1、活性粉末混凝土铁路桥简支 T 梁应用分析摘要 活性粉末混凝土是一种新型超高强水泥基复合材料，它具有超高强度、超高耐久性、高韧性、良好的体积稳定性。本文以蓟港铁路扩能改造工程中使用的预应力 RPC 简支 T 梁为实例介绍活性粉末混凝土的主要特性和该型梁的主要性能。 关键词 高强度 耐久 应用 发展 中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 引言 蓟港铁路北塘西至东大沽扩能改造工程，位于天津铁路枢纽东南部，线路所经地区分属天津市东丽区、津南区和塘沽区，正线全长47.664km。该工程采用活性粉末混凝土（即 Reactive Powder Concrete，简称 RPC）铁路桥简支 T
2、 梁 19 孔，其中 32m 单线 RPC 梁 14 孔，24m 单线 RPC 梁 5 孔。32mRPC 梁是目前国内已经应用的最大跨度的铁路简支 RPC 梁。设计抗压强度 120Mpa、极限抗拉强度 14Mpa、弹性模量43.8Gpa。 RPC 材料作为一种新型的混凝土不仅有超高的抗压强度，而且具有3060Mpa 的抗折强度，有效的克服了普通高性能混凝土的高脆性。RPC材料的优越性在土木、石油、核电、市政、海洋及军事领域中有广泛的应用前景。 2、RPC 基本配制原则 RPC 具有超高的力学性能和耐久性，依据此原理配制 RPC 需要注意以下原则： （1）提高匀质性：用细骨料代替粗骨料以提高水泥
3、砂浆的力学性能，消除骨料与水泥界面的过渡，提高基质匀质性； （2）提高密实度：可以通过以下三方面措施提高密实度： 采用平均颗粒尺寸在 0.1um1mm 的原材料，减少混凝土中的孔间距。优化颗粒级配。 采用高效减水剂。 （3）提高韧性：掺入超细钢纤维以提高韧性。蓟港扩能改造工程中使用的 RPC 梁掺入的钢纤维长度约为 12.96mm，直径约为 0.21mm，掺量为 6.45%。 （4）热养护：凝固以后通过热养护使 RPC 的热反应性得以充分发挥，从而改善微结构。 前两条原则是使 RPC 有很高的抗压强度，第三条原则不但可以提高抗拉弯强度同时也可以获得高韧性和延性。提高复合物的匀质性及颗粒密实度的
4、措施是 RPC 设计的根本所在，热养护的目的是进一步提高材料的力学性能。 3、原材料与配合比 特制砂：灵寿县彩宇矿物粉体厂生产的特制砂，规格型号分别为1.250.63mm；0.630.315mm；0.3150.16mm；其比例为1：2：1.94。SiO2 含量不低于 98%，泥土含量不大于 5%。 水泥：唐山冀东水泥三友有限公司生产的低碱 P.O42.5 水泥。水泥熟料中 C3A 含量不大于 8%。 外加剂：北京市建筑工程研究院生产的高性能外加剂，减水率 30%，含气量 1.8%。碱含量小于 3.5%。 钢纤维：北京惠城基业工程技术有限责任公司生产的钢纤维，规格0.180.22mm。 复合掺合
5、料：北京建华兴达科贸有限公司生产的掺合料，SiO2 含量大于 85%，细度 190000cm2，流动比 96%。 施工配合比的水胶比不大于 0.2，拌合物和易性根据实际施工条件要求确定，但是塌落度不宜大于 180mm。 施工工艺和养护 4.1 施工工艺 4.1.1 混凝土搅拌与浇筑 4.1.1.1 混凝土配料的计量设备每半年校验 1 次，发现计量设备有异常时必须及时校验。 4.1.1.2 混凝土原材料配料称量精度:水泥的用量按质量计应准确到1%；干燥状态的掺合料的用量按质量计应准确到0.5%；骨料的用量按质量计应准确到1.5%；水、外加剂的用量按质量计应准确到0.5%。 4.1.1.3 搅拌机
