桥用混凝土关键技术培训课件

1、桥用混凝土关键技桥用混凝土关键技术术2纲纲 要要 桥梁混凝土性能要桥梁混凝土性能要求求 关键技关键技术术裂缝控裂缝控制制耐久性提耐久性提升升超高性能超高性能化化 结语与展结语与展望望一、桥用混凝土性能要一、桥用混凝土性能要求求我国交通工程的发我国交通工程的发展展 我国铁路、公路总里程位居世界前我国铁路、公路总里程位居世界前列列高速铁路高速铁路高速公路高速公路4城市公路城市公路交通强国交通强国 截至截至2019年底，我国高速铁路营业里程达到年底，我国高速铁路营业里程达到3.5万公里万公里，世界第一世界第一 高速公路总里程约高速公路总里程约15万公里万公里，世界第一世界第一2019年交通运输行业发

2、展统计公报年交通运输行业发展统计公报桥梁是交通工程的重要组成部桥梁是交通工程的重要组成部分分 桥梁桥梁是跨越水域、山谷及一切交通通道的是跨越水域、山谷及一切交通通道的关键节关键节点点梁式梁式桥桥钢拱钢拱桥桥悬索悬索桥桥5桥梁建设是一个国家科技水平和施工能力的综合展桥梁建设是一个国家科技水平和施工能力的综合展现现我国桥梁技术发展特我国桥梁技术发展特点点古代：赵州桥古代：赵州桥近代：钱塘江大桥近代：钱塘江大桥现代：北盘江第一桥现代：北盘江第一桥 跨越式发展跨越式发展是我国桥梁技术进步特征是我国桥梁技术进步特征材料、设计、建造与管材料、设计、建造与管养养技术实现跨越式创新与突技术实现跨越式创新与突破

3、破 我国已经成为全球我国已经成为全球桥梁大国桥梁大国且具有且具有优势关键技优势关键技术术时间时间桥梁总数桥梁总数 /万座万座桥梁总长桥梁总长 /万公里万公里2007572.33.7201271201987.86.0654%163%桥梁类桥梁类型型主跨世界排名前十中国桥梁数主跨世界排名前十中国桥梁数量量斜拉桥7悬索桥6拱桥6梁桥6中国公路中国公路 截截止止2018.6月月 统统计计6我国桥梁结构发展对混凝土性能要我国桥梁结构发展对混凝土性能要求求桥桥 梁梁 结结 构构 发发 展展 方方 向向 超大跨、超水超大跨、超水深深 抗裂性、耐久抗裂性、耐久性性混混 凝凝 土土 性性 能能 要要 求求深中通

4、道，深中通道，120年年设计寿设计寿命命港珠澳大桥，港珠澳大桥，120年年设计寿设计寿命命沪通大桥，主跨沪通大桥，主跨1092 m平潭海峡大桥，水深平潭海峡大桥，水深50 m 大范围、长距大范围、长距离离丹昆特大桥丹昆特大桥，164 KM长长港珠澳大桥港珠澳大桥，55 KM长长 少维护、长寿少维护、长寿命命 工作性、超高工作性、超高强强7 分散及保持、粘度及稳定分散及保持、粘度及稳定是桥用混凝土工作性的关键技是桥用混凝土工作性的关键技术术工作性调控技工作性调控技术术初步满初步满足足现阶段桥梁工程需现阶段桥梁工程需求求配合配合比比原材原材料料施工条施工条件件 机制砂级配不合理机制砂级配不合理 石

5、粉、含泥量过高石粉、含泥量过高 大掺量矿物大掺量矿物 掺合料掺合料 低胶材用量低胶材用量 低水胶比低水胶比 高温环境高温环境 长距离运输长距离运输 远距离泵送远距离泵送分散及保分散及保持持粘度及稳粘度及稳定定关关 键键 技技 术术快分散型聚羧酸分子快分散型聚羧酸分子 缓控释型聚羧酸分子缓控释型聚羧酸分子 无机颗粒与外加剂降粘无机颗粒与外加剂降粘 触变稳健型聚羧酸分子触变稳健型聚羧酸分子8 桥用混凝土工作性桥用混凝土工作性关键技术已在国内外重大工程成功应关键技术已在国内外重大工程成功应用用工作性调控技工作性调控技术术初步满初步满足足现阶段桥梁工程需现阶段桥梁工程需求求杭州湾跨海大杭州湾跨海大桥桥

