超高性能混凝土研究進(jìn)展與在土木工程中應(yīng)用

超高性能混凝土研究進(jìn)展與在土木工程中應(yīng)用第一頁(yè)，共200頁(yè)。水泥基復(fù)合材料—混凝土概述第二頁(yè)，共200頁(yè)。水泥混凝土的組成和結(jié)構(gòu)水泥混凝土的定義和組成:

混凝土是由水泥、水、粗、細(xì)骨料、外加劑和摻合料等按適當(dāng)比例配合、拌制成拌合物，經(jīng)成型硬化而成的人造石材.水泥混凝土的結(jié)構(gòu):

硬化混凝土是水泥石和骨料組成的顆粒狀復(fù)合材料。其中，水泥石為連續(xù)的基相，骨料為增強(qiáng)相，界面為過(guò)渡相.第三頁(yè)，共200頁(yè)。水泥石：由水泥的水化產(chǎn)物（水化硅酸鈣、氫氧化鈣和鈣礬石等）、未水化的水泥顆粒、孔隙和水組成.骨料：由形成砂、石的巖石礦物組成.界面：主要由氫氧化鈣和鈣礬石組成，為一多孔、薄弱層.第四頁(yè)，共200頁(yè)。混凝土的結(jié)構(gòu)第五頁(yè)，共200頁(yè)。

砂漿的結(jié)構(gòu)

孔隙砂粒水化硅酸鈣未水化水泥顆粒氫氧化鈣第六頁(yè)，共200頁(yè)。硬化水泥石的水化產(chǎn)物第七頁(yè)，共200頁(yè)。水泥的水化產(chǎn)物水化硅酸鈣：簡(jiǎn)記為：C–S–H

主要特性：為凝膠體

高比表面積（100～700m2/g)

高VanderWalls力是水泥強(qiáng)度的主要來(lái)源在水化產(chǎn)物中占50%～60%第八頁(yè)，共200頁(yè)。水化硅酸鈣第九頁(yè)，共200頁(yè)。水化硅酸鈣第十頁(yè)，共200頁(yè)。水化硅酸鈣纖維束

(20~50nm)第十一頁(yè)，共200頁(yè)。氫氧化鈣(Ca(OH)2)

：簡(jiǎn)記為：CH

主要特性：六方板狀晶體低VanderWalls力是水泥耐久性差的主要根源也是水泥石裂縫的發(fā)源地在水化產(chǎn)物中占20%～25%第十二頁(yè)，共200頁(yè)。氫氧化鈣第十三頁(yè)，共200頁(yè)。氫氧化鈣第十四頁(yè)，共200頁(yè)。水化硫鋁酸鈣：先形成鈣礬石，后形成單硫型水化硫鋁酸鈣，鈣礬石為針狀晶體，單硫型水化硫鋁酸鈣為片狀晶體，在水化產(chǎn)物中占15%～20%

第十五頁(yè)，共200頁(yè)。水化硫鋁酸鈣第十六頁(yè)，共200頁(yè)。硬化水泥石中的孔隙水化硅酸鈣（CSH）中的層間孔：尺寸大?。?到25?

對(duì)強(qiáng)度和滲透性無(wú)影響對(duì)干縮和徐變有影響毛細(xì)孔：

>50nm:對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性有重要影響

<50nm:對(duì)干縮和徐變有重要影響氣孔小氣孔:～3mm

大氣孔:50到200mm第十七頁(yè)，共200頁(yè)?；炷林械男饪椎谑隧?yè)，共200頁(yè)?？紫兜某叨茸兓谑彭?yè)，共200頁(yè)。界面

界面是指水泥石與骨料的交界面，在混凝土中，由于水泥漿體的泌水，會(huì)在界面區(qū)形成一層以氫氧化鈣和鈣礬石為主要成分的多孔區(qū)，這一區(qū)域是混凝土中的最薄弱區(qū)。第二十頁(yè)，共200頁(yè)?；炷林械拿谒皩?duì)界面的影響第二十一頁(yè)，共200頁(yè)。界面區(qū)的結(jié)構(gòu)第二十二頁(yè)，共200頁(yè)。界面區(qū)的結(jié)構(gòu)第二十三頁(yè)，共200頁(yè)。界面結(jié)構(gòu)示意圖第二十四頁(yè)，共200頁(yè)。混凝土改性的主要技術(shù)途徑

混凝土是多孔的固體。

混凝土的性能與由膠凝材料硬化而成的水泥石及界面的組成和結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，混凝土的改性主要是改善水泥石及界面的結(jié)構(gòu)和性能。通常，通過(guò)在混凝土中摻入外加劑（減水劑等）或（和）礦物摻合料、纖維等進(jìn)行改性。

第二十五頁(yè)，共200頁(yè)。減水劑作用機(jī)理及對(duì)水泥石結(jié)構(gòu)的影響加減水劑之前加減水劑之后第二十六頁(yè)，共200頁(yè)。水泥漿體摻減水劑的水泥漿體第二十七頁(yè)，共200頁(yè)?；炷恋V物摻合料

在拌制混凝土過(guò)程中摻入的、具有一定細(xì)度和水硬性的、用以改善混凝土拌合物和硬化混凝土性能（特別是耐久性）的某些礦物類(lèi)產(chǎn)品，稱(chēng)為礦物摻合料。被譽(yù)為混凝土的第六組份。第二十八頁(yè)，共200頁(yè)。常用的礦物摻合料礦物摻合料能顯著改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)度、抗?jié)B性、耐腐蝕性和強(qiáng)度等，應(yīng)用十分普遍。土木工程中常用的礦物摻合料有：粉煤灰或磨細(xì)粉煤灰磨細(xì)礦渣硅灰

復(fù)合礦物摻合料第二十九頁(yè)，共200頁(yè)。粉煤灰

粉煤灰是由燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑。按煤種粉煤灰分為F類(lèi)和C類(lèi)：

F類(lèi)粉煤灰:

由無(wú)煙煤或煙煤煅燒收集的粉煤灰

C類(lèi)粉煤灰:

由褐煤或次煙煤煅燒收集的粉煤灰，其氧化鈣含量一般大于10%第三十頁(yè)，共200頁(yè)。粉煤灰第三十一頁(yè)，共200頁(yè)。磨細(xì)礦渣粉

磨細(xì)礦渣是將?；郀t礦渣經(jīng)干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）達(dá)到相當(dāng)細(xì)度且符合相應(yīng)活性指數(shù)的粉體。礦渣粉磨時(shí)允許加入助磨劑，加入量不得大于礦渣粉質(zhì)量的1%。第三十二頁(yè)，共200頁(yè)。磨細(xì)礦渣粉第三十三頁(yè)，共200頁(yè)。硅灰

硅灰又稱(chēng)硅粉，是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼時(shí)排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵。硅灰的顆粒極細(xì)，呈玻璃球體，主要成分為SiO2,其粒徑為0.1~1.0μm，是水泥粒徑的l/50~1/100，比表面積為18.5~20m2/g。硅灰用作混凝土摻合料，由于比表面積高，需水量大，使用時(shí)必須與減水劑配合使用，才能保證混凝土的和易性。硅灰具有很高的火山灰活性，可配制高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土和高性能、超高性能混凝土。第三十四頁(yè)，共200頁(yè)。硅灰的粒形第三十五頁(yè)，共200頁(yè)。

