关键词：
桥梁伸缩缝锚固区
超高性能混凝土
组成设计
力学性能
增强增韧
摘要：
桥梁伸缩缝锚固区混凝土在车辆荷载及恶劣环境综合影响下,极易出现病害,影响行车的安全性与舒适性,缩短桥梁伸缩缝的使用寿命。超高性能混凝土是一种高强度、高韧性、高耐久性的新型水泥基材料,对于改善桥梁伸缩缝锚固区混凝土破坏具有明显的优势。基于桥梁伸缩缝锚固区混凝土受力破坏结构特点,开发适合桥梁伸缩缝使用的超高性能混凝土,以解决桥梁伸缩缝锚固区混凝土耐久性问题。其主要研究内容和结论如下:
首先,通过对桥梁伸缩缝锚固区混凝土病害调查及受力分析,发现伸缩缝锚固区混凝土早期易发生破坏,锚固区混凝土应力随着超载率的增加逐渐增大,且混凝土主要以受拉为主;可以适当提高桥面铺装层弹性模量和锚固区混凝土深度,减小锚固区混凝土受力。总结了锚固区混凝土破坏机理,并对锚固区混凝土提出了性能要求。结合原材料特性,确定了超高性能混凝土关键制备参数。
其次,对掺不同种类钢纤维超高性能混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能进行了系统研究。结果表明,超高性能混凝土具有良好的工作性能,掺入端钩型和长直线型的混凝土坍落扩展度在550mm以上,混掺PVA纤维后混凝土流动性能下降。相同体积率下,端钩型钢纤维超高性能混凝土强度最优异,混掺PVA纤维的超高性能混凝土强度最差。此外,超高性能混凝土还具有良好的耐久性能,历经300次冻融循环后,超高性能混凝土的质量损失率在0.3%以下,相对动弹性模量在93%以上;抗氯离子渗透深度为2mm,氯离子扩散系数为0.093×10-12m2/s,均满足锚固区混凝土的性能要求。
最后,通过对超高性能混凝土荷载-挠度曲线、孔径及微观形貌分析,明确钢纤维增强增韧机理。结果表明,钢纤维能够提高基体的强度和韧性,阻碍裂缝的产生和发展,综合来看,端钩型钢纤维超高性能混凝土的阻裂增韧效果更显著,而PVA纤维主要在受弯开裂后期发挥阻裂增韧作用。超高性能混凝土的孔径主要分布在50nm以下,且以10nm以下的胶凝孔占比最大。从微观形貌中可以看出,基体-纤维的界面结合处无明显孔隙和裂缝,界面结构致密,有效地提高了纤维-基体间的粘结强度,乱向搭接分布的钢纤维形成致密的网架结构,提高了超高性能混凝土强度,改善了超高性能混凝土的延性和韧性,从而超高性能混凝土表现出超高强度和韧性。
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