轻质超高性能混凝土开发及其在预制拼装桥梁工程中的应用

轻质超高性能混凝土开发及其在预制拼装桥梁工程中的应用

轻质超高性能混凝土（LUHPC）作为一种新型建筑材料，在桥梁工程中的应用展现出巨大的潜力。本文将为您介绍LUHPC的研发背景、技术创新以及在实际工程中的应用案例，探讨其在预制拼装桥梁工程中的优势和前景。

2023年度中国混凝土与水泥制品协会混凝土科学技术奖工作于2023年3月启动，至2023年12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目45项。经过专家评审委员会的初评及终评，共计30个项目获奖，包括一等奖3项、二等奖16项、三等奖11项，其中“基础理论类”2项、“科技进步类”10项、“标准创新类”3项、“技术革新类”15项。

项目概况

本项目通过采用自主研发生产的高强轻集料替代石英砂，采用工业废渣（钢渣粉、矿渣粉、煤灰粉）替代石英粉，设计并完成轻质、低收缩、免蒸养轻质超高性能混凝土（以下简称：LUHPC）的制备，并研究了LUHPC混凝土本身各项力学性能及耐久性性，提出了LUHPC混凝土本构关系模型，提出了钢筋LUHPC柱的承载能力计算公式，以及钢筋LUHPC梁的抗弯极限承载能力计算公式，提出了钢筋与LUHPC临界锚固长度计算公式，基于上述公式进行了预应力LUHPC简支小箱梁桥优化设计方法。最后形成了基于材料的设计制备的LUHPC预制箱梁的设计及施工质量控制成套技术。

主要创新点

1. 一种“轻质化-超高强度-高韧性-高模量-低收缩”混凝土协同设计方法

成果基于LUHPC复合及协同设计原理，形成了轻质特种UHPC材料组成设计方法，研究了不同加料顺序、拌和时间对轻质超高性能混凝土工作性能的影响规律，提出了UHPC低密度与超高强度、高弹模及超高强度与低收缩的协同设计方法，设计和制备出了具有轻质、低收缩和高韧性的UHPC。

2. 建立了LUHPC应力应变本构关系

成果通过LUHPC基本力学性能的分析，探明了LHPC在多种结构下的受力特性，建立了LUHPC应力应变本构关系，提出了钢筋LUHPC柱的承载能力、钢筋LUHPC梁的抗弯极限承载能力、钢筋与LUHPC临界锚固长度计算公式，为LUHPC材料在不同结构下受力模型的提供了理论基础。

3. 轻质超高性能混凝土预制桥梁结构优化设计技术与生产施工质量控制成套技术

成果进行了预应力LUHPC简支小箱梁桥设计方法优化，提出了轻质超高性能混凝土预制桥梁结构优化设计技术，完成了轻质超高性能混凝土足尺实体结构验证，开发了轻质特种超高性能混凝土生产与施工质量控制成套技术，应用于各种桥梁路面铺装工程，取得了良好效果。

工程应用

1. 中华科技园大桥试验梁应用

中华科技园大桥属于武汉段WHTJ-3标，起点桩号K11+112,终点桩号K14+701，全长3589m，线路沿东南向跨越梁子湖、梧桐湖中间地带方布设。桥梁采用预应力预制小箱梁结构，吊装和架设采用龙门吊、架桥机，梁就位后，进行墩顶连续段、湿接缝、桥面铺装、防撞墙施工。

本次试验用的两片梁是中华科技园大桥77-3、76-4预制箱梁，梁长30m，单片箱梁C50混凝土用量32.3m3，钢筋用量6674.5kg。

2. 府河大桥加固工程

府河大桥桥梁全长1078.04m，总宽24m，在长期的服役过程中，大桥桥墩受环境腐蚀，亟需维修加固。本工程利用课题所制备LUHPC进行修补加固，浇筑保护层高度2.4m，厚22mm，浇筑LUHPC共16m3，混凝土初始坍落度260mm，黏度为52.7Pa·s，28d抗压强度达到109.2MPa，弹性模量为39.5GPa，120d自收缩率为2.83×10-4，表观密度为2095kg/m3。工程应用结果表明，LUHPC墩柱加固保护层满足原工程设计要求，自重较普通混凝土降低20%以上。

完成单位简介

1. 中建商品混凝土有限公司

中建商品混凝土有限公司是以生产预拌商品混凝土为主，专业化、多产业、跨区域的高新技术企业，拥有首家预拌混凝土行业的国家企业技术中心。为中国混凝土行业最大的上市公司和国内领先的建材产业综合服务商（中国混凝土行业第二位）—中建西部建设股份有限公司的重要成员单位。

在国家“一带一路”、“长江经济带”战略引领下，公司强化央企担当，充分利用上市公司平台，发展布局覆盖“六省三国”。目前形成湖北、福建、江西、江苏、安徽、山西等核心区域市场。2012年走出海外，先后进驻阿尔及利亚、马来西亚、柬埔寨市场，2016年成立中建西部建设（马来西亚）责任有限公司。按照“一体两翼”战略部署，实施产业互联网协同和产业链协同，打造智慧工厂、创建公司商城、构建产业物联网等。

2. 武汉理工大学

武汉理工大学是教育部直属全国重点大学，是首批列入国家“211工程”和“双一流”建设高校，是教育部和交通运输部等部委共建高校。学校建有材料复合新技术国家重点实验室、光纤传感技术与网络国家工程研究中心、硅酸盐建筑材料国家重点实验室、国家水运安全工程技术研究中心、水路交通控制全国重点实验室等52个国家级和省部级科研基地，建有内河智能航运交通运输行业协同创新平台、汽车零部件技术湖北省协同创新中心、安全预警与应急联动技术湖北省协同创新中心3个省部级协同创新平台。

3. 武汉市市政建设集团有限公司

武汉市市政建设集团有限公司是武汉城市发展集团全资子公司，是一家具有70余年发展历史的国有大型综合性建筑施工企业。拥有市政公用工程施工总承包特级资质和工程设计市政行业甲级资质，城市轨道交通工程专业承包、机场场道及建筑、公路、桥梁、环保等10余项一级资质，技术与施工力量雄厚，年施工产值逾300亿元。

4. 武汉纺织大学

武汉纺织大学是国家首批“中西部高校基础能力建设工程”建设高校、教育部“卓越工程师教育培养计划”实施高校、湖北省“国内一流学科”建设高校、全国十大时装名校。学校坚持“一元领先、多元并进、突出特色、协同发展”的学科建设思路，组建五大学部，设置20个学院（部）3个研究院，涵盖理、工、文、法、经、管、艺、交叉等8个学科门类，拥有15个硕士学位授权一级学科和10个硕士专业学位授权类别。