[01238988]西部地区用于桥梁加固的高粘结抗扰动混凝土的研制

一、任务来源 “西部地区用于桥梁加固的高粘结抗扰动混凝土的研制”（合同编号：200731882229）是西部交通建设科技项目。项目由同济大学牵头负责，项目负责人：同济大学张雄教授。项目参与单位：贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司、辽宁省交通规划设计院和贵州省高等级公路管理局。 二、应用领域和技术原理 本项目研制出在不中断交通情况下用于混凝土桥梁加固的、具有高粘结抗扰动混凝土，并形成该混凝土的施工技术和质量控制检验方法。 其技术原理如下： 1）车桥耦合振动状态下桥梁加固构件内应力量化分析 在分析各种桥梁、各种路面条件、各种车辆通车条件下的车桥耦合振动特性基础上，量化分析了桥梁加固构件内力和应力响应，阐明加固混凝土受扰动时所承受的最大应力和受扰方式，该技术是设计桥梁加固混凝土粘结性能和抗扰动性能的重要依据，也是本项目研究的重要基础。 2）混凝土高粘结抗扰动技术 利用复合胶凝材料体系配伍和功能外加剂配伍技术配制高粘结抗扰动混凝土。复合胶凝材料和功能外加剂是配制高粘结、高抗扰动混凝土的关键材料组分，通过调整复合胶凝材料配伍和选用不同功能的外加剂，配制出超早强型、自愈合型、纤维增韧型、自密实型加固混凝土。 3）加固混凝土抗扰动性能和粘结性能的量化指标与检测方法 确定混凝土抗扰动性能和粘结性能的具体量化指标，并制定相应检测方法，科学地评价桥梁加固混凝土性能和质量，确保桥梁加固工程的安全性。 三、性能指标 合同要求的主要性能： 1）早强型加固混凝土：具有超早强高强特性，1d强度达到设计强度50﹪，7d达到设计强度，粘结强度提高50﹪以上； 2）自愈合型加固混凝土：对受扰损伤裂缝有自愈合自修复功能，自愈合率＞90﹪； 3）混杂纤维增韧型加固混凝土：相对普通混凝土抗扰抗裂性能提高3倍，混凝土收缩大幅度减小； 4）自密实型加固混凝土：具有流态化自密实特性，可满足复杂桥梁构件的加固技术要求。 实际达到的性能指标： 1）早强型加固混凝土：具有超早强高强特性，1d强度达到设计强度67.7﹪，7d达到设计强度101﹪，粘结强度提高175﹪以上； 2）自愈合型加固混凝土：对受扰损伤裂缝有自愈合自修复功能，自愈合率达到92.3﹪； 3）混杂纤维增韧型加固混凝土：相对普通混凝土抗扰抗裂性能提高3.07倍，混凝土收缩大幅度减小； 4）自密实型加固混凝土：混凝土扩展度635mm，1h扩展度535mm。 四、与国内同类技术的比较 本项目研究成果就下述三点进行查新： 1.高粘结抗扰动混凝土成套技术，修复工程不阻断交通； 2.集成技术赋予混凝土抗扰动和自修复特性； 3.车—桥（路）耦合振动状态下混凝土受扰动分析模型。 查新结论：在上述检索范围内，国内外未发现与本课题研究成果完全相同的文献报道。 五、成果的创造性、先进性 （1）创建车桥耦合振动分析理论与方法 通过精细的车桥耦合振动分析，明确了常见桥梁的车桥耦合振动工作特性，并根据桥梁加固部位、加固时车速限制和桥面平整度等给出高、中、低三类扰动等级，从而为后续加固混凝土材料性能研究及其试点工程应用明确了具体的性能指标要求。 （2）成套技术创新 创建桥梁加固用高粘结抗扰动的混凝土成套技术，包括：高粘结抗扰动混凝土的配合比设计、施工工艺与质量控制技术和施工质量检验与评估方法。 （3）材料体系与技术路线创新 三条创新技术路线构建加固混凝土材料新体系： 1）应用复合胶凝效应原理，以硅酸盐水泥与矿物外加剂配伍，组成复合胶凝材料体系，使所配制的混凝土具有受扰动期短、超早强、高强、自愈合特性； 2）各种功能化学外加剂匹配互补组成复合外加剂体系，赋予混凝土高粘结强度、低收缩、抗扰动的特性； 3）掺入复合混杂纤维，使加固混凝土具有抗裂韧性和抗扰动特性。 六、作用意义（直接经济效益和社会意义） 本技术实现了不中断交通桥梁加固。按加固工程施工期间每座桥流量10000辆车计，其中大型车30﹪，平均吨位10吨；中小型70﹪，平均吨位5吨。若中断交通进行桥梁加固，按车辆绕道多增加行程20公里、平均每公里每吨耗油大型车0.2升，中小型车0.12升计，则每座桥每日增加耗油近20万升，折合人民币130万元。按加固混凝土养生20天计，两座桥梁直接经济损失5200万。投入产出比达到13500（﹪）。 本项目成果不仅具有极大的经济效益，而且研制的加固混凝土不仅可用于一般气候环境的不中断交通桥梁混凝土加固、尤其针对西部地区特有的环境气候进行耐久性设计与提升，故其提升了西部地区桥梁混凝土的耐久性，从而起到良好的减少西部地区资源消耗、保护生态环境的作用。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 本项目的研究成果已经在辽宁后丁香大桥箱梁加固以及贵州金钟山大桥桥面“黑改白”加固工程中得到了很好的应用。 本项目成果可推广应用于除西部地区以外的全国其它地区桥梁加固工程。其应用前景十分广阔，经济效益十分可观。若将本项目三大指南《高粘结抗扰动混凝土配合比设计指南》、《高粘结抗扰动混凝土施工工艺与质量控制技术指南》和《高粘结抗扰动混凝土施工工艺与质量控制技术指南》。上升至行业标准，这样更有利于项目研究成果的推广。