硅灰的粒徑

水泥

硅灰第三十六頁(yè)，共200頁(yè)。礦物摻合料在混凝土中的作用物理作用超細(xì)顆粒摻入混凝土由于“顆粒緊密堆積（particlepacking

）”效應(yīng)或

“微填充（microfilling）”作用，在水泥石中起著微集料的作用，也稱(chēng)為微集料效應(yīng)。作用效果：增加密實(shí)度和強(qiáng)度改善界面結(jié)構(gòu)減少用水量化學(xué)作用摻合料中的活性氧化硅、活性氧化鋁與水泥石中的氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物；減少了氫氧化鈣，增加水化硅酸鈣等膠結(jié)力強(qiáng)的水化產(chǎn)物。這種作用稱(chēng)為火山灰效應(yīng)。作用效果：增加強(qiáng)度改善耐久性第三十七頁(yè)，共200頁(yè)?；瘜W(xué)作用：水泥水化析出的氫氧化鈣將與摻合料中的活性氧化硅、活性氧化鋁發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣或水化硫鐵酸鈣等水化產(chǎn)物；減少了水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣，增加水化硅酸鈣等膠結(jié)力較強(qiáng)的水化產(chǎn)物。這種作用稱(chēng)為火山灰效應(yīng)。作用效果：增加強(qiáng)度改善耐久性第三十八頁(yè)，共200頁(yè)。減水劑與摻合料的物理作用第三十九頁(yè)，共200頁(yè)。摻合料的化學(xué)作用第四十頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土的定義尚無(wú)明確定義，一般認(rèn)為是指其性能（一項(xiàng)或多項(xiàng)）明顯優(yōu)于通常的高性能混凝土的一類(lèi)混凝土。其性能有下列特點(diǎn)：優(yōu)良的和易性（可自密實(shí)）很高的抗壓強(qiáng)度(>150MPa)

高的軸心抗拉強(qiáng)度（>7MPa）優(yōu)異的耐久性高的韌性按受拉應(yīng)力應(yīng)變或受彎荷載荷載撓度曲線(xiàn)第四十一頁(yè)，共200頁(yè)。受拉應(yīng)力應(yīng)變或受彎荷載撓度曲線(xiàn)分類(lèi)第四十二頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土的組成特點(diǎn)材料組成：高強(qiáng)度水泥超細(xì)摻合料高性能外加劑

優(yōu)質(zhì)骨料

纖維制備原理和配比參數(shù)特點(diǎn)：最大堆積密度原理(減少孔隙率和大孔）低水膠比（W/C<0.25)第四十三頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土的種類(lèi)無(wú)宏觀缺陷水泥（Macro-defectFree,MDF)

注漿纖維混凝土(Slurryinfiltratedfiberconcrete,SIFCON)工程膠凝復(fù)合材料（EngineeredCementitiousComposites，ECC)第四十四頁(yè)，共200頁(yè)。均布超細(xì)致密體系（DensifiedSystemscontaininghomogeneouslyarrangedultra-fineParticles,DSP)密實(shí)配筋復(fù)合材料（Compactreinforcedcomposite,CRC)活性粉末混凝土（Reactivepowderconcrete,RPC)特殊工業(yè)混凝土(SpecialIndustrialConcrete，BSI)超高性能纖維增強(qiáng)混凝土(Ultra-HighPerformanceFiberReinforcedConcrete,UHPFRC)第四十五頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土

的

發(fā)展歷史第四十六頁(yè)，共200頁(yè)。自1960'S以來(lái)混凝土和纖維的發(fā)展

年代膠凝材料基體和混凝土纖維1970’s更好的了解了水化反應(yīng)和凝膠結(jié)構(gòu)更好的了解了收縮、徐變、孔隙率等工程中采用50MPa的高強(qiáng)混凝土開(kāi)發(fā)和發(fā)展了減水劑發(fā)展了混凝土的制備和養(yǎng)護(hù)技術(shù)普通強(qiáng)度平直鋼纖維玻璃纖維某些合成纖維1980’s混凝土外加劑進(jìn)一步發(fā)展：高效減水劑等粉煤灰、硅灰和其他礦物外加劑的應(yīng)用增加混凝土的流動(dòng)性增加（如流態(tài)混凝土）水灰比減小出現(xiàn)并定義了：高強(qiáng)混凝土：≥60MPa；特殊高強(qiáng)混凝土：≥80MPa；超高強(qiáng)混凝土：≥120MPa出現(xiàn)并定義了：高性能混凝土（耐久性更好的高強(qiáng)混凝土）普通強(qiáng)度和高強(qiáng)度變形鋼纖維低模量合成纖維(PP,尼綸等)玻璃纖維的應(yīng)用增加微纖維的使用高性能聚合物纖維（碳纖維、Spectra、Kevlar等）*引自AntoineE.Naaman,KayWille.“ThePathtoUltra-HighPerformanceFiberReinforcedConcrete(UHP-FRC):FiveDecadesofProgress”第四十七頁(yè)，共200頁(yè)。1990’s混凝土外加劑進(jìn)一步發(fā)展:高性能減水劑、調(diào)粘劑等混凝土中礦物摻合料的使用進(jìn)一步增加超高性能混凝土（UHPC）出現(xiàn)：應(yīng)用高堆積密度、加超細(xì)顆粒、低孔隙率、低水膠比等概念自密實(shí)混凝土新的扭曲鋼纖維(拔出時(shí)反向扭曲）與混凝土有化學(xué)粘結(jié)的PVA纖維可用于混凝土的合成纖維增多2000’s具有專(zhuān)利權(quán)和無(wú)專(zhuān)利權(quán)的UHPC/UHP-FRC進(jìn)一步發(fā)展UHPC:

對(duì)高堆積密度有更進(jìn)一步理解，納米技術(shù)的概念應(yīng)用超高強(qiáng)鋼纖維：平直或變形直徑最低0.12mm強(qiáng)度高達(dá)3400MPa碳納米管、碳納米纖維2010’s從納米尺度上進(jìn)一步了解膠凝材料基體…？？？…碳納米纖維、石墨烯……？？？…第四十八頁(yè)，共200頁(yè)?；炷潦嵌嗫椎墓腆w。水泥石中總孔隙（凝膠孔和毛細(xì)孔）率為25%~30%；減少和減小孔隙提高混凝土強(qiáng)度的研究已開(kāi)展了幾十年：早在1947年，T.C.Pwoers采用冷壓技術(shù)制得抗壓強(qiáng)度達(dá)280的水泥石。1970s:Yudenfreundetal.采用W/C=0.2、真空攪拌和超細(xì)磨水泥，制得了230MPa的水泥石。D.MRoyetal.采用熱壓技術(shù)（壓力達(dá)50MPa，最高溫度達(dá)250°C）制得510MPa的水泥石。第四十九頁(yè)，共200頁(yè)。1980s:無(wú)宏觀缺陷(MDF)水泥.由ImperialChemicalIndustries(ICI)的Birchalletal.研究，采用塑料工業(yè)的加工方法制造，制得抗壓強(qiáng)度200MPa、抗彎強(qiáng)度150MPa的水泥；首次制得高抗彎強(qiáng)度的水泥。均布超細(xì)致密體系（DensifiedSystemscontaininghomogeneouslyarrangedultra-fineParticles,

DSP).由H.H.Bache,提出，采用常規(guī)攪拌成型工藝，并制得抗壓強(qiáng)度為120~250MPa的水泥。首次采用常規(guī)工藝制得120MPa以上的混凝土。MDF制造的太陽(yáng)能汽車(chē)車(chē)身DSP水泥混凝土的結(jié)構(gòu)示意圖細(xì)骨料水泥顆粒硅灰第五十頁(yè)，共200頁(yè)。在DSP發(fā)展成功后，在DSP系統(tǒng)中摻入纖維，生產(chǎn)混凝土，并采用高配筋發(fā)展出了密實(shí)配筋復(fù)合材料（Compactreinforcedcomposite,CRC)1990s:

