连云港性能混凝土（UHPC）多少钱一立方

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连云港性能混凝土（UHPC）多少钱一立方

　　UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究
　　摘要：提出密配筋UHPC(性能混凝土)加固?筋混凝土箱梁顶板方法，以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能，对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明：负弯矩作用下，受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2 mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27 mm时，荷载与大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下，UHPC层受压，加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早，正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度，但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板，致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能，加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期，破坏荷载与理论计算结果吻合良好.
我国现有的公路混凝土桥梁大多数是根据20世纪70年代至80年代初，甚至更早的设计标准建造的[1]，其结构普遍出现混凝土老化、破损、变形较大、开裂现象严重、桥梁持荷能力明显下降等病害[2].对于这类桥梁的加固，寻找一个安全可靠、耐久性高的加固方法尤为重要.现有加固方法大致分为2大类，一类是无机材料黏接形式：如高强不锈钢绞线聚合砂浆加固法等，加固材料强度较低，加固对原结构刚度和延性提高不明显;另一类是有机材料黏接形式，如粘贴纤维布加固法及粘贴钢板加固法等，此类加固方法都需要使用环氧结构胶，而有机材料耐高温性能及耐火性能相对较差，耐久性能也有待提高[3].
　　性能混凝土(UHPC)是一种新型纤维增强水泥基复合材料，其抗压强度超过150 MPa，抗拉强度超过5 MPa(或7 MPa)，并具有良好的耐久性[4].由于钢纤维分布及其方向的随机性，实际工程中通常配置普通钢筋以稳定提高UHPC的抗拉强度[5].研究表明，由于UHPC材料自身的抗拉强度及抗拉韧性，UHPC加固方法可以在一定程度上提高普通混凝土板的刚度和延性[6-7].
　　本文研究的UHPC加固方法采用抗剪栓钉连接方式，同时充分利用UHPC与普通混凝土的表面黏接力来提供界面抗剪能力，依靠配筋UHPC自身的材料性能增强加固结构的整体刚度、延性及承载能力.使用UHPC加固方法不仅可以使原结构正常使用状态得到大幅改善，并且基本不增加结构自重，耐久性，更为关键的是其有效避免了有机黏接剂的耐久性差问题对加固带来的危害.但是，目前关于UHPC材料应用于加固的情况，国内外尚无完善的规范，也缺乏工程实践经验，因此有必要通过试验研究配筋UHPC加固普通混凝土箱梁顶板在正/负弯矩作用下的抗弯拉性能.国外学者研究了界面粗糙度对UHPC黏接力的影响[8]、配筋UHPC板受弯性能[9]、配筋UHPC与普通混凝土通过环氧树脂胶构成的新型组合板的受弯性能[10]和配筋UHPC与预应力混凝土组合梁的结构性能[11].国内学者研究了钢-UHPC组合板的受弯性能[12]和复合砂浆钢筋网加固RC板的受弯性能[13].目前国内外对采用剪力钉连接方式的UHPC加固混凝土板的弹性极限、裂缝发展情况、承载能力及破坏形态鲜见报道.
　　赤石特大桥是汝郴高速公路上的一座预应力混凝土双索面斜拉桥，2014年10月29日下午4时许，赤石特大桥6#索塔汝城-郴州方向左幅主塔锚固区内起火，事故造成大桥混凝土主梁顶板开裂严重，开裂区域裂缝主要以与箱梁轴线约呈30°～60°夹角的斜向裂缝为主.
　　本文针对赤石特大桥火灾事故，设计了密配筋UHPC加固赤石特大桥混凝土箱梁桥面板静力正/负弯矩加载试验，对加固结构的弹性极限、开裂强度、整体刚度、裂缝发展情况、承载能力及破坏形态等进行测试，从中总结出相应的特征和规律，以探明密配筋UHPC加固箱梁顶板的受弯性能，供混凝土箱梁加固设计与工程应用参考.
　　1试验概况
　　1.1试件设计及材料特性
　　试验前期准备阶段，在赤石特大桥项目部现场浇筑3块足尺箱梁顶板局部模型作为试验板.各试件的尺寸相同，沿桥梁横向长度为3 200 mm，横向净跨为3 000 mm，沿桥梁纵向长度为2 000 mm，厚度为280 mm，其中加固试验板厚度增加50 mm的密配筋UHPC.
