关键词:
装配式预应力混凝土路面板
钢纤维膨胀混凝土
粘结-滑移
预应力传递长度
应力补偿
摘要:
近年来,我国交通运输行业呈现重载化、大型化趋势,在交叉路口、重载交通路段等易损路段因交通量大、车载重,普通沥青路面车辙、裂缝、拥包等病害频发,现有传统水泥混凝土路面存在施工工期长,养护成本高等缺陷。装配式预应力混凝土路面具有工厂化生产、施工速度快、寿命周期长等优势,适合解决该类型路面问题,但装配式先张法路面板在预应力传递长度区域存在应力损失。
因此本文在山东省交通运输厅科技计划项目“快速修复装配式预应力混凝土路面应用关键技术研究(2022B29)”与“基于应力补偿的装配式预应力混凝土路面应用技术研究(2023B91)”的连续资助下,采用理论-设计-施工多方合作的产学研模式,选择钢纤维膨胀混凝土为应力补偿材料,通过膨胀性能与力学性能选取最优配合比,研究最优配合比下钢纤维膨胀混凝土-钢筋粘结滑移性能与装配式先张法路面板应力补偿结构,结合工程应用,评价应力补偿效果。主要研究内容与成果如下:
(1)通过对钢纤维膨胀混凝土配合比设计优化,进行限制膨胀率试验、抗折与抗压试验、弹性模量试验,分析了不同膨胀剂、钢纤维掺量对钢纤维膨胀混凝土的膨胀性能、抗折、抗压强度与弹性模量的影响,确定了膨胀剂掺量为10%12%、钢纤维掺量为0.5%1.5%的最优配合比,以此指导实际工程应用。
(2)基于Losberg粘结试件的中心拉拔试验开展了钢纤维膨胀混凝土-钢筋的粘结滑移性能研究,揭示了粘结滑移曲线发展规律与破坏模式,分析了膨胀剂、钢纤维掺量两大主要因素对极限粘结强度的影响,得出了特定膨胀剂掺量下极限粘结强度拟合公式,公式表明膨胀剂掺量越高,钢纤维对粘结强度的增益效应越显著的结论。并建立钢纤维膨胀混凝土-钢筋粘结滑移本构关系的修正模型。
(3)探究多板串联预制时装配式先张法路面板预应力传递长度发展规律及应力损失,发现预应力传递长度由靠近台座放张端向固定端逐个递减,路面板平均预应力传递长度为74.81cm。在同一路面板内,放张侧传递长度较固定侧增大4.4%8.0%,在同块路面板内钢绞线预应力传递长度与混凝土预应力传递长度均可代表路面板预应力传递长度,为装配式先张法路面面层应力补偿结构设计与施工奠定试验基础。
(4)采用膨胀混凝土为应力补偿材料,在路面面层结构中设计边板膨胀混凝土段与板间自应力湿接缝为应力补偿结构,并基于现场试验,对应力补偿结构进行长期监测,边板膨胀混凝土段应力补偿结构长期观测膨胀混凝土前30d内收缩较快,收缩后存在1.08MPa自应力,端部膨胀混凝土段压应力最小值为1.58MPa。自应力湿接缝内钢纤维膨胀混凝土产生2.81MPa自应力。缝内膨胀混凝土对周围路面板端部12.5cm处产生0.69MPa的应力补偿,但对路面板纵向更深处影响较小。结束养护30d后路面板收缩应变较为稳定,且呈现由板边缘至内部收缩应变逐渐下降趋势,路面板端部平均收缩105.28με。
本文研究成果为装配式先张法路面面层及应力补偿结构提供理论与设计依据,并对基于钢纤维膨胀混凝土的应力补偿结构的推广具有现实意义。