在DSP膠凝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了活性粉末混凝土（Reactivepowderconcrete,RPC)特殊工業(yè)混凝土(BétonSpécialIndustriel，BSI)超高性能纖維增強(qiáng)混凝土(Ultra-HighPerformanceFiberReinforcedConcrete,UHPFRC)采用CRC的鋼橋面鋪裝（荷蘭）采用RPC建造的橋梁（韓國(guó)）采用BSI建造的橋梁（法國(guó)）第五十一頁(yè)，共200頁(yè)。各種超高性能混凝土

的

特點(diǎn)和應(yīng)用第五十二頁(yè)，共200頁(yè)。DSP的概念、組成和特點(diǎn)組成和特點(diǎn)：特種優(yōu)質(zhì)水泥大量的硅灰硅灰和水泥之間按最緊密原理搭配優(yōu)良的高性能減水劑品種和足夠的摻量極低的水膠比0.18–0.25有效的攪拌得到的高密實(shí)度超高強(qiáng)膠結(jié)體，再與粗、細(xì)骨料搭配就形成灌漿材料、砂漿和混凝土。第五十三頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料（CRC)的發(fā)展DSP基體強(qiáng)度很高，配以高強(qiáng)骨料可制備出抗壓強(qiáng)度達(dá)280MPa的混凝土，但是，在不加入纖維時(shí)，基體很脆，極限拉應(yīng)變只有（0.2m/mm),在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有限。因此，需要提高基體和韌性和受拉極限變形能力，從而導(dǎo)致CRC的發(fā)展。第五十四頁(yè)，共200頁(yè)。CRC的原理和組成特點(diǎn)CRC的原理為增加基體的拉伸應(yīng)變要加入高體積分?jǐn)?shù)的細(xì)小高強(qiáng)、高剛度的纖維。為了進(jìn)一步增加基體的極限拉應(yīng)變，采用高配筋率，使鋼筋成為約束鋼纖維混凝土的骨架，保證在大拉伸應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)多端開(kāi)裂。為保證局部和整體的韌性，除摻入鋼纖維外，還采用高強(qiáng)骨料。為保證纖維增強(qiáng)基體的宏觀和微觀的均勻性，在整個(gè)攪拌、澆筑和搗實(shí)過(guò)程中，混凝土要保持足夠的黏性。CRC的組成特點(diǎn)骨料最大粒徑為鋼筋凈距的1/3，水膠比（w/b）為0.13–0.18.

5–20%主配筋(highstrengthsteel,traditionalrebars,carbon,etc.).5–10%鋼纖維.第五十五頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料示例CRC的基體為鋼纖維超高強(qiáng)混凝土。

混凝土的配筋密集，鋼筋間距為10-12mm

左右。受拉鋼筋采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋（1700MPa)鋼筋保護(hù)層厚度一般為10mm圖中梁的高度為100mm，梁寬為155mm第五十六頁(yè)，共200頁(yè)。CRC的力學(xué)性能和特點(diǎn)力學(xué)性能

抗壓強(qiáng)度：150-400MPa

抗彎強(qiáng)度：30-200MPa

抗剪強(qiáng)度：15-150MPa

彈性模量：40-80GPa

表觀密度：2600-3000kg/m3特點(diǎn)CRC是鋼筋混凝土，但與普通鋼筋混凝土有區(qū)別，承載能力更像結(jié)構(gòu)鋼。設(shè)計(jì)原理、組成和生產(chǎn)與普通鋼筋混凝土有區(qū)別。第五十七頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料(CRC)的韌性含鋼纖維的CRC（梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)）具有很高的韌性上圖中紅線(xiàn)為無(wú)纖維的梁的荷載撓度線(xiàn)、藍(lán)線(xiàn)為含6%纖維的荷載撓度線(xiàn).其耗能為無(wú)纖維的梁100倍下圖為一跨度為2m的梁彎曲試驗(yàn)，跨中撓度為70mm，彎曲應(yīng)力為320MPa.第五十八頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料(CRC)的和易性在低水灰比（0.15~0.2）下,具有良好的流動(dòng)性及粘聚性上圖為纖維含量為6%的混凝土的坍落度試驗(yàn)下圖為纖維含量為3%的混凝土的坍落度試驗(yàn)第五十九頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料(CRC)的耐久性CRC基體的孔隙率只有1.54%,其中，約1.4%為毛細(xì)孔，因而，沒(méi)有抗凍性問(wèn)題，碳化也極慢.氯離子腐蝕試驗(yàn)也表明，CRC在嚴(yán)酷的條件下也表現(xiàn)出優(yōu)秀的耐久性能第六十頁(yè)，共200頁(yè)。密實(shí)配筋復(fù)合材料(CRC)的應(yīng)用第六十一頁(yè)，共200頁(yè)。第六十二頁(yè)，共200頁(yè)。第六十三頁(yè)，共200頁(yè)。第六十四頁(yè)，共200頁(yè)。第六十五頁(yè)，共200頁(yè)。第六十六頁(yè)，共200頁(yè)。第六十七頁(yè)，共200頁(yè)。第六十八頁(yè)，共200頁(yè)。第六十九頁(yè)，共200頁(yè)。第七十頁(yè)，共200頁(yè)。預(yù)應(yīng)力異形樁第七十一頁(yè)，共200頁(yè)。樁的打入和承載力試驗(yàn)第七十二頁(yè)，共200頁(yè)。預(yù)應(yīng)力混凝土板樁第七十三頁(yè)，共200頁(yè)。第七十四頁(yè)，共200頁(yè)。預(yù)制橋面板第七十五頁(yè)，共200頁(yè)。正交異性鋼橋面板加固和修復(fù)荷蘭的Caland橋（2003）第七十六頁(yè)，共200頁(yè)?；钚苑勰┗炷粱钚苑勰┗炷粒菏且环N高強(qiáng)度、高延性的高性能纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，又稱(chēng)活性微粉混凝土，它由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、細(xì)鋼纖維、高效減水劑和水組成，各種粉體的用量通過(guò)最緊密堆積理論確定，并經(jīng)熱養(yǎng)護(hù)獲得最佳的性能。第七十七頁(yè)，共200頁(yè)?；钚苑勰┗炷恋呐渲圃恚?/p>