　　试件及其主要参数如图1所示.UHPC加固层中布置纵横双向钢筋网，通过在顶板上植入长为150 mm的抗剪栓钉与箱梁顶板连接.为充分模拟混凝土箱梁顶板的实际开裂情况，在对试验板进行加固之前先对其中2个试件进行扭转预压，使其产生与顶板横向成45°夹角的斜裂缝(如图1(d)所示).3块试件分别为未加固对比试件、正弯矩加固试件和负弯矩加固试件.
　　试验中UHPC材料主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、减水剂、混杂钢纤维组成.端钩型钢纤维长13 mm，直径0.2 mm，掺入体积分数为2%;圆直型钢纤维长8 mm，直径0.12 mm，掺入体积分数为1.5%.UHPC加固层中钢筋直径为10 mm，等级为HRB400，箱梁顶板材料为C55普通钢筋混凝土，顶板内钢筋间距15 cm，钢筋直径16 mm，等级为HRB400.剪力钉直径为13 mm，高度150 mm，对钉帽以下部分进行压纹(如图1(c)所示)，植入箱梁顶板深度为115 mm，UHPC加固层中高度为35 mm，剪力钉沿纵向、横向间距均为300 mm，剪力钉布置如图1(b)所示.试验中浇筑加固层时制作9个100 mm×100 mm×100 mm的UHPC立方体试块与6个100 mm×100 mm×400 mm棱柱体试块，与加固板在相同的室内环境下养护24 h后，待UHPC?K凝，加固板与试块脱模后蒸气养护48 h，养护温度控制在90～100℃.按照标准试验程序[14]测试UHPC的基本力学性能，结果见表1.
　　1.2试验加载及测量方案
　　本试验的3块试件均为跨中集中加载的简支试件.试验采用1 500 kN油压千斤顶进行加载.为试件在水平方向自由移动，在试件的一端使用滚轴支座.为便于负弯矩加载时测量UHPC加固层顶面裂缝宽度，采取油压千斤顶从下向上施加荷载的反向加载方案，正弯矩仍采取正向加载.
　　试验中主要测量了试件的跨中和端支座位移、UHPC加固层侧面和底部静态应变，以及底部开裂后的裂缝宽度等.电阻应变片的数据用TDS-602静态数据采集仪采集.同时，为了更好地测试UHPC加固层开裂后的受拉应变情况，在UHPC加固层顶面布置3个引伸仪.
　　试验中挠度数据由百分表测得，引伸仪增量及支座位移由千分表测得，试件的挠度由跨中挠度减去支座位移得到，荷载由千斤顶油压表和压力传感器共同监控，试验中裂缝宽度由智能裂缝观测仪监控，其精度为0.01 mm.试验测点及引伸仪布置如图2，图3和图4所示.2试验结果及分析
　　2.1正弯矩加固试验板
　　2.1.1荷载挠度曲线
　　试验板竖向位移由百分表测量，跨中挠度为δ=(Z1+Z2+Z3)/3+(N1+N2+S1+S2)/4，其中Z1～Z3为跨中横向布置的3个百分表读数，N1，N2，S1，S2分别为支座处布置的4个千分表读数.正弯矩作用下，加固试验板的荷载跨中挠度曲线与未加固试验板对比如图5所示.
　　加固试验板在正向加载的跨中集中荷载作用下，跨中挠度与荷载在前期呈明显线性关系，但挠度曲线的斜率小于未加固试验板的弹性阶段.原因是普通混凝土层前期已预压至开裂，裂缝封胶不能提高其抗拉强度，正弯矩加固试验板表现出较早的开裂现象;但在未加固试验板开裂与正弯矩加固试验板均进入裂缝发展阶段之后，UHPC加固层不仅提高了截面的惯性矩，同时具有较高的抗压强度及弹性模量，随着荷载的持续增大，加固试验板在正弯矩作用下的挠度和裂缝发展速度明显低于未加固试验板;图5中A点之前，加固试验板表现出比未加固试验板较大的挠度，是因为加固试验板在前期已经预压至开裂，在荷载保持较低水平时，底层仅钢筋受拉，普通混凝土失去承载力，需要更大应变以满足应力要求，试验主要挠度结果汇总于表2.