6、解决关键难题：解决关键难题：50%以以上上掺量矿掺量矿粉粉粘度大粘度大35以以上上高温流动性保持高温流动性保持世界第三跨海大桥世界第三跨海大桥孟加拉帕德玛大孟加拉帕德玛大桥桥解决关键难题：解决关键难题：纯水泥纯水泥、40流动性保持流动性保持高含量片状骨高含量片状骨料料和易性佳和易性佳125.46m世界最长水下钢斜桩世界最长水下钢斜桩贵州平塘特大贵州平塘特大桥桥解决关键难题：解决关键难题：机制砂配机制砂配制制C50混凝混凝土土垂直垂直泵泵送送328米米在在建建,亚洲第一高塔桥亚洲第一高塔桥9桥梁结构对混凝桥梁结构对混凝土土抗裂性需求迫抗裂性需求迫切切 桥用混凝土开裂问题突桥用混凝土开裂问题突出出

7、大体积：大体积：承台、锚碇承台、锚碇变截面：变截面：塔座、索塔根部塔座、索塔根部 大表体比：大表体比：箱梁、索塔等箱梁、索塔等 复杂应力：复杂应力：锚固区、横梁锚固区、横梁等等温度裂缝温度裂缝表面龟裂表面龟裂钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥钢钢-混凝土组合索塔混凝土组合索塔10 部分结构对混凝土收缩性能要求较高部分结构对混凝土收缩性能要求较高技术要求技术要求：密封条件下密封条件下混凝土微膨胀、混凝土微膨胀、无收缩无收缩现代桥梁现代桥梁对对耐久性设计与保耐久性设计与保障障提出提出了了高要高要求求 大型桥梁工程混凝土大型桥梁工程混凝土结构设计使用结构设计使用寿寿 命长（铁路与公路桥涵命长（铁路与公路桥

8、涵100 年）年） 服服役役环境因素复杂环境因素复杂，腐蚀破坏风险，腐蚀破坏风险高高（荷载作用、钢筋（荷载作用、钢筋锈蚀、冻融、化锈蚀、冻融、化学学 腐蚀等）腐蚀等） 施工环境恶劣（高海拔、大风、海浪、施工环境恶劣（高海拔、大风、海浪、 交通不便等），交通不便等），施工质量控制难度大，施工质量控制难度大， 耐久性保障要求高耐久性保障要求高港珠澳大桥港珠澳大桥：设计寿命设计寿命为为120年年严酷服役环境严酷服役环境：干冷、干热、风沙、盐湖、干冷、干热、风沙、盐湖、冻冻 融、强紫外融、强紫外线线恶劣施工环境恶劣施工环境：高、风、浪、流高、风、浪、流等等11超高性能混凝超高性能混凝土土可解决桥梁病害

9、顽疾问可解决桥梁病害顽疾问题题 满足桥梁结满足桥梁结构构超大跨、轻超大跨、轻 型型化化的迫切需的迫切需求求C60钢筋混凝土钢筋混凝土fc=60MPa钢筋增强钢筋增强UHPCfc=180MPa钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢结构钢结构UHPC结构结构相对重量相对重量2 相对重量相对重量 相对重量相对重量.显著增大桥梁跨度，替代钢箱显著增大桥梁跨度，替代钢箱梁梁 桥桥梁梁病害顽病害顽疾疾问题突出问题突出（ 梁体开裂，疲劳破坏，梁体开裂，疲劳破坏，长长 期下挠等期下挠等）梁体开梁体开裂裂疲劳破疲劳破坏坏抗力不抗力不足足 显著提显著提升升结构设计自由度结构设计自由度 和发和发展展轻轻型型结构体结构体系系