為提高水泥基材料的均質(zhì)，它不含粗骨料，最大集料粒徑為600μm；

為達(dá)到高密實(shí)度，所采用粉體粒徑按最緊密堆積原理最佳化，顆粒為間斷級(jí)配；為改善為孔隙結(jié)構(gòu)在成型后進(jìn)行熱養(yǎng)護(hù)；為提水泥基材料的韌性，引入鋼纖維;為便于使用盡可能保持?jǐn)嚢韬蜐仓c現(xiàn)有工藝一致；第七十八頁(yè)，共200頁(yè)。第七十九頁(yè)，共200頁(yè)。第八十頁(yè)，共200頁(yè)。第八十一頁(yè)，共200頁(yè)。裝飾材料第八十二頁(yè)，共200頁(yè)。裝飾材料第八十三頁(yè)，共200頁(yè)。第八十四頁(yè)，共200頁(yè)。車(chē)站第八十五頁(yè)，共200頁(yè)。核電站冷卻塔第八十六頁(yè)，共200頁(yè)。第八十七頁(yè)，共200頁(yè)。第八十八頁(yè)，共200頁(yè)。第八十九頁(yè)，共200頁(yè)。公路橋梁（22m跨美國(guó)）第九十頁(yè)，共200頁(yè)。第九十一頁(yè)，共200頁(yè)。第九十二頁(yè)，共200頁(yè)。第九十三頁(yè)，共200頁(yè)。第九十四頁(yè)，共200頁(yè)。第九十五頁(yè)，共200頁(yè)。第九十六頁(yè)，共200頁(yè)。預(yù)制鋼-混凝土組合橋面節(jié)點(diǎn)連接第九十七頁(yè)，共200頁(yè)。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造第九十八頁(yè)，共200頁(yè)。疲勞滲漏試驗(yàn)890萬(wàn)次模擬車(chē)輛疲勞試驗(yàn)無(wú)滲漏第九十九頁(yè)，共200頁(yè)。工程應(yīng)用第一百頁(yè)，共200頁(yè)。工程應(yīng)用第一百零一頁(yè)，共200頁(yè)。工程應(yīng)用第一百零二頁(yè)，共200頁(yè)。工程應(yīng)用第一百零三頁(yè)，共200頁(yè)。工程應(yīng)用UHPC解決了預(yù)制鋼-混凝土組合橋面節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題第一百零四頁(yè)，共200頁(yè)。特殊工業(yè)混凝土(BSI)特殊工業(yè)混凝土：也是一種高強(qiáng)度、高延性的高性能纖維增強(qiáng)水泥混凝土，它由水泥、硅灰、細(xì)骨料、細(xì)鋼纖維（3%）、特制高效減水劑和水組成，可以自密實(shí)，具有高強(qiáng)和早強(qiáng)的特性，不需熱養(yǎng)護(hù)也能獲得很高的強(qiáng)度。第一百零五頁(yè)，共200頁(yè)。特殊工業(yè)混凝土(BSI)的性能抗壓強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)）：2天122MPa28天199MPa抗彎強(qiáng)度：29MPa抗拉強(qiáng)度：9.1MPa彈性模量：65GPa表觀密度：2800kg/m3第一百零六頁(yè)，共200頁(yè)。公路橋梁（法國(guó)）第一百零七頁(yè)，共200頁(yè)。橋梁預(yù)制構(gòu)件第一百零八頁(yè)，共200頁(yè)。第一百零九頁(yè)，共200頁(yè)。輕型屋面（法國(guó)）第一百一十頁(yè)，共200頁(yè)。法國(guó)東部高鐵的電纜槽第一百一十一頁(yè)，共200頁(yè)。加固柱第一百一十二頁(yè)，共200頁(yè)。建筑裝飾作品第一百一十三頁(yè)，共200頁(yè)。第一百一十四頁(yè)，共200頁(yè)。鋼-超高性能混凝土組合橋第一百一十五頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能纖維增強(qiáng)混凝土超高性能纖維增強(qiáng)混凝土(UPFRC):是一種在超高性能混凝土摻入不同大小的鋼纖維(微纖維、中纖維和粗纖維)、纖維用量達(dá)6%以上、按普通混凝土成型方法成型的一種混凝土。主要特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度高（＞10Mpa），極限拉應(yīng)變大（達(dá)3%）。第一百一十六頁(yè)，共200頁(yè)。第一百一十七頁(yè)，共200頁(yè)。第一百一十八頁(yè)，共200頁(yè)。第一百一十九頁(yè)，共200頁(yè)。美國(guó)Michigan大學(xué)Prof.A.E.Naaman的新進(jìn)展(2011)技術(shù)特點(diǎn)：采用的原材料：特種水泥（C3A<5%,C3S+C2S>80%，平均粒徑10μm)硅灰(白硅灰，中粒徑0.2-0.8μm，含碳<0.7%)玻璃粉(SiO2>99%,中粒徑1.5~5.0μm）砂（砂A最大粒徑0.2mm,砂B最大粒徑0.8mm)鋼纖維（平直和變形鋼纖維，高抗拉強(qiáng)度>3100MPa）減水劑（聚羧酸減水劑）常溫養(yǎng)護(hù)第一百二十頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土的配比和性能類(lèi)型UHPCUHP-FRCABCDABCDSIFCON水泥1.001.001.001.001.001.001.001.001.00硅灰0.250.250.250.250.250.250.250.250.25玻璃粉0.250.250.250.250.250.250.250.250.25水0.2200.1950.1900.1800.2120.2000.185-0.1950.18-0.200.207減水劑0.00540.01080.01080.01140.00540.01080.01080.01080.0108砂A0.280.300.311.050.270.280.290.920.76砂B1.100.710.720.001.050.640.670.000.00A/B20/8030/7030/70100/020/8030/7030/70100/0100/0纖維0.000.000.000.000.15/0.250.220.18-0.270.22-0.310.71纖維（vol。%）00001.5/2.52.52.0-3.02.5-3.55/8抗壓強(qiáng)度(MPa)194207220-240232-246207/213219227-261251-291270/292抗拉強(qiáng)度(MPa)6.1-7.46.9-7.87.4-8.58.2-9.08.2/14.21516-2020-3037第一百二十一頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土的受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)第一百二十二頁(yè)，共200頁(yè)。1972年以來(lái)高強(qiáng)高性能水泥基材料的發(fā)展

（歐洲和美國(guó)）年份抗壓強(qiáng)度f(wàn)c'(MPa)研究人員或機(jī)構(gòu)名稱(chēng)備注1972230Yudenfreund,Skalny等－漿體、真空攪拌、低孔隙率、小試件1972510Royetal.(US)－漿體、高壓高熱、小試件1981200Birchalletal.(UK)MDF(Micro-Defect-Free)漿體、加聚合物、彎曲強(qiáng)度達(dá)150MPa1981~1983120~250Bache;Hjorth(Denmark)DENSIT;COMPRESSIT砂漿和混凝土、常溫養(yǎng)護(hù)、使用硅灰

1980’all120~250Bache;Young;Jennings;Aitcin(Denmark;US;Canada)DSP(DensifiedSmallParticles)采用硅灰、高效減水劑、改善顆粒堆積密實(shí)性1980’s高達(dá)120世界各國(guó)研究者(Shah;Zia;Russell;Swamy;Malier;Konig;Aitcin;Malhotra)高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土（HSC、HPC）采用礦物摻合料、高效減水劑和優(yōu)質(zhì)骨料，常溫養(yǎng)護(hù)，耐久性更好。1980’sall高達(dá)210Lankard;Naaman(US)SIFCON(SlurryInfiltratedFiberConcrete)高體積分?jǐn)?shù)（8%~15%）的細(xì)砂漿*引自AntoineE.Naaman,KayWille.“ThePathtoUltra-HighPerformanceFiberReinforcedConcrete(UHP-FRC):FiveDecadesofProgress”第一百二十三頁(yè)，共200頁(yè)。年份抗壓強(qiáng)度f(wàn)c'(MPa)研究人員或機(jī)構(gòu)名稱(chēng)備注1987高達(dá)

