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浅析混凝土在桥梁工程和路面工程中的应用

 【摘要】随着我国经济发展,混凝土在桥梁工程中的应用也越来越广泛,本文详细介绍了混凝土的结构组成和混凝土在桥梁工程以及路面工程中的应用。  

  中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号: 

  一、混凝土简介: 

  混凝土是指由胶结料(有机的、无机的或有机无机复合的)、颗粒状集料以及必需加入的化学外加剂和矿物掺合料组分合理组成的混合料,或经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料(普通是以胶凝材料、水、细骨料、粗骨料,需要时掺入外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀拌制、密实成型及养护硬化而成的人工石材)。 

  混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。 

  混凝土具有原料丰富,价格低廉,生产工艺简单的特点,因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高,耐久性好,强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛,不仅在各种土木工程中使用,就是造船业,机械工业,海洋的开发,地热工程等,混凝土也是重要的材料。 

  混凝土是一种充满生命力的建筑材料。随着混凝土组成材料的不断发展,人们对材料复合技术认识不断提高。对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强度,而是在立足强度的基础上,更加注重混凝上的耐久性、变形性能等综合指标的平衡和协调。混凝土各项性能指标的要求比以前更明确、细化和具体。同时,建筑设备水平的提升,新型施工工艺的不断涌现和推广,使混凝土技术适应了不同的设计、施工和使用要求,发展很快。 

  混凝土并不是一种孤立存在的单一材料。它离不开混凝土用原材料的发展,离不开混凝土的工程应用对象的发展变化。应该从土木工程大学科的角度来认真对待混凝土。混凝土配合比设计也是这样,首先要分析工程项目的结构、构件特点、设计要求,预估可能出现的不利情况和风险,立足当地原材料.然后采用科学、合理、可行的技术线路、技术手段。配制出满足设计要求、施工工艺要求和 

  使用要求的优质混凝土。 

  二、混凝土的路面施工技术简介 

  (1)主要技术内容 

  ①在配合比设计方面:使用沥青混凝土配合比设计及图表制作计算机辅助系统,自动计算矿料配合比、生成并调整级配曲线图;自动绘制马歇尔试验各项指标与沥青用量的关系图,计算最佳沥青用量;提供砂筛分记录表和筛分曲线图。计算速度较人工提高20倍以上。 

  ②施工技术及施工工艺方面: 

  A面层各层结构应根据该层在使用中要求的性能与作用选择,路面三层均应选用骨架密实结构,不宜选用悬浮结构。 

  B混合料最佳出料温度、摊铺温度、压实温度;改性沥青混合料在运输、摊铺、压实过程中的温度损失规律;有效防止在运输、摊铺、碾压过程中的温度损失的措施,最大限度地控制了摊铺、碾压成型过程中的温度差异造成的压实度不均匀性;混合料碾压设备的合适组合和碾压控制。 

  C对于改性沥青SMA路面,改变传统的碾压工艺,采用增大压实功,使混合料在高温下成型,压实度高,石料不被压碎,玛蹄脂不上浮,表面构造深度达到标准高限要求。 

  (2)技术指标 

  ①改性沥青混合料施工过程中工程质量控制标准 

  (3)适用范围 

  适用于高等级公路、厂矿道路、机场跑道等热拌改性沥青路面单层、双层结构的铺筑施工。 

  (4)已应用的典型工程 

  该技术已在河北石黄高速辛沧路面三合同(SAC结构表面层),江苏连徐高速AB-24标、汾灌高速OPQ23标、汾灌高速OPQ21标,徐宿高速21标(改性沥青SMA结构),浙江抗台衢高速8标(AK抗滑结构),山西大运高速7标,福建宁德高速B1标(AC结构),京珠高速湖北二合同(Superpave12.5结构)等工程成功应用。从2000年起到2003年底,累计修改性沥青路面267.821km。这些工程都己完工,交工时均为优良工程,投入使用后,使用性能得到业主和社会认可,有良好社会信誉 

  三、高效混凝土: 

  高效混凝土高效混凝土(HPC)是具有高质量和高耐久性的混凝土,具有四个方面的特征,即:高强度。15mm立方体标准强度值高于60MPa;高耐久性。密实性好、抗渗性好、抗碳化能力强、抗腐蚀能力高,使用年限大于设计基准期;高体积稳定性。较小的混凝土徐变变形和收缩变形;高工艺性。综合而言,高性能混凝土即是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土,使混凝土结构能提高使用年限,降低工程成本的混凝土。 

  四、高效混凝土应用及发展 

  多年来,在预应力混凝土桥梁领域一直采用40~50MPa的混凝土,然而实践中常常出现28d实际强度超过50MPa的情况。由于高效混凝土具有更高的强度、更高的弹性模量、更高的抗拉强度、较小的徐变和更好的耐久性,高强混凝土梁较之普通混凝土梁具有较小的初始挠度热高的允许抗拉强度激小的预应力损失激小的上拱度变化和更长的使用寿命,最近几年,世界各国对高效混凝土产生较大兴趣并开始应用于桥梁实践。 

  目前,高效混凝土又有新的发展。强度120N/平方毫米的混凝土用于一座人行桥,它不需机械震捣。在加拿大,采用强度200N/平方毫米的纤维加强混凝土修建了一座人行天桥。 

  在我国,近五年来,高效混凝土(≥C60级)在桥梁工程中得到越来越广泛的应用。长江、黄河上的一些公路桥梁均成功地采用了60号混凝土。关于高效混凝土的科研工作已取得了喜人的成就。如河南焦作市公路局和海威工程咨询有限公司对采用高效预应力高强混凝土在桥梁工程中的应用进行了较为深入的研究。 

  采用高性能混凝土空心板较普通PC空心板可节省混凝土 35%以上,可节省钢铰线15%以上,在16~30m跨径范围内,材料费用节省20%。因此对于公路桥梁工程中大量使用的空心板采用高性能混凝土井进行优化设计,其经济效益十分可观。 

  五、限制条件为了发挥高效混凝土的作用,需要设置较强的预应力。 

  因此必须选择高强低松驰钢绞线。采用2070MPa(300级)的钢绞线比采用1860MPa(270 级)钢绞线效益更高。 

  截面尺寸主要是底翼缘(马蹄)的尺寸选择,增加下翼缘的尺寸可以容纳更多的钢束,因此引起混凝土体积及相应重量的增加,但当混凝土强度超过55MPa时才会体现出较佳的费用效益比。 

  钢绞线规格、间距及其强度对高强混凝土的效益均有一定影响。一般而言,采用较大钢绞线直径(15.2mm)较小钢束间距时效益较明显。 

  限于运输条件,当梁跨径较大时会引起费用的增加。 

  六、结论与建议 

   (1)采用混凝土梁板断面高度可以降低,从而较少工程投资,这对于新建和重建桥梁均具有重要意义。 

   (2)采用高效混凝土,因材料数量减少,对保护自然资源、减少环境污染、保护环境十分有益。 

   (3)在不久的将来,应集中应用强度达60MPa的混凝土。对现有采用270级直径12.7mm净距和保护层均为50mm的钢铰绞线断面,采用70MP4的混凝土时可以加大梁板跨径,结构更为经济。至少各公路部门对较大跨径的梁应采用50MPa的抗压强度。事实上许多预制梁已经达到此水平。 

   (4)在成功应用强度大于70MPa混凝土之前,就开展梁的传力长度、挠度、横向稳定性和动力特性、预应力损失、梁的抗剪强度、设计寿命以及桥面系研究。 

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