10、创新桥梁结构新形创新桥梁结构新形式式12二、桥用混凝土关键技二、桥用混凝土关键技术术裂缝控裂缝控制制技术问题之技术问题之一一某承台监测结果（设置冷却水管）某承台监测结果（设置冷却水管） 桥梁承台等桥梁承台等大体积混凝土温控大体积混凝土温控难度较难度较大大 水泥水化速率水泥水化速率 快、集中放快、集中放热热 冷却水管降温冷却水管降温 效果有限效果有限放热更为集放热更为集中中 外约束、外荷载下开裂外约束、外荷载下开裂问题突问题突出出 收缩：收缩：温缩和自收缩叠加温缩和自收缩叠加C50混凝土绝热温升：混凝土绝热温升：50；自收自收缩缩200约束：约束：先浇部分对后浇部分约束先浇部分对后浇部分约束外荷

11、载外荷载：竖向轴力、弯矩：竖向轴力、弯矩02472960.00.61.21.82.43.0 REF-III开 裂 风 险 /48时 间 /d024 6 8 100.00.61.82.43.0LQSG-BW-III HME-LQSG-BW -III开 裂 风 险 /=1.0 1.2=0.7开裂风险系数（拉应开裂风险系数（拉应力力/抗拉强度）可达抗拉强度）可达到到2以以上上下下 塔塔 柱柱横横 梁梁14技术问题之技术问题之二二 桥梁施工桥梁施工难以正常养护难以正常养护，混凝土，混凝土干燥收缩开裂干燥收缩开裂现象普现象普遍遍混凝土分层混凝土分层/分节施工分节施工泌水速泌水速率率15年年降低水分吸收降

12、低水分吸收90%以上以上显著降低混凝土吸水率，提升混凝土抗介质渗透性能显著降低混凝土吸水率，提升混凝土抗介质渗透性能44 高结晶性优异的耐腐蚀高结晶性优异的耐腐蚀性性 喷涂施工，快速高效喷涂施工，快速高效关键技术之一：喷涂聚脲弹性关键技术之一：喷涂聚脲弹性体体 技术原理与技术特点技术原理与技术特点用途：浪溅区及潮差区重腐蚀位置防用途：浪溅区及潮差区重腐蚀位置防护护（承台、塔座等）（承台、塔座等） 软硬结合软硬结合 力学性能优异力学性能优异微观结构微观结构（硬段刚性、软段柔硬段刚性、软段柔性性）实现潮湿基面混凝土的强粘结与抗海浪冲刷实现潮湿基面混凝土的强粘结与抗海浪冲刷45香港青马大香港青马大桥

13、桥金山港大金山港大桥桥胶州湾跨海大胶州湾跨海大桥桥旧金旧金山山San Mateo大大桥桥喷喷 涂涂 聚聚 脲脲改改 性性 硅硅 酸酸盐盐聚聚 硅硅 氧氧 烷烷罗布林大罗布林大桥桥马马克克吐温大吐温大桥桥关键技术之一：典型工程应关键技术之一：典型工程应用用46 技术原理与特点技术原理与特点 细化毛细孔径，降低毛细孔连通细化毛细孔径，降低毛细孔连通性性，提高密实，提高密实度度 堵孔与憎水复合作堵孔与憎水复合作用用 作用效果作用效果不增大混凝土的干燥收缩值不增大混凝土的干燥收缩值关键技术之二关键技术之二：侵蚀离子传输抑制侵蚀离子传输抑制剂剂显显著著降低混凝土的吸水率降低混凝土的吸水率氯离氯离子子扩散