140Bache(Denmark)CRC(CompactReinforcedConcrete)高體積分?jǐn)?shù)鋼纖維、重配筋鋼筋混凝土1987各種強(qiáng)度Naaman(US)HPFRCC(HighPerformanceFiberReinforcedCementComposites)具有拉伸應(yīng)變硬化的鋼纖維增強(qiáng)混凝土或砂漿1991各種強(qiáng)度ReinhardtandNaaman(Germany,US)HPFRCC(第一次國(guó)際論壇）關(guān)于減少纖維含量1992各種強(qiáng)度LiandWu(US)ECC(EngineeredCementitiousComposites)具有拉伸應(yīng)變硬化的合成纖維增強(qiáng)砂漿1994大于150DeLarrard(France)Ultra-HighPerformanceConcrete(UHPC)優(yōu)化超細(xì)顆粒和密實(shí)顆粒堆積1995高達(dá)800Richard&CheyrezyRPC(ReactivePowderConcrete)漿體和混凝土，加熱和（或）加壓養(yǎng)護(hù)、優(yōu)化顆粒堆積1998以后高達(dá)200Lafarge;(Chanvilliard;Rigaud;Behloul)，F(xiàn)ranceDUCTAL90oC熱養(yǎng)護(hù)3天，鋼纖維含量可高達(dá)6%(有產(chǎn)品出售)2000以后高達(dá)200Rossietal.LCPC(France)CEMTEC;CEMTEC-multi-scale纖維含量可高達(dá)9%，混雜摻入第一百二十四頁(yè)，共200頁(yè)。年份抗壓強(qiáng)度f(wàn)c'(MPa)研究人員或機(jī)構(gòu)/參考文獻(xiàn)名稱(chēng)備注Early2000高達(dá)200世界各國(guó)研究者(Ulm,Graybeal,Rossi)UHPC和UHP-FRC很多基于DUCTAL的配比2005高達(dá)140Karihaloo(UK)CARDIFRC優(yōu)化顆粒堆積和攪拌工藝2005高達(dá)200Jungwirth(Switzerland)CERACEM配比與DUCTAL類(lèi)似，纖維和骨料更大。2004>150的各種強(qiáng)度Fehling&Schmidt(Germany)第一屆UHPC國(guó)際會(huì)議許多與DUCTAL類(lèi)似的配比包括常溫和熱養(yǎng)護(hù)、含纖維或不含纖維。2005各種強(qiáng)度Schmidtetal.(Germany)采用UHPC的可持續(xù)發(fā)展建筑（2005~2012）德國(guó)研究基金（DFG）啟動(dòng)（12Mio.€，8個(gè)主題）2008>150的各種強(qiáng)度Fehling&Schmidt(Germany)第二屆UHPC國(guó)際會(huì)議許多與DUCTAL類(lèi)似的配比包括常溫和熱養(yǎng)護(hù)、含纖維或不含纖維。2011>150Accorsi&Meyer(US)UHPC論壇美國(guó)首次論壇2011高達(dá)290Wille&Naaman(US-Germany)UHP-FRC不需熱養(yǎng)護(hù)，優(yōu)化堆積密度，測(cè)試了直接拉伸強(qiáng)度2011ACIUHPCCommittee239

Oct.2011第一次會(huì)議2012>150的各種強(qiáng)度Fehling&Schmidt(Germany)第三屆UHPC國(guó)際會(huì)議第一百二十五頁(yè)，共200頁(yè)。第一百二十六頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土應(yīng)用的前景在我國(guó)也已研究了近二十年，目前在高鐵、國(guó)防工程和個(gè)別特殊工程已有應(yīng)用，但在大型結(jié)構(gòu)工程中還應(yīng)用不多；與國(guó)外相比，無(wú)論是研究的深度和廣度，還是工程應(yīng)用情況，還有較大的差距。超高性能混凝土的配制受眾多因素影響，制備技術(shù)還是一種高技術(shù)，需要專(zhuān)業(yè)人員優(yōu)選材料和配比，目前，在國(guó)外基本是以干混料供應(yīng)。超高性能混凝土的配制原理已經(jīng)公開(kāi)，在專(zhuān)利上已無(wú)多少保護(hù)，從知識(shí)產(chǎn)權(quán)上有待開(kāi)發(fā)和拓展的是應(yīng)用超高性能混凝土的結(jié)構(gòu)體系。第一百二十七頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土應(yīng)用中的問(wèn)題一、原材料和配比的影響因素多第一百二十八頁(yè)，共200頁(yè)。二、價(jià)格較高，對(duì)其優(yōu)勢(shì)認(rèn)識(shí)不足：

超高性能混凝土的價(jià)格在每立方幾千到萬(wàn)多元不等是普通混凝土的幾十倍，與普通混凝土比很昂貴；但是，與鋼結(jié)構(gòu)相比，每噸在幾千元（2000~5000元）左右，比鋼結(jié)構(gòu)要便宜，而某些結(jié)構(gòu)性能與鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)或優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)性能，需要開(kāi)發(fā)其用途（從結(jié)構(gòu)形式到應(yīng)用領(lǐng)域）。也需要開(kāi)展降低城本的研究。鑄鋼（6個(gè)月）→CRC(15~20年）保險(xiǎn)柜、ATM機(jī)第一百二十九頁(yè)，共200頁(yè)。海洋中的閘門(mén)第一百三十頁(yè)，共200頁(yè)。三、相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范缺乏：雖然超高性能混凝土已有眾多的工程應(yīng)用，但相關(guān)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范還很少,僅只在法國(guó)、澳大利亞和日本少數(shù)國(guó)家有相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范或指南，施工規(guī)范或指南就更少；阻礙了工程中的推廣應(yīng)用。第一百三十一頁(yè)，共200頁(yè)。超高性能混凝土在鋼橋面中的應(yīng)用正交異性鋼橋面架設(shè)方便施工周期短

構(gòu)件質(zhì)量輕正交異性鋼橋面的特點(diǎn)第一百三十二頁(yè)，共200頁(yè)。正交異性鋼橋面的兩個(gè)疑難問(wèn)題

兩個(gè)世界性難題：

面板與縱肋、橫隔間易出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂

鋼橋面鋪裝極易損壞這已成為鋼橋面的癌癥！第一百三十三頁(yè)，共200頁(yè)。鋼橋面鋪裝的使用現(xiàn)狀

防銹層粘結(jié)層瀝青混合料鋪裝層改性密級(jí)配瀝青混凝土(AC)澆注式瀝青混凝土（Gussasphalt）瀝青瑪蹄脂混凝土(SMA)

環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土（Epoxyasphalt）

常規(guī)鋼橋面鋪裝方案

開(kāi)裂、局部擁包、車(chē)轍……

橋面鋼板第一百三十四頁(yè)，共200頁(yè)。鋼橋面鋪裝的使用現(xiàn)狀

部分橋梁鋼橋面鋪裝破壞失效情況

橋梁名稱(chēng)建成年代鋪裝類(lèi)型主要破壞形式Littlebelt1970澆注式瀝青混凝土縱向疲勞裂縫Bosporus橋1973澆注式瀝青混凝土縱向疲勞裂縫LionGate橋197850mm環(huán)氧瀝青混凝土層間滑移廣東肇慶馬房大橋198460mm橡膠瀝青混凝土開(kāi)裂、坑槽宜昌西陵大橋199660mm改性密集配瀝青混凝土開(kāi)裂、車(chē)轍、推擠香港青馬橋199750mm瀝青瑪蹄脂局部鼓包、脫層廣東虎門(mén)大橋199755～60mm單層改性SMA疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍第一百三十五頁(yè)，共200頁(yè)。鋼橋面鋪裝的使用現(xiàn)狀

