活性粉末高性能混凝土桥梁在高速公路的应用
摘要：随着高性能混凝土关键技术研究与推广，活性粉末高性能混凝土构件在高速公路建设中应用越来越广泛，预应力活性粉末混凝土梁的抗弯能力与其自重之比接近于钢梁，在工程结构中的应用可较好地解决混凝土抗拉强度不够高、脆性大、耐久性差等缺点，同时可以较好地解决钢结构投资高、防火性能差、易锈蚀等问题。
关键词：活性粉末高性能混凝土；超高强度、高耐久性
一、前言
活性粉末混凝土RPC（Reactive Powder Concrete）是20 世纪90 年代开发出的超高强度、高韧性、高耐久性的新型超高性能混凝土，另外由于RPC 中掺入了钢纤维，使得其抗裂性能也得到了显著的提升。本文以麻城至安康高速公路麻城东段K2+695跨线天桥为例，谈谈活性粉末高性能混凝土预制梁在高速公路的应用。
项目东连大广北高速，西接麻城至安康高速红安段，路线全长15.865 公里，其中K2+695跨线天桥设计为2 跨全预制拼装活性粉末混凝土简支变刚构的结构形式，桥梁跨径布置为2×25m=5
0m，单幅双向两车道，上部结构均采用等高截面RPC 预制π梁，下构为RPC 预制柱式墩、普通钢筋混凝土耳背式桥台及扩大基础。
二、活性粉末混凝土（RPC）主要特点
预应力活性粉末混凝土梁的抗弯能力与其自重之比接近于钢梁，RPC在工程结构中的应用可较好地解决混凝土抗拉强度不够高、脆性大、耐久性差等缺点，同时可以较好地解决钢结构投资高、防火性能差、易锈蚀等问题。活性粉末混凝土与普通混凝土主要性能指标比较结果如下。
序号
项目
RPC
普通混凝土（NC）
RPC/NC
1
抗压强度(MPa)
150~230
20~50
约5 倍
2
抗折强度(MPa)
30~60
2~5
约10 倍
3
弹性模量(GPa)
40~60
30~40
约1.4 倍
4
材料断裂韧性(kJ/m2)
20~40
0.12
约200 倍
5
氯离子扩散系数(m2/s)
0.01×10-12
1.1×10-12
约1/100
6
抗渗等级
≥P35
≤P12
>3 倍
7
徐变系数
0.29~0.31（热养）
1.3~2.1
约20%
8
冻融剥离（g/cm2）
7
＞1000
约1/140
9
吸水特征（kg/m3）
0.2
2.7
约1/13
10
磨耗系数
1.3
4
约1/3
11
抗压比强度(MPa/kg)
6.0-9.2
0.8-2.0
4.1-7.5
由上表可知，RPC 不仅具有极高的抗压强度，而且由于混凝土内部孔隙率很小，故有优良的抗氯离子渗透、抗碳化、抗腐蚀、抗渗、抗冻及耐磨等耐久性，掺加微细的钢纤维后更使RPC 的抗折强度和耗能能力得以显著提高，因此RPC 具有更好的抗冲击特性。其抗压比强度（抗压强度/材料容重）是普通混凝土的6 倍，可大幅减少构件尺寸，实现结构的轻型化。
三、活性粉末混凝土（RPC）桥梁特点
目前，公路桥梁常采用的梁型中，预制小T（箱）梁与钢-混组合梁最具有竞争力，而有少数桥梁采用双向密肋的整体板式梁。钢-混组合梁具有制造难度低、重量轻；施工周期快、场地要求低；交通及环境干扰少；质量易控制等优点，但同时也有经济性比混凝土小箱梁差的缺点。预制T（箱）梁虽然有造价低和施工技术成熟等优点，但因为主梁自重大需要大型的运输及起吊设备，而且施工工期一般较长，运营阶段质量维护麻烦。双向密肋的整体板式桥虽然整体稳定性好，但跨越能力不足，影响美观，经济性较差，且一般适用于双向受力体系，而本桥基本可认为是单向受力，因此本桥型不适用。而采用RPC 预制梁，其优点非常明显，比如耐久性好、制造难度低、重量轻；施工周期快、场地要求低；交通及环境干扰少；经济性比钢-混组合结构更好。