6、采用强制式混凝土搅拌机，采用电子计量系统计量原材料。 4.1.1.4 混凝土搅拌速度应与浇筑速度相协调，以尽量缩短混凝土拌好后的停放时间，并保证浇筑速度。搅拌时间应视拌合物的均匀性，尽量加长。每次浇筑的时间间隔控制在 10min 左右。 4.1.1.5 搅拌机加水、外加剂搅拌开始后，应连续均匀进行，保证搅拌机的正常工作和拌合物的均匀性，否则减少搅拌混凝土方数。以得到合理的搅拌量。 4.1.1.6 工作完毕应将搅拌机及全部砼容器清干净。 4.1.2 梁体混凝土浇筑 4.1.2.1 浇筑前应做如下检查： 所有模型紧固件是否拧紧、完好； 模型接口是否有缝隙； 所有振动器是否完好，附着式振动器安装螺栓
7、是否已拧紧。发现问题处理后再开始浇筑。 4.1.2.2 附着式振动器接线时应防止缺相，以免烧坏振动器。 4.1.2.3 浇筑采用连续灌造、一次灌成的工艺，并具有良好的密实度。每片梁浇注总时间不宜超过 6.5h。 4.1.2.4 下灰要均匀,每层混凝土浇筑厚度不得超过 20cm。 4.1.2.5 混凝土捣固采用附着式震动器侧震为主与振捣棒插入振捣为辅的联合振捣工艺。 混凝土振捣原则： 下翼缘采用附着式振动器振捣，腹板采用附着式振动器和插入式振动器联合振捣，桥面、挡碴墙采用插入式振动器振捣。 预应力钢束以下部位应一边下灰一边用附着式振动器振捣；预应力钢束以上部位应以插入式振捣器振捣为主，插入困难的
8、部位可短时开启附着式振动器予以辅助。 应振捣密实并防止过振、漏振； 4.1.2.6 插入式振动器使用 应使其自然顺利进入混凝土内，不要用力猛插，更不要使软轴折成死弯。 振捣时振捣棒不得碰撞模板、预埋件和预应力管道。 4.1.2.7 振捣时间以混凝土停止下沉、不再冒出气泡表面呈平坦、泛浆为准，但亦不少于半分钟。 4.1.2.8 混凝土拌合物滞留或浇注间断时限应根据水泥性能、环境温度、水灰比和外加剂类型、运输距离、初凝时间等具体情况通过实验确定；混凝土拌合物滞留时限一般不超过 1h，浇注间断时限一般不超过2h。 4.1.2.9 混凝土浇注时，模板温度宜在 535。当模板温度低于0或高于 40时，应
9、对模板采取升、降温措施。当模板温度低于 0时，应用蒸汽对模板预热；在炎热的夏季，应避开白天高温时灌注混凝土。 4.1.2.10 桥面板混凝土应及时赶压、抹平，保证排水坡度和平整度，平整度不大于 3mm/m。 4.2 热养护 热养护即蒸汽养护时，采用自动温控蒸汽养护设备，屏蔽式养护罩，多点升温，多点降温，通过单板机控制养护温度，严格控制升温、降温梯度和恒温、降温时间及拆模温度。 4.2.1 采用蒸汽养护时，应实施跟踪养护，使棚温与梁体内水化热相适应。蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。 4.2.2 蒸汽养护控制要求 (1)静停：浇筑完成后，静停时间不少于 6 小时。 (2)蒸汽初养：静停
10、完毕的构件，通过蒸汽提高苫布内的环境温度。升温速度不得大于 12/h，升温至 45保持恒温 24 小时（或同条件养护下，试件的抗压强度不低于 40Mpa。 ） 当试件达到要求强度及养护时间后，即可停汽并适当退温，降温速度不应大于 15/h，直至构件表面温度与环境温度相差不超过 20时，可以拆模。初养过程环境湿度应保持在 90%以上。 (3)拆模：拆模时，确保构件温度与环境温度差不大于 20，且能保证构件棱角完整，联接板根部、隔墙根部及梁面板掖部不开裂时方可拆模。拆模时严禁粗暴作业，防止边角磕损、碰坏。 (4) 蒸汽终养：拆模后的构件再次覆盖苫布，通蒸汽养护。蒸汽不能直接喷在构件表面，蒸汽排管与