　　当荷载大于232 kN之后，加固板挠度持续小于未加固板，在未加固板接近破坏荷载677 kN时，加固板挠度仅为未加固板的35.6%;荷载达到569 kN，荷载挠度曲线开始有比较明显的斜率变化，试件刚度下降速度较快，试验板底部出现横向裂缝，此时加固试验板在正弯矩作用下达到屈服阶段，挠度相对未加固试验板减小36.6%，荷载提高了8.4%，刚度提高较明显.试件进入延性阶段至破坏的过程中，加固板表现出更高的延性，挠度增加量是未加固试件的24.9%，原因是组合结构中的受压区高度小于UHPC加固层厚度，普通混凝土层2层钢筋均受拉，相比于普通混凝土箱梁顶板承受正弯矩时，加固板中的上层受拉钢筋可以帮助底层受拉钢筋分担部分应力，底层钢筋达到屈服强度时，上层钢筋已经承受部分拉应力，所以加固试验板表现出更高的延性.
　　2.1.2荷载主裂缝宽度曲线
　　正弯矩作用下，加固试验板的荷载主裂缝宽度曲线如图6所示.
　　加固试验板UHPC加固层受压，普通混凝土层受拉.由于结构整体开裂强度取决于裂缝封胶材料的强度，所以底面跨中裂缝出现较早，出现可见裂缝时的荷载水平较低，初始裂缝早出现在跨中底部，裂缝发展均沿预压初始斜裂缝方向，试验主要裂缝结果汇总于表3.
　　荷载达到177 kN，未加固试验板的主裂缝宽度为0.1 mm，此时正弯矩加固试验板裂缝宽度为0.9 mm，是未加固试验板缝宽的90%;未加固连云港试验板主裂缝宽度达到0.2 mm控制点时，加固试验板主裂缝宽度为0.1 mm，仅为未加固试验板的50%;未加固试验板达到破坏荷载时，加固试验板主裂缝宽度为0.34 mm，为未加固试验板的27.8%;加固试验板主裂缝宽度大于0.35 mm后，底面斜裂缝改变走向，出现横向贯通裂缝，同时主裂缝宽度突然增大，试验板进入破坏阶段，终破坏时刻底面裂缝分布如图7所示.
　　不难看出，UHPC加固方法显著抑制了裂缝的发展速度，不仅有效提高了规范中裂缝宽度关键点的持荷能力，而且显著增强了结构整体的极限承载能力.原因是UHPC加固层本身具有的抗压强度，与密配钢筋共同受力，在结构整体受弯时，减小了结构受压区高度，普通混凝土中上下2层钢筋均受拉，相比于未加固试验板中单层钢筋受拉的情况，加固试验板以更小的钢筋应变满足较大的应力要求，所以裂缝宽度发展受到明显抑制.
　　同时，UHPC加固层弹性模量较大，受压应变较小，当UHPC加固层和普通混凝土层未产生相对滑移之前，结构截面应变基本满足平截面假定，从而进一步减小了底部受拉区应变，降低了裂缝发展的速度.
　　2.1.3荷载跨中底面应变曲线
　　值得一提的是试验板在正弯矩作用下的跨中底面应变并没有随着荷载的增大而持续增大.在荷载持续增长的阶段，跨中底面应变曲线出现非常明显的转折点，应变出现一次较为明显的回缩现象，随后又随荷载增大而持续增长，整条荷载连云港应变曲线呈现“闪电”状，如图8所示.
　　应变曲线的转折点(图中A点)出现在荷载值为322 kN时，原因是随着荷载的增加，普通混凝土层全截面受拉，裂缝上下贯通，混凝土失去抗拉承载能力，拉应力完全由钢筋承担，钢筋应变和UHPC加固层应变差值较大，截面抗剪失效产生相对滑移，同时抗剪栓钉屈服，试验板内力重分布形成新的静力平衡，造成底面应变有所减小.
　　抗剪栓钉在图中A点屈服，但并未达到其大抗剪强度，可以继续传递剪力，同时由于相对滑移面产生于普通混凝土层，滑移界面粗糙，存在一定的骨料咬合效应，加固试验板仍有一定持荷能力，故加固试验板的跨中底面应变在经历了一定的回缩之后，继续随荷载增大而增大;此时，UHPC加固层与普通混凝土交界面相对滑移也随荷载增大而持续增大;终加固试验板的破坏形态为底部受拉钢筋屈服，整体变形过大而失去承载能力.
　　2.2负弯矩加固试验板
　　2.2.1荷载挠度曲线
　　?弯矩作用下，加固试验板的荷载跨中挠度曲线与未加固试验板对比如图9所示.
