病害意味着对修补材料的巨大需求。LWC特别适合于在旧有桥面上加盖新桥面或者是加宽桥面, 在不增加过多恒载的情况下, 提高桥梁耐久性, 并提高现有桥梁的承载力, 以满足日益扩大的交通量需求。

二、国内外应用

北美已经用LW C建造了8 0 多座桥的桥面〔l], 其中绝大部分用于桥面板的新建或翻修。美国有一家轻骨料生产商仅其产品就已用于1 40 多座桥, 包括早在1965 年施工的Sebastian水湾桥, 采用HSLWC生产预制的超长预应力桥梁; 1 9 79年加利福尼亚东部帕罗特渡口的预应力轻质混凝土桥, 跨径为195m : 2000年开始施工的加州贝尼西亚一马丁内斯特大桥, 该桥长达1.9km、9孔主跨160.9 3m、边跨102.llm,为减轻梁部质量, 增加桥梁柔性, 最大限度地减小地震力, 以满足抗震设防要求, 将采用分段悬臂现浇施工41 , 600方CL45 级HSLWC。美国有个州交通厅己经在20多个桥梁中采用设计强度为3 6MPa 、含气量6 一9% 、气干平衡密度1850kg /m3的HsLWC。1 9 8 5 年, 美国联邦高速公路管理局了“ 轻骨料混凝土桥梁设计指南”。1 9 9 6 年, 加州交通厅专门组织召开了一届“ 轻骨料混凝土桥梁国际会议”。

我国桥梁工程应用轻质混凝土也有较长的历史:

1968年12 月竣工的我国南京长江大桥的上层公路桥面由混凝土板及钢纵梁组成, 混凝土行车道板的粗骨料采用粉煤灰陶粒, 具有质坚而重量轻的特点, 比普通混凝土轻2 0 一2 5%, 这是我国首次在特大桥梁上使用LWC。之后的山东黄河公路大桥的桥面板也采用了LWC, 至今使用良好。

1969年浙江省宁波市有反帝桥、解放桥等三座公路桥在主梁或桥面板上采用了粉煤灰陶粒混凝土。反帝桥全长304m , 解放桥全长242m , 最大跨度37 m。

60年代末至70年代初之间, 铁道部大桥局、铁道部科学研究院和上海建筑科学研究所等单位合作就HSLWC在铁路和公路桥梁中的应用进行了比较全面的研究, 利用当时的高强粉煤灰陶粒和当时的高强混凝土配制技术, 生产出CLSO级的HSLWC, 并从1966年开始, 采用粉煤灰陶粒混凝土或粘土陶粒混凝土先后建成了三十多座跨度在16.0 一21.4m 中、小跨度的公路桥, 既有钢筋LWC, 也有少量的预应力LWC。1976年和1980年两次对这些工程实地调查发现, 200号轻质混凝土经过12年后强度增长到400号, 15年后还有增长趋势; 碳化深度平均1.2 一1.4m, 比同龄期普通混凝土的略低; 未发现钢筋锈蚀现象; 桥面轻质混凝土耐磨性良好, 陶粒虽然外露, 但并未磨损或者凹损。

2000年竣工的天津永定新河大桥是唐津(唐山一天津) 高速公路跨越永定新河的一座大型桥梁。其总长度约12km 的南北引桥原设计为普通混凝土预应力箱梁结构, 经优化设计后由密度等级1900级的CL4O级HSLWC取代普通混凝土, 预应力钢筋混凝土箱梁跨度由原来的2 4m 增至35 m , 桥面也采用轻质混凝土。其抗压强度为50 一55MPa , 干表观密度为1850 一1900kg/m3 , 弹性模量为26 一3 lGPa。

2001年京珠高速公路蔡甸汉江大桥桥面板使用了1000方CL40 等级的轻质混凝土。

2002年, 天津海河特大桥在天津永定新河大桥应用经验的基础上, 将在部分跨的上部结构使用约1万方CL30的泵送轻质混凝土。

三、国内外高强轻集料混凝土的发展及优势

轻集料混凝土根据其用途和功能分为3类，一是以结构为主的工程，二是结构与保温同等重要的工程，三是以保温为主的工程。国外高强轻集料混凝土主要应用于高层建筑、桥梁和预应力结构。早在1969年，美国就用高强轻集料混凝土建成了高217.6 m，52层的休斯敦贝壳广场大厦。这幢按筒中筒结构体系设计的大厦只有采用高强轻集料混凝土经济上才算适宜。从结构设计观点来讲，217.6m的建筑高度，加上高空的强大风载，必须选用质量最好的轻集料来拌制轻集料混凝土，使其结构性能不低于普通混凝土。根据结构和建筑要求，2.51 m厚的筏型基础，内柱和外柱以及剪力墙要用强度为42MPa的高强轻集料混凝土浇制，11 m跨距的楼板要用强度为31.5 MPa的高强轻集料混凝土浇制，混凝土用量达7万m3。统计资料表明，预应力钢筋混凝土桥梁自重随跨度增大呈指数系数增加，经济分析认为，跨度超过30 m的桥梁，由于自重在总荷载中起着重要的作用，采用轻混凝土就具有相当的经济性了。

我国轻集料混凝土的生产和应用是从人造轻集料的研制开始的。1956年在山东博山利用水泥回转窑试制成功我国第一批粘土陶粒之后，至1975年轻集料的生产有了一定的规模，生产厂家发展到十几个。至1990年，我国人造轻集料生产厂有30余家，设计年产量53万m3，土990年实际生产量为30万m3，仅达生产能力的57%。同年由中国建筑科学研究院主持编制出《轻集料混凝土技术规程》GJ51—90，新规程更具我国特色，而且达到了美、俄、德等国同类标准水平，为我国进一步发展轻集料混凝土技术提供了科学理论依据和技术保证。1986年，由国家建工总局和上海市建委下达的岚皋路高层试点项目建筑3幢20层钢筋粘土陶粒混凝土全大模剪力墙住宅楼，该工程是由原设计18层的普通混凝造成20层陶粒混凝土的，由于采用了轻集料混凝土，每平方米自重减轻13%，使用面积净增1 200m2，基础造价减少10%，节约钢材3.7%，实际降低建筑造价16%，与临近同结构的18层普通混凝土住宅建筑相比，沉降量小32.5%，具有显著的技术经济效益。但我国轻集料混凝土的应用仍主要用于低强度的非承重结构，如生产小砌块。我国高强轻集料混凝土的研究始于20世纪70年代，天津建筑科学研究所等单位在实验室用高强粉煤灰陶粒配制出CL40干硬高强轻集料混凝土。20世纪80年代初，铁道部大桥局桥梁科学技术研究所在实验室采用高强粘土陶粒和625#水泥配制出CL60于硬性高强轻集料混凝土，将CL40粉煤灰陶粒高强混凝土应用于金山公路跨度为22m的箱形预应力桥梁，使桥梁自重减轻20%以上，是我国高强轻集料混凝土应用的一个成功范例。

结束语

综上所述桥梁高强轻质混凝土应用应该被我们重视起来，只有这样才能更有利于我国桥梁事业的发展。

参考文献

[1]娜威sto lm a 桥, 国外公路, 2 00 0 (1) ,PP·2 9 一3 2 0

[2]龚洛书等编著, 轻集料混凝土, 中国铁道出版社, 1 9 9 6 。