11、构件之间留有 40cm 以上的间隙，且使蒸汽向下方喷。 4.2.3 自然养护：构件终养结束后需自然养护，环境温度不应低于10，并对构件进行洒水养护，时间不应少于 7 天。当环境平均气温低于 10或最低温度低于 5，应按冬季施工处理，采取保温措施。气温急剧变化时不宜拆模。 可能出现的问题 5.1 钢纤维结团现象：RPC 混凝土施工中可能出现钢纤维结团的现象，经过干搅拌试验筛选、统计，钢纤维团直径从 20mm36mm 不等。 5.2 拆模困难：由于 RPC 梁高度较低，蒸汽初养后表面粘结力比较大，造成一定的拆模困难， 可以采取以下措施进行预防： 建议设计时增大梁倒角处的变坡点或增大圆倒角的半径。
12、6、梁的性能 6.1 超高的力学性能 通过试验 RPC 梁具有非常优异的力学性能，与高性能混凝土（HPC）相比，它具有高两倍的抗压强度，弹性模量也大幅增加。 6.2 良好的耐久性能 6.2.1 抗氯离子渗透试验： 水泥水化的强碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的保护钢筋的钝化膜。而钝化膜只有在高碱性环境才是稳定的，当 PH 值11.5 时就开始不稳定，当 PH 值9.88 时该钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜开始逐渐破坏。氯离子在钢筋附近出现是导致钝化膜破坏引起钢筋锈蚀的主要原因。同时氯离子粒径很小，很容易渗入混凝土空隙中，扩散能力很强。所以氯离子渗透性是反映混凝土孔隙率大小和空隙结构的重要参
13、数，也是考量混凝土结构耐久性的重要参数。由于复合物的匀质性及颗粒密实度的措施是 RPC 设计的根本，因此 RPC 的抗氯离子性能要远远优于HPC。具体结果见表 6.2.2 抗渗性试验 混凝土的抗渗性是指抵抗压力水渗透的能力。混凝土中多余水分蒸发后留下了空隙或孔道，同时新拌混凝土因泌水在骨料颗粒与钢筋下缘形成的水膜，或泌水留下的孔道和水囊，在压力水的作用下会形成内部渗水的管道，这是导致混凝土渗水的原因。如果混凝土抗渗性不合格将导致混凝土的寿命严重降低。该型 RPC 梁的抗渗等级?P50，远大于一般混凝土。 6.2.3 抗冻性试验 混凝土的抗冻性是指其在饱和水状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力。
14、抗冻性是评定混凝土耐久性的重要指标，在我国北方工程建筑中抗冻性显得尤其重要。混凝土的冻融破坏时我国北方建筑老坏病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运营，该 RPC 梁具有非常优异的抗冻性能，在 300 次冻融循环下其相对弹性模量损失不超过 40%，重量损失不超过 5%。 7 总结 蓟港铁路扩能改造工程中使用的 RPC 梁是 RPC200 级在工程中的一次成功运用。该梁具有高度的力学性能和良好的耐久性能，同时以现场施工技术条件满足工程需要进行了设计，降低了工程成本，使 RPC 向普通工程项目迈进起了重要的推动作用，为今后工程中使用 RPC 提供了可借鉴的经验。 参考文献 【1】屈文俊，秦宇航 .活性粉末混凝土（RPC）研究与应用评述结构工程师，2007，10：8693 【2】宋少民，未翠霞.活性粉末混凝土耐久性研究混凝土，2006，2：7981