　　加固试验板在反向加载的跨中集中荷载作用下，跨中挠度曲线中没有明显的转折点，原因是加载后普通混凝土靠近UHPC加固层存在裂缝，普通混凝土没有抗拉承载能力，混凝土层不存在开裂后的内力重分布，结构整体仅UHPC加固层受拉，普通混凝土底层受压.当UHPC加固层开裂后，由于钢纤维的存在，结构整体内力重分布并不像普通混凝土那样明显，故试件整体的跨中挠度曲线并没有明显转折点，负弯矩试验主要挠度结果汇总于表4.
　　荷载保持较低水平时，加固板的挠度相比于未加固板偏大(图9中A点之前)，原因是普通混凝土层存在上下贯通的预压裂缝，普通混凝土开裂后，裂面是粗糙的，受压区裂缝在闭合过程中，原来拉脱的骨料重新“嵌入”原位而产生一定的摩阻力.同时局部粉碎的颗粒落在裂缝中，由于这些“垫块”的存在使裂缝提前传递压力[15]，但当裂缝完全闭合之前压应力并不能达到大值，所以在荷载水平较低时，试验板由于存在裂缝闭合的过程表现出刚度偏低，变形较大;图中A点以后，加固板的挠度增长速度明显小于未加固板，随着荷载持续增大，荷载挠度曲线的斜率开始降低;因为钢纤维逐步退出工作，所以结构的挠度曲线在后期仍没有明显的转折点，斜率为逐渐变化.初始裂缝产生后试件进入裂缝发展阶段，由于UHPC加固层自身良好的抗拉性能和变形协调性能，加固试验板在负弯矩作用下，表现出更高的刚度和抗弯承载能力，同时由于界面黏接力的作用，UHPC加固层较小的纵向应变也抑制了普通混凝土层初始裂缝的进一步发展.
　　2.2.2荷载主裂缝宽度曲线
　　负弯矩作用下，加固试验板的荷载裂缝宽度曲线如图10所示.
　　加固试验板UHPC层顶面先出现短小横向可见裂缝，裂缝萌生宽度为0.05 mm，但随着荷载的增加，裂缝宽度并未扩展，仅沿横向长度扩展，开裂应力为-16.37 MPa(受拉);荷载达到506 kN时，裂缝宽度开始扩展，受拉区平均应力水平达到-30.16 MPa(受拉)，由于UHPC加固层中钢筋网的存在，试件开裂强度远大于抗折试块开裂强度，且裂缝宽度发展速度缓慢，负弯矩试验主要裂缝结果汇总于表5.
　　随荷载增大，UHPC加固层顶面相继出现多条短而小的裂缝，裂缝间距与UHPC加固层中横向钢筋间距近似相同，横向裂缝出现范围均在跨中40 cm区域内(如图11所示).由图10可以看出，当裂缝宽度小于0.23 mm时(图中A点)，主裂缝宽度与荷载关系近似线性;当裂缝宽度大于0.23 mm时，荷载主裂缝宽度曲线斜率虽有变化，但仍保持较大斜率，即裂缝仍保持缓慢发展;裂缝宽度超过0.38 mm(图中B点)，裂缝宽度曲线出现波动，裂缝发展进入不稳定阶段，此时主裂缝宽度增速较快，其余裂缝宽度仍缓慢增长，直至试验板主裂缝宽度达到0.51 mm，判定为破坏.
　　2.2.3荷载跨中应变曲线
　　负弯矩作用下，加固试验板的荷载跨中应变曲线与未加固试验板对比如图12所示.
　　普通混凝土层受拉应变在167με以下时曲线斜率相对较大，原因是受压区存在裂缝闭合过程，其普通混凝土的压缩应变较大，同时UHPC层抗拉刚度较大，对普通混凝土层受拉应变的约束较明显;应变水平大于167με后，随着UHPC层的开裂，普通混凝土层应变曲线斜率出现下降趋势，但应变仍远小于未加固试验板，原因是UHPC加固层中钢纤维的存在使开裂截面仍可以提供较大拉应力，同时UHPC与混凝土界面无相对滑移，有效抑制了普通混凝土原有裂缝的进一步发展;当UHPC应变大于1 400με后，应变曲线出现明显波动，这是因为UHPC层裂缝宽度较大，大量钢纤维被扯出，UHPC抗拉承载力下降，造成普通混凝土裂缝扩展速度加快，同时部分应变片由于应变过大而失效，故数据出现多次波动，试验板也同时进入破坏阶段.