预制安装的概念早已被人们接受，但主要是对上部结构。混凝土梁或钢梁在工厂制作完成后，运至工地，只等墩台盖梁做完，就可以把梁架上去。目前，预制安装概念正在扩展到下部结构。盖梁、墩柱以及桥台开始在工厂预制，再运到工地安装。例如，在美国的一些无地震区(如德克蕯斯州)就已经实施了这一工艺。从构造上讲，立柱和盖梁两个构件采用预制安装最方便，因为它们都是直杆，制作、运输、吊装都很简单。采用预制安装方法施工无疑比现浇更能加快工程进度，减少现场操作时间。预制安装工艺可以平行作业，大量工作在工厂内完成，少占用现场的空间和时间，不必长时间地关闭交通。另外，还降低了工人在混乱场面中工作的危险性。近年来，国内下部结构节段预制拼装技术研究和应用逐渐深入，正逐渐获得我国业主及设计的关注和重视。全预制拼装桥梁是将桥梁各组成部分分成若干块件，如桥台、墩、盖梁及主梁等，工厂预制，运输到施工场地，现场拼装。预制构件容易标准化，更能发挥预制工艺的优点：预制工厂化，便于质量控制；对周边环境和交通影响小；能有效消除危险区域作业的安全隐患；预制混凝土收缩徐变小等。避免了施工现场的“人海战术”，确保质量安全。
综合考虑经济性、技术性、景观性和环保性等因素，本项目跨线车行桥拟推荐全预制装配式RPC 梁桥为桥梁结构方案。
四、活性粉末混凝土（RPC）桥梁施工要点
1.RPC生产及浇筑要点
活性粉末混凝土可在工厂将各种干燥的固体原料预拌为固态混合物，运输到施工现场或预拌混凝土生产场所，加水与液体组分拌制成拌合物。预拌与运输应保证混合物不离析。活性粉末混凝土的搅拌、运输、浇筑及构件静停应在10℃以上的环境中完成。在活性粉末混凝土拌合物的运输及浇筑过程中，严禁往拌合物中加水。
RPC 中钢纤维体积掺量均为2%。根据《活性粉末混凝土结构技术规程》（DBJ43/T325—2017），RPC 材料的主要为：活性粉末混凝土力学性能的试验按照GB/T 31387-2015 规定的方法进行，立方体抗压强度试验应采用100mm×100mm×100mm 立方体试件，加载速率1.2MPa/s，同条件养护的混凝土试件强度代表值的确定应符合GB/T 50107-2010 中4.3.1 的规定。
2.RPC 养护要点
采用三阶段蒸汽养护方式，具体流程如下：
静停。静停时的环境温度应在10℃以上、相对湿度60%以上，静停时间不应少于6h。
升温养护。静停完毕的构件应进行蒸汽养护，升温速度不应大于12℃/h，升温至70℃后，保持恒温（70℃±5℃）72h 或升温至90℃后，保持恒温（90℃±5℃）48h 直至同条件养护试件的抗压强度达到设计值。再以不超过15℃/h 的降温速度降至构件表面温度与环境温度之差不大于20℃的温度范围内。升温养护过程的环境相对湿度应保持在95%以上。升温养护结束后可拆模。拆模时构件表面温度与环境温度之差不应大于20℃。
自然养护。活性粉末混凝土构件终养结束后应进行自然养护，环境平均气温宜高于10℃，构件表面应保持湿润不少于7d。当环境平均气温低于10℃或最低气温低于5℃时，应按冬期施工处理，采取保温措施。
3.RPC施工中应注意的其他事项

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