部分橋梁鋼橋面鋪裝破壞失效情況(續(xù))橋梁名稱(chēng)建成年代鋪裝類(lèi)型主要破壞形式江陰大橋199950mm瀝青瑪蹄脂疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍廈門(mén)海滄大橋199930mmSMA13+35mmSMA10疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍重慶鵝公巖大橋200060mm改性級(jí)配瀝青混凝土油斑、光面的輪跡帶武漢白沙洲大橋200030mmSMA13B+50mmSMA13A疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍、脫層南京長(zhǎng)江二橋200052mm環(huán)氧瀝青混凝土疲勞裂縫SanMateo-Hayward橋200250mm環(huán)氧瀝青混凝土脫層第一百三十六頁(yè)，共200頁(yè)。鋼橋面鋪裝病害及原因鋪裝病害:縱、橫向裂縫破壞脫層及推移破壞坑槽破壞車(chē)轍破壞主要原因：鋼橋面板的剛度不足；瀝青鋪裝層的高溫性能、疲勞特性和粘結(jié)強(qiáng)度不足；超載。第一百三十七頁(yè)，共200頁(yè)。正交異性鋼橋面板疲勞開(kāi)裂

英-Sevenbridge(1966)3種焊接疲勞裂紋（1971、1977）縱肋與橫梁角焊縫連接處梯形縱肋下緣與隔板焊接處縱肋腹板與蓋板連接角焊縫

德-Sinntalbridge&Haseltal

bridge投入使用后不久，鋼橋面板也都發(fā)現(xiàn)了疲勞裂紋。第一百三十八頁(yè)，共200頁(yè)。

某大橋出現(xiàn)的疲勞裂縫縱肋下緣與橫隔板間焊縫開(kāi)裂縱肋橫隔板縱肋腹板與面板連接角焊縫開(kāi)裂縱肋面板正交異性鋼橋面板疲勞開(kāi)裂第一百三十九頁(yè)，共200頁(yè)。

某大橋出現(xiàn)的疲勞裂縫面板開(kāi)裂隔板撕裂正交異性鋼橋面板疲勞開(kāi)裂第一百四十頁(yè)，共200頁(yè)。疲勞開(kāi)裂主要原因：鋼板及焊縫應(yīng)力幅過(guò)大；構(gòu)造細(xì)節(jié)處理不當(dāng)，焊接殘余應(yīng)力等偏大。解決鋼橋面疲勞問(wèn)題的常規(guī)思路：加大面板厚度；改進(jìn)構(gòu)造細(xì)節(jié)。正交異性鋼橋面板疲勞開(kāi)裂第一百四十一頁(yè)，共200頁(yè)。解決鋼橋面的兩個(gè)疑難問(wèn)題的新方案

同時(shí)解決鋼橋面疲勞裂紋和鋪裝易損壞問(wèn)題的思路：鋼面板磨耗層（20~40mm）UHPC層（45~60mm）焊釘鋼橋面組合橋面第一百四十二頁(yè)，共200頁(yè)。新方案的特點(diǎn)鋼橋面組合橋面優(yōu)點(diǎn)？提高了橋面剛度，改善了鋪裝層的受力狀態(tài)

減小了面板和縱橫肋在輪載下的應(yīng)力，大幅提高了鋼橋面的抗疲勞壽命；水泥基材料改善了面層工作條件，降低粘結(jié)層失效、車(chē)轍、推移等破壞風(fēng)險(xiǎn)；321超高性能混凝土層使得鋼橋面處于良好的耐腐蝕狀態(tài)；4界面處理后能有效抵抗水平剪力。5第一百四十三頁(yè)，共200頁(yè)。新方案的特點(diǎn)鋼橋面組合橋面優(yōu)點(diǎn)？

本方案（專(zhuān)利）將綜合性地解決鋼橋面疲勞裂紋和鋪裝損壞的問(wèn)題。并不增加橋面系的總厚度，因而不會(huì)增加加勁梁上的恒載重量。第一百四十四頁(yè)，共200頁(yè)。UHPC薄型組合鋼橋面結(jié)構(gòu)鋼面板磨耗層（20~40mm）UHPC層（45~60mm）焊釘鋼面板面層（25mm）底層（35mm）粘接層（0.4kg/m2）防銹層總厚度65～100mm。UHPC薄型組合橋面結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝第一百四十五頁(yè)，共200頁(yè)。1.薄層UHPC與鋼橋面板能否可靠聯(lián)結(jié)？2.澆筑在鋼橋面板上的UHPC薄層是否易收縮開(kāi)裂？3.組合橋面的拉、壓強(qiáng)度？4.UHPC橋面的疲勞性能？5.UHPC橋面的耐久性及保護(hù)層厚度？6.薄層瀝青混凝土磨耗層與UHPC結(jié)合強(qiáng)度？UHPC薄型組合橋面結(jié)構(gòu)六個(gè)主要問(wèn)題第一百四十六頁(yè)，共200頁(yè)。1471、薄層UHPC與鋼橋面板能否可靠聯(lián)結(jié)？

35mm拴釘錨固長(zhǎng)度短拴釘不易被拔出UHPC高強(qiáng)、高韌性錨固可靠性有待驗(yàn)證

UHPC薄型組合橋面結(jié)構(gòu)六個(gè)主要問(wèn)題第一百四十七頁(yè)，共200頁(yè)。2澆筑在鋼橋面板上的UHPC薄層收縮問(wèn)題

鋼面板UHPC層國(guó)外研究表明：不同的測(cè)量和試驗(yàn)方法，所得到的UHPC材料自收縮應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果的差異性很大。但研究發(fā)現(xiàn)：UHPC材料的自收縮在初凝期間已完成大部，此時(shí)鋼纖維阻止了細(xì)微裂縫的發(fā)生；為進(jìn)一步防止出現(xiàn)收縮裂縫，項(xiàng)目組采取了在UHPC層內(nèi)增配鋼筋和蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法，具體效果可見(jiàn)后面的足尺模型試驗(yàn)。第一百四十八頁(yè)，共200頁(yè)。3組合橋面的拉、壓強(qiáng)度？薄層UHPC與鋼形成的組合橋面，其抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度問(wèn)題未見(jiàn)報(bào)道；為此，項(xiàng)目組做了相關(guān)1：1足尺模型試驗(yàn)，見(jiàn)后面。第一百四十九頁(yè)，共200頁(yè)。4

UHPC橋面的疲勞性能

德國(guó)卡塞爾大學(xué)的研究結(jié)果表明：在抗壓疲勞荷載作用下UHPC表現(xiàn)出了相當(dāng)好的抗疲勞性能。在疲勞荷載(大于兩百萬(wàn)次)作用下UHPC的相對(duì)應(yīng)力水平和NSC（普通混凝土）比較接近，約為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的40％，因而絕對(duì)應(yīng)力水平遠(yuǎn)高于NSC。第一百五十頁(yè)，共200頁(yè)。5

UHPC橋面的耐久性及保護(hù)層厚度A.UHPC耐久性綜合結(jié)論

在極端干燥環(huán)境中空氣滲透系數(shù)為2.5×10-18m2；極低的吸水性；有效擴(kuò)散系數(shù)比低水泥用量混凝土小50倍；60%相對(duì)濕度100%CO2濃度下養(yǎng)護(hù)90天沒(méi)有出現(xiàn)碳化；鋼筋的腐蝕率低于0.01μm/yr(鋼筋的極限腐蝕率為1μm/yr)；UHPC200的電阻率比C30混凝土高70倍;磨耗系數(shù)可以跟以金剛砂為骨料的砂漿相媲美。第一百五十一頁(yè)，共200頁(yè)。

