桥梁结构混凝土关键技术汇报.pdf
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1、桥用混凝土关键技术缪昌文缪昌文东南大学江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省土木建筑学会高性能土木工程材料国家重点实验室2020.9.23 广州东南大学江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省土木建筑学会高性能土木工程材料国家重点实验室2020.9.23 广州2020(第九届)国际桥梁与隧道技术大会(第九届)国际桥梁与隧道技术大会 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司2 2纲 要p 桥梁混凝土性能要求p 关键技术裂缝控制耐久性提升超高性能化p 结语与展望一、桥用混凝土性能要求 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司
2、江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司4 4我国交通工程的发展p 我国铁路、公路总里程位居世界前列高速铁路 截至2019年底,我国高速铁路营业里程达到3.5万公里,世界第一 高速公路总里程约15万公里,世界第一高速公路城市公路交通强国2019年交通运输行业发展统计公报 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司5 5桥梁是交通工程的重要组成部分p 桥梁是跨越水域、山谷及一切交通通道的关键节点梁式桥钢拱桥悬索桥桥梁建设是一个国家科技水平和施工能力的综合展现 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司
3、江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司6 6我国桥梁技术发展特点p 跨越式发展是我国桥梁技术进步特征p 我国已经成为全球桥梁大国且具有优势关键技术古代:赵州桥近代:钱塘江大桥现代:北盘江第一桥材料、设计、建造与管养技术实现跨越式创新与突破时间桥梁总数/万座桥梁总长/万公里2007572.32012713.7201987.86.0654%163%桥梁类型主跨世界排名前十中国桥梁数量斜拉桥7悬索桥6拱桥6梁桥6中国公路截止2018.6月统计 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司7 7我国桥梁结构发展对混凝土
4、性能要求桥梁结构发展方向p 超大跨、超水深p 少维护、长寿命p 抗裂性、耐久性混凝土性能要求沪通大桥,主跨1092 m 深中通道,120年设计寿命平潭海峡大桥,水深50 m 港珠澳大桥,120年设计寿命p 大范围、长距离丹昆特大桥,164 KM长 港珠澳大桥,55 KM长 p 工作性、超高强 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司8 8p 分散及保持、粘度及稳定是桥用混凝土工作性的关键技术工作性调控技术初步满足现阶段桥梁工程需求配合比原材料施工条件p 大掺量矿物掺合料p 低胶材用量低水胶比p 机制砂级配不合理p 石粉、含泥
5、量过高p 高温环境p 长距离运输p 远距离泵送分散及保持粘度及稳定关键技术p快分散型聚羧酸分子p 缓控释型聚羧酸分子p 无机颗粒与外加剂降粘p 触变稳健型聚羧酸分子 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司9 9p 桥用混凝土工作性关键技术已在国内外重大工程成功应用工作性调控技术初步满足现阶段桥梁工程需求杭州湾跨海大桥解决关键难题:p50%以上掺量矿粉粘度大p35以上高温流动性保持世界第三跨海大桥孟加拉帕德玛大桥解决关键难题:p纯水泥、40流动性保持p高含量片状骨料和易性佳125.46m世界最长水下钢斜桩贵州平塘特大桥解决关
6、键难题:p机制砂配制C50混凝土垂直泵送328米在建,亚洲第一高塔桥 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司1010桥梁结构对混凝土抗裂性需求迫切p 桥用混凝土开裂问题突出大体积:承台、锚碇变截面:塔座、索塔根部复杂应力:锚固区、横梁等大表体比:箱梁、索塔等温度裂缝表面龟裂 部分结构对混凝土收缩性能要求较高钢管混凝土拱桥钢-混凝土组合索塔技术要求:密封条件下混凝土微膨胀、无收缩 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司1111现代桥梁对耐久性设计与保障提