14、系数显著减小扩散系数显著减小憎憎水水堵堵孔孔作用机作用机理理掺掺量量吸水吸水率率降低降低率率20 kg/m30.84%56.70% 30 kg/m30.76%60.82% 40 kg/m30.64%67.01% 47侵蚀离子传输抑制剂在桥梁工侵蚀离子传输抑制剂在桥梁工程程 中得到应用，显中得到应用，显著著提升了混提升了混凝土凝土 的抗介质侵蚀能的抗介质侵蚀能力力虎门二桥虎门二桥通明海特大桥通明海特大桥关键技术之二：典型工程应关键技术之二：典型工程应用用48关键技术之三关键技术之三：掺入型有机阻锈掺入型有机阻锈剂剂 技术原理技术原理 有机分子膜有机分子膜隔离氯离子、隔离氯离子、O2抑制钢筋钝化膜

15、溶解抑制钢筋钝化膜溶解 技术特技术特点点 掺入新建结构混凝土拌合物，掺入新建结构混凝土拌合物，预防护预防护 两极保护两极保护，同时保护阴极和阳极，无机盐型阻锈剂只保护阳极，同时保护阴极和阳极，无机盐型阻锈剂只保护阳极预防护预防护49关键技术之三关键技术之三：自迁移型有机阻锈自迁移型有机阻锈剂剂涂 覆 前涂 覆 7 d 后涂 覆 3 0 d 后涂 覆 6 0 d 后已锈蚀钢已锈蚀钢筋筋反应速率下反应速率下降降50%0 . 00 . 51 . 01 . 52 . 0腐 蚀 电 流 A / c m2迁移到混凝土内迁移到混凝土内部部 降低钢筋腐蚀电降低钢筋腐蚀电流流0M0.038M已锈蚀钢筋表面修复已

16、锈蚀钢筋表面修复 技术原技术原理理 通过毛细吸附、气相扩散等定向迁移通过毛细吸附、气相扩散等定向迁移 取代吸附点蚀坑内的取代吸附点蚀坑内的Cl- 、H+、抑制点蚀发展、抑制点蚀发展 技术特技术特点点 高效自迁移，可实现已建结构高效自迁移，可实现已建结构无损防护与修复无损防护与修复 多吸附中心多吸附中心，竞争性取代吸附的，竞争性取代吸附的Cl-、降低腐蚀速率，延长结构寿命、降低腐蚀速率，延长结构寿命修复修复50迁移速率提升迁移速率提升8倍倍有效抑制了钢筋锈有效抑制了钢筋锈蚀蚀 技术原理与特技术原理与特点点 电场作用加速阻锈剂迁电场作用加速阻锈剂迁移移 增强钢筋表面碱性增强钢筋表面碱性 能与电化学

17、除氯协同应能与电化学除氯协同应用用 作用效作用效果果4816200012C / m M12t / (d)comp. b 通5 comp. a 通电电4 comp. c 通电co m p . a 不通电3 comp. b 不通电comp. c 不通电020k 40k 60k 80k 100k 120k 140k140k120k100k80k60k 40k 20k0-Z / ( cm2)icomp. b-4Ccomp. d-8Ccomp. e-12CrZ / ( cm2)单向电单向电渗渗关键技术之三：关键技术之三：电迁移型有机阻锈电迁移型有机阻锈剂剂512020IBTC崇启大桥崇启大桥莫桑比克马普

18、托跨海大桥莫桑比克马普托跨海大桥贵广高铁思贤窖特大桥贵广高铁思贤窖特大桥田湾核电田湾核电 钢筋阻锈剂在国内外桥梁、钢筋阻锈剂在国内外桥梁、核核 电工程中得到应用电工程中得到应用 满足了重点工程对耐久性的满足了重点工程对耐久性的高高 要求要求关键技术之三关键技术之三：典型工程应典型工程应用用飞云江大桥飞云江大桥52二、桥用混凝土关键技二、桥用混凝土关键技术术超高性能混凝超高性能混凝土土超高性能混凝超高性能混凝土土简简称称UHPC（Ultra-high Performance Concrete）一种超级混凝土一种超级混凝土：抗抗压压强度大强度大于于150MPa，抗抗拉拉强度大强度大于于7MPa10