B.保護(hù)層厚度的選擇對(duì)于本項(xiàng)目加鋪瀝青混凝土磨耗層的情形，鋼筋已無(wú)銹蝕之憂(yōu)。

UHPC材料具有優(yōu)異的耐久性和極高的抗侵蝕物滲透性國(guó)外研究認(rèn)為，保護(hù)層厚度選用9mm~15mm即可第一百五十二頁(yè)，共200頁(yè)。6薄層瀝青混凝土磨耗層

薄層(15-30mm)瀝青混凝土起源于20世紀(jì)70年代后期的法國(guó)；

美、英、西班牙、瑞典等國(guó)也先后鋪筑了薄層瀝青混凝土磨耗層；我國(guó)于20世紀(jì)90年代中后期，開(kāi)始研究薄層瀝青混凝土面層，北京、廣州等地的城市道路鋪設(shè)了薄層瀝青混凝土路面試驗(yàn)路段；04、05年，殼牌公司在成貫路、廣清高速上采用Novachip超薄層對(duì)原水泥混凝土路面進(jìn)行罩面處理；廣珠高速的東線(xiàn)大橋，邢臨高速的南澧河大橋也采用了水泥混凝土與薄層瀝青混凝土組合鋪裝技術(shù)；唐山至京唐港高速公路的沙河大橋橋面鋪裝為16cm的40#防水混凝土，加20mm超薄瀝青混凝土。第一百五十三頁(yè)，共200頁(yè)。對(duì)于新型組合鋼橋面薄層瀝青混凝土磨耗層，主要需開(kāi)展以下兩個(gè)方面的研究：1)薄層混合料物理力學(xué)特性及路用性能；2)薄層瀝青混凝土與UHPC界面的粘結(jié)性。其中，水泥基材料UHPC與瀝青基薄磨耗層界面連接強(qiáng)度問(wèn)題未見(jiàn)報(bào)道，為此，項(xiàng)目組做了相關(guān)足尺模型試驗(yàn)。第一百五十四頁(yè)，共200頁(yè)。應(yīng)用于虎門(mén)大橋的試設(shè)計(jì)

為了檢驗(yàn)新型UHPC組合橋面應(yīng)用于懸索橋鋼箱梁的可行性，參照虎門(mén)大橋原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了純鋼箱梁和UHPC組合箱梁兩種情形下，懸索橋主要受力構(gòu)件的內(nèi)力或應(yīng)力變化情況。第一百五十五頁(yè)，共200頁(yè)。156新型UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)

（1）試設(shè)計(jì)橋面構(gòu)造方案

鋼面板(12mm)磨耗層（20mm）UHPC層（45mm）Φ13焊釘橫隔板U肋第一百五十六頁(yè)，共200頁(yè)。（2）全橋內(nèi)力計(jì)算

依照《虎門(mén)大橋工程（第二冊(cè)懸索橋）》中提供的相關(guān)資料，用Midas軟件對(duì)懸索橋做了全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算，主橋跨徑888m，矢跨比1:10.5，吊索間距12m，主纜中距33m，鋼箱梁寬35.6m、高3.012m。第一百五十七頁(yè)，共200頁(yè)。（2）全橋內(nèi)力計(jì)算

加勁梁及橋面系按以下兩種情形分別計(jì)算：a原設(shè)計(jì)：鋼箱梁上鋪7cm厚瀝青混凝土；b組合梁試設(shè)計(jì)：鋼箱梁上鋪4.5cm厚RPC＋2cm厚瀝青混凝土。容重27kN/m3容重24kN/m3虎門(mén)大橋變更橋面板前后主纜索力對(duì)比（單位：kN）橋面類(lèi)型恒載水平索力活載下最大索力鋼橋面板132818.5225947.8組合橋面板133059.3825966.5增幅％0.180.0懸索橋主纜系統(tǒng)受力只有極其細(xì)微的變化，不影響安全。第一百五十八頁(yè)，共200頁(yè)。（3）橋面板局部輪載計(jì)算

取全幅寬、兩個(gè)吊索間距，按2跨連續(xù)計(jì)算，局部輪載作用面積：20cm（長(zhǎng)）×62cm（寬）。虎門(mén)大橋局部計(jì)算車(chē)輛荷載橫向布置示意圖第一百五十九頁(yè)，共200頁(yè)。（3）橋面板局部輪載計(jì)算

橋面板局部輪載效應(yīng)計(jì)算模型

67萬(wàn)余個(gè)單元65萬(wàn)余個(gè)節(jié)點(diǎn)橋面計(jì)算模型如下圖所示：第一百六十頁(yè)，共200頁(yè)。（4）綜合計(jì)算結(jié)果分析位置橋面類(lèi)型順橋向應(yīng)力橫橋向應(yīng)力最大值最小值最大值最小值整體局部總和整體局部總和a純鋼板26.6819.2445.92-55.69-42.04-97.7372.93-78.39組合板鋼板25.208.6133.81-52.68-14.90-67.5818.07-27.17混凝土5.235.6010.83-10.97-8.11-19.083.63-9.97b純鋼板26.6820.2346.91-55.69-56.94-112.6347.71-53.17組合板鋼板25.2013.5238.72-52.68-14.59-67.2721.97-27.95混凝土5.236.3811.61-10.97-9.53-20.505.41-9.20c純鋼板26.6850.5777.25-55.69-87.88-143.57100.10-129.61組合板鋼板25.206.2831.48-52.68-16.64-69.3218.07-32.37混凝土5.233.218.44-10.97-9.59-20.563.56-12.36d純鋼板26.6835.2361.91-55.69-44.28-99.9776.95-103.61組合板25.2012.8338.03-52.68-20.15-72.8324.57-39.39底板純鋼板70.7898.15168.93-37.89-36.79-74.6871.24-46.28組合板66.8680.99147.85-36.20-15.47-51.6765.39-38.09虎門(mén)大橋橋面板主要控制點(diǎn)計(jì)算結(jié)果（單位：MPa；符號(hào)：拉+壓-）第一百六十一頁(yè)，共200頁(yè)。（4）綜合計(jì)算結(jié)果分析虎門(mén)大橋橋面鋼板應(yīng)力峰值（單位：MPa；符號(hào)：拉+壓-）位置應(yīng)力方向拉應(yīng)力壓應(yīng)力純鋼板組合板降幅％純鋼板組合板降幅％面板順橋向77.2538.7249.88-143.57-69.3251.72橫橋向100.1021.9778.05-129.61-32.3775.02縱肋順橋向61.9138.0338.57-99.97-72.8327.15橫橋向76.9524.5768.07-103.61-39.3961.98底板順橋向168.93147.8512.48-74.68-51.6730.81橫橋向71.2465.398.21-46.28-38.0917.70AASHTO橋規(guī)計(jì)算公式：疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力幅的立方成反比，若應(yīng)力幅減小1/2，疲勞壽命將增大8倍。

順橋向應(yīng)力降幅為27.15%~51.72%橫橋向應(yīng)力降幅達(dá)61.98%~78.05%第一百六十二頁(yè)，共200頁(yè)。（4）綜合計(jì)算結(jié)果分析UHPC橋面板應(yīng)力峰值結(jié)果（單位：MPa；符號(hào)：拉+壓-）應(yīng)力方向拉應(yīng)力壓應(yīng)力順橋向11.61-20.56橫橋向5.41

-12.36

普通混凝土無(wú)法承受上述拉應(yīng)力，會(huì)造成橋面開(kāi)裂；壓應(yīng)力也只有C65以上的混凝土才能夠承受；

疲勞應(yīng)力C80以上才能承受。第一百六十三頁(yè)，共200頁(yè)。164（4）綜合計(jì)算結(jié)果分析

UHPC材料能否承受上述拉、壓應(yīng)力？將通過(guò)下面的足尺模型試驗(yàn)予以驗(yàn)證。第一百六十四頁(yè)，共200頁(yè)。磨耗層（20mm）UHPC層（45mm）Φ13焊釘橫隔板U肋是否可靠？鋼-UHPC結(jié)合面抗剪推出試驗(yàn)；