7、出了高要求p 大型桥梁工程混凝土结构设计使用寿命长(铁路与公路桥涵100 年)p 服役环境因素复杂,腐蚀破坏风险高(荷载作用、钢筋锈蚀、冻融、化学腐蚀等)p 施工环境恶劣(高海拔、大风、海浪、交通不便等),施工质量控制难度大,耐久性保障要求高港珠澳大桥:设计寿命为120年严酷服役环境:干冷、干热、风沙、盐湖、冻融、强紫外线恶劣施工环境:高、风、浪、流等 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司1212超高性能混凝土可解决桥梁病害顽疾问题p 满足桥梁结构超大跨、轻型化的迫切需求C60钢筋混凝土fc=60MPa钢筋增强UHPCf
8、c=180MPa钢筋混凝土结构相对重量2钢结构相对重量UHPC结构相对重量.显著增大桥梁跨度,替代钢箱梁p 桥梁病害顽疾问题突出(梁体开裂,疲劳破坏,长期下挠等)梁体开裂疲劳破坏抗力不足p 显著提升结构设计自由度和发展轻型结构体系创新桥梁结构新形式二、桥用混凝土关键技术裂缝控制 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司1414技术问题之一p 桥梁承台等大体积混凝土温控难度较大某承台监测结果(设置冷却水管)水泥水化速率快、集中放热 冷却水管降温效果有限放热更为集中p 外约束、外荷载下开裂问题突出 收缩:温缩和自收缩叠加C50混
9、凝土绝热温升:50;自收缩200约束:先浇部分对后浇部分约束外荷载:竖向轴力、弯矩0244872960.00.61.21.82.43.0 REF-III开裂风险/时间/d02468100.00.61.21.82.43.0 LQSG-BW-III HME-LQSG-BW-III开裂风险/=1.0=0.7开裂风险系数(拉应力/抗拉强度)可达到2以上下塔柱横梁 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司1515技术问题之二p 桥梁施工难以正常养护,混凝土干燥收缩开裂现象普遍混凝土分层/分节施工泌水速率泌水速率15年关键技术之一:低聚
10、物硅氧烷p 技术原理与技术特点显著降低混凝土吸水率,提升混凝土抗介质渗透性能用途:浪溅区以上干湿位置防护(墩柱、箱梁)降低水分吸收90%以上 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司4545 软硬结合 力学性能优异 高结晶性优异的耐腐蚀性 喷涂施工,快速高效关键技术之一:喷涂聚脲弹性体p 技术原理与技术特点实现潮湿基面混凝土的强粘结与抗海浪冲刷用途:浪溅区及潮差区重腐蚀位置防护(承台、塔座等)微观结构(硬段刚性、软段柔性)东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有
11、限公司46香港青马大桥金山港大桥聚硅氧烷胶州湾跨海大桥旧金山San Mateo大桥喷涂聚脲改性硅酸盐罗布林大桥马克吐温大桥关键技术之一:典型工程应用 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司47p 技术原理与特点 细化毛细孔径,降低毛细孔连通性,提高密实度 堵孔与憎水复合作用p 作用效果不增大混凝土的干燥收缩值关键技术之二:侵蚀离子传输抑制剂显著降低混凝土的吸水率氯离子扩散系数显著减小憎水堵孔作用机理 掺量 吸水率 降低率20 kg/m3 0.84%56.70%30 kg/m3 0.76%60.82%40 kg/m3 0.6
12、4%67.01%东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司48侵蚀离子传输抑制剂在桥梁工程中得到应用,显著提升了混凝土的抗介质侵蚀能力虎门二桥通明海特大桥关键技术之二:典型工程应用 东南大学东南大学东南大学 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司江苏省建筑科学研究院有限公司4949关键技术之三:掺入型有机阻锈剂p 技术原理 有机分子膜 隔离氯离子、O2 抑制钢筋钝化膜溶解p 技术特点 掺入新建结构混凝土拌合物,预防护 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预防护 东南大学东南大学东南大学 江苏
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