19、86420120.00.61.21.82.43.0T ensile strength/MPaElongation/m m6050403020100T ensile load/kN0.20.40.60.81 . 00超高力学性能超高力学性能54Tensile displacement/mm超高韧性超高韧性超高耐久性超高耐久性利利用用UHPC的技术优势，实现材料与结构优势互补，的技术优势，实现材料与结构优势互补， 构建与之构建与之相匹配的桥梁结构新体相匹配的桥梁结构新体系系桥梁工程应用情桥梁工程应用情况况截止2016年6月，已有超过100座采用或部分采用UHPC的桥梁在超 过15个国家中建造（不完

20、全统计）各各国国UHPC桥梁应用数量统桥梁应用数量统计计55国国外外UHPC桥梁数量统桥梁数量统计计技术问技术问题题问问题题1：极低水胶比混凝土粘度大、静态经时损失极低水胶比混凝土粘度大、静态经时损失快快问问题题2：混凝土强度等级要求混凝土强度等级要求高高问问题题3：极低水胶比混凝土收缩大，开裂风险极低水胶比混凝土收缩大，开裂风险高高粘度大粘度大56强度与韧性难匹配强度与韧性难匹配开裂风险高开裂风险高制备工艺苛刻制备工艺苛刻关键技术之一：高流关键技术之一：高流态态 多种功能外加剂综合作用实现多种功能外加剂综合作用实现UHPC高流高流态态降粘组份降粘组份提高颗粒表面提高颗粒表面 吸附量吸附量延长

21、颗粒表面延长颗粒表面 作用时间作用时间解决了超高性能混凝土流动性差、粘度高、静解决了超高性能混凝土流动性差、粘度高、静置置 流动性损失大的难流动性损失大的难题题,实现现场规模化应实现现场规模化应用用高减水作用高减水作用高保坍作用高保坍作用快速吸附快速吸附 颗粒表面颗粒表面快速吸附快速吸附缓慢释放缓慢释放掺合料作用掺合料作用滚珠效应、填充效应、滚珠效应、填充效应、 吸附效应吸附效应低外加剂掺量、高吸低外加剂掺量、高吸 附量附量颗粒包裹水消耗减少颗粒包裹水消耗减少增加水膜层厚度增加水膜层厚度150MPa超高强混凝土泵送施超高强混凝土泵送施工工57关键技术之二：超高关键技术之二：超高强强发明了高活性

22、矿物掺合料，实现自然养护条件下强度快速、持续增发明了高活性矿物掺合料，实现自然养护条件下强度快速、持续增长长促进高与超高促进高与超高密密C-S-H凝胶生凝胶生 成，消除了界面过渡区成，消除了界面过渡区次递水化效应次递水化效应 组合叠加增强组合叠加增强多尺度颗粒多尺度颗粒 不同活性颗粒不同活性颗粒调控效调控效果果摒弃了国际上使用硅灰和高能耗磨细石英砂及热压养护的制备技摒弃了国际上使用硅灰和高能耗磨细石英砂及热压养护的制备技术术58关键技术之三：超高关键技术之三：超高韧韧 表面改性钢纤维实现表面改性钢纤维实现UHPC的高强高的高强高韧韧实现了钢纤维的高效增实现了钢纤维的高效增韧韧012345604

23、53015075力力值值/N位位 移移/m m 未 处未 处 理理 ZnPh-ZnPh-处处 理理纤维表面改性技纤维表面改性技术术 调控效果调控效果020000024681012抗拉强度/MPa50001000015000拉 伸 应 变 2.0% 2.3%2.5%ft 10MPa t0.4%0.00.10.60102030405060 Load/kN0.20.30.40.5D i s p l a c e m e n t / m mC 3 0含 粗 骨 料 U H P C8 6 1 8 4 6 ft10MPa含粗骨含粗骨料料UHPC高强高高强高韧韧多缝开多缝开裂裂59 10 t普普关键技术之四：