45mm厚的UHPC板受彎試驗(yàn)；虎門(mén)大橋兩種面板條帶足尺模型試驗(yàn)；磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)。鋼-UHPC組合橋面疲勞試驗(yàn)第一百六十五頁(yè)，共200頁(yè)。1661鋼-UHPC結(jié)合面抗剪推出試驗(yàn)推出試驗(yàn)?zāi)Ｐ虯—A每根栓釘?shù)娜菰S抗剪力計(jì)算公式：（栓釘尺寸：直徑13mm，高度35mm）

=35.8kN第一百六十六頁(yè)，共200頁(yè)。1671鋼-UHPC結(jié)合面抗剪推出試驗(yàn)（續(xù)）與栓釘長(zhǎng)度無(wú)關(guān)短拴釘在UHPC中錨固是否可靠？鋼纖維含量2％、3.5％的兩個(gè)試件；先行對(duì)鋼纖維含量2％的試件做推出試驗(yàn)。第一百六十七頁(yè)，共200頁(yè)。1681鋼-UHPC結(jié)合面抗剪推出試驗(yàn)（續(xù)）UHPC板內(nèi)鋼筋和焊釘模型主要尺寸拴釘50×50mm直徑8mm的冷拔帶肋鋼筋網(wǎng)第一百六十八頁(yè)，共200頁(yè)。1鋼-UHPC結(jié)合面抗剪推出試驗(yàn)（續(xù)）鋼－UHPC結(jié)合面推出試驗(yàn)

結(jié)合面破壞形態(tài)

200t壓力機(jī)

剪斷荷載：534kN

單個(gè)拴釘?shù)目辜舫休d能力：＝66.75kN＝1.86

>1.7拴釘被整齊剪斷UHPC無(wú)任何裂縫+短拴釘在UHPC中錨固可靠第一百六十九頁(yè)，共200頁(yè)。1702UHPC板受彎試驗(yàn)檢驗(yàn)UHPC薄板的受彎性能第一百七十頁(yè)，共200頁(yè)。2UHPC板受彎試驗(yàn)（續(xù)）抗壓強(qiáng)度＝135.9MPa抗壓彈性模量＝42.6GPa

抗折強(qiáng)度＝29.2MPaUHPC材料力學(xué)性能試驗(yàn)第一百七十一頁(yè)，共200頁(yè)。2UHPC板受彎試驗(yàn)（續(xù)）實(shí)測(cè)板厚為45mm板的彎曲下?lián)狭窟_(dá)到99.4mm第一百七十二頁(yè)，共200頁(yè)。2UHPC板受彎試驗(yàn)（續(xù)）板下緣斷裂抗彎試驗(yàn)主要結(jié)果：UHPC的開(kāi)裂臨界拉應(yīng)力：23MPa；極限破壞時(shí)為鋼筋被拉斷，受壓區(qū)混凝土完好。第一百七十三頁(yè)，共200頁(yè)。1743虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)

純鋼梁原形斷面澆筑UHPC后的組合斷面按照虎門(mén)大橋正交異性鋼橋面板尺寸，截取一個(gè)條帶，按1:1制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ停Ｐ烷L(zhǎng)10.4m，按兩跨連續(xù)設(shè)計(jì)。模型及加載裝置圖第一百七十四頁(yè)，共200頁(yè)。1755.3虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)（續(xù)）試驗(yàn)流程（3）鋼－UHPC組合梁加載試驗(yàn)（2）鋼梁上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆筑45mm厚UHPC板（1）兩跨連續(xù)純鋼梁對(duì)稱(chēng)加載試驗(yàn)第一百七十五頁(yè)，共200頁(yè)。3虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)（續(xù)）

足尺純鋼梁模型加載試驗(yàn)剪力釘、鋼筋網(wǎng)第一百七十六頁(yè)，共200頁(yè)。3虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)（續(xù)）

組合梁梁高為317mmUHPC板達(dá)到強(qiáng)度后，表面未出現(xiàn)任何收縮裂縫，表現(xiàn)出優(yōu)良的韌性。第一百七十七頁(yè)，共200頁(yè)。3虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)（續(xù)）

鋼－UHPC組合梁加載試驗(yàn)試驗(yàn)最大加載噸位：純鋼梁：按200MPa應(yīng)力控制，加載噸位2×160kN；組合梁：按試設(shè)計(jì)中UHPC最大拉應(yīng)力11.61MPa的1.2倍，即14MPa控制，加載噸位2×148kN。第一百七十八頁(yè)，共200頁(yè)。3虎門(mén)大橋橋面板條帶足尺模型試驗(yàn)（續(xù)）梁的荷載—撓度關(guān)系組合梁加載到2×148kN時(shí)，中支點(diǎn)上緣UHPC的拉應(yīng)力達(dá)到14MPa，但UHPC未出現(xiàn)任何開(kāi)裂跡象組合梁的縱向剛度提高約20％第一百七十九頁(yè)，共200頁(yè)。疲勞試驗(yàn)表明：在最大拉應(yīng)力為14.6MPa經(jīng)200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。耐疲勞性能優(yōu)異！第一百八十頁(yè)，共200頁(yè)。5磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)?zāi)ズ膶覷HPC層剛?cè)徇^(guò)渡部位，易發(fā)生剪切破壞結(jié)合面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)確定結(jié)合面層間連接方案確定層間抗剪強(qiáng)度第一百八十一頁(yè)，共200頁(yè)。5磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)（續(xù)）剪切試驗(yàn)的試件制備過(guò)程包括以下步驟：(1)澆注300×300×45mmUHPC試板，并進(jìn)行界面糙化處理(右圖)；(2)養(yǎng)護(hù)完成后涂刷界面粘結(jié)劑；(3)采用輪輾成型法，在經(jīng)過(guò)處理的UHPC試板上，鋪筑20mm厚改性瀝青混凝土；(4)將復(fù)合試板切割成100×100×65mm試件。梅花形坑洞3mm深壓槽第一百八十二頁(yè)，共200頁(yè)。5磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)（續(xù)）剪切試驗(yàn)的復(fù)合試件(結(jié)合面粘結(jié)劑由殼牌公司提供)

20mmSBS改性瀝青混凝土改性乳化瀝青粘結(jié)劑45mmRPC第一百八十三頁(yè)，共200頁(yè)。5磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)（續(xù)）界面斜剪試驗(yàn)裝置參照現(xiàn)行《公路工程石料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行磨耗層與UHPC結(jié)合面剪切破壞第一百八十四頁(yè)，共200頁(yè)。5磨耗層與UHPC結(jié)合面抗剪試驗(yàn)（續(xù)）界面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果單位：MPa試驗(yàn)溫度界面糙化方式壓坑洞(梅花形)壓槽方式一(槽深3mm，槽寬3mm，槽間距10mm)壓槽方式二(槽深3mm，槽寬3mm，槽間距7mm)室溫(28℃)0.41.62.0高溫(60℃)/0.80.9結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度與界面的糙化方式密切相關(guān)，壓槽方式二與磨耗層之間能形成良好的機(jī)械咬合作用，而粘結(jié)劑所能提供的抗剪強(qiáng)度十分有限；試驗(yàn)溫度對(duì)界面抗剪