24、高体积稳定关键技术之四：高体积稳定性性 抗裂技术实现抗裂技术实现90d总收缩小于总收缩小于250，显著降低开裂风，显著降低开裂风险险粗骨料粗骨料膨胀剂膨胀剂减缩剂减缩剂限制收缩限制收缩收缩补偿收缩补偿减小收缩减小收缩降低幅度与降低幅度与 骨骨料用量和料用量和骨料坚固性有关骨料坚固性有关膨胀剂需需水膨胀剂需需水 量少和对相对量少和对相对 湿度不敏感湿度不敏感减缩剂可降低减缩剂可降低20%左右左右60粗骨粗骨料料补偿收缩技补偿收缩技术术减缩技减缩技术术2020IBTC典型工程应典型工程应用用 南京第五长江大桥南京第五长江大桥-世界首座规模化应用含粗骨料世界首座规模化应用含粗骨料UHPC 桥面板的工

25、程桥面板的工程三塔组合斜拉桥，主桥跨径三塔组合斜拉桥，主桥跨径1796m，高高3.6m，宽宽35.3m 专用外加剂开发专用外加剂开发 粉体流变技术调控粉体流变技术调控解 决 了 规 模解 决 了 规 模 化化 应 用 中 钢 纤应 用 中 钢 纤 维维 结 团 、 包 裹结 团 、 包 裹 性性 不良等难不良等难题题包裹不包裹不良良包裹性佳、纤维无结包裹性佳、纤维无结团团00200400600剪切应力（ Pa）(Pa.s)Old10.33New16.73(Pa)12.510.5原技术方 案 调 整技术方 案510152025剪切速率(s-1)增粘降屈服关键技增粘降屈服关键技术术61典型工程应典

26、型工程应用用 南京第五长江大桥南京第五长江大桥-世界首座规模化应用含粗骨料世界首座规模化应用含粗骨料UHPC 桥桥面板的工程面板的工程已实已实现现140 余块预制板余块预制板 生生产产62典型工程应典型工程应用用2461359010304050-100-50050100150200250300收 缩 应 变 / 1 0- 620时 间 / h UDC(1测 点)UDC(2测 点) HDC(3测 点) HDC(4测 点)01020304050253035404550温 度 / 时 间 / hUDC(1测 点) U D C (2测 点)H D C (3测 点) H D C (4测 点)环 境 温

27、度缩尺构件缩尺构件2d收缩收缩10010h后升温后升温 松浦大桥松浦大桥-UHPC组合桥面板组合桥面板(在建在建) 形成了强约束下大幅面形成了强约束下大幅面薄层薄层UHPC铺装抗裂关键技术铺装抗裂关键技术； 提出了大面积提出了大面积UHPC常规化快速摊铺施工方案常规化快速摊铺施工方案抗裂关键技术抗裂关键技术：低收低收缩缩UHPC+延时保温施工方延时保温施工方案案施工关键技术：施工关键技术：UHPC快速摊铺技快速摊铺技术术实实现现200m2钢桥面整体人工快速铺钢桥面整体人工快速铺装装63三、结语与展三、结语与展望望结语结语65桥梁混凝土向超高性能化方向发展桥梁混凝土向超高性能化方向发展，积极推动常规材料、常规工，积极推动常规材料、常规工艺艺、常温养护条件超高性能混凝土关键技术的在桥梁工程应用研、常温养护条件超高性能混凝土关键技术的在桥梁工程应用研究究从从外加剂分子结构设计与胶凝材料优化外加剂分子结构设计与胶凝材料优化解决工作性调控和收缩抗解决工作性调控和收缩抗裂裂 难题是桥梁混凝土技术发展的重要手难题是桥梁混凝土技术发展的重要手段段针对桥梁工程设计服役寿命长、施工条件复杂与暴露环境严酷的针对桥梁工程设计服役寿命长、施工条件复杂与暴露环境严酷的关关 键问题键问题，形