高抗拉混凝土（HTC）在简支转连续梁体系中的检测与应用

刘誉璟

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

简支转连续梁施工传统工艺是通过墩顶现浇混凝土在张拉梁片负弯矩钢绞线完成体系转换，由预应力筋来抵抗墩顶负弯矩区的上缘拉应力，阻止混凝土开裂或降低裂缝宽度。这种体系转化过程繁琐、施工效率低、施工时间较长。随着科技的进步，混凝土材料及工艺技术也得到发展。国内外研究者及机构都在不断研究性能更优的混凝土。HTC 是一种新型材料，与普通混凝土相比，HTC 强度更高、耐久性更好。用HTC 来代替负弯矩区传统的机械张拉应力方法，可形成一种非预应力简支转连续体系。

1 工程概况

宁波石浦高速项目黄埠大桥全长 782m，中心桩号 ZK14+013.534（K14+061），孔径布置为12×30m+25×30m。设计角度90°，上部为预制预应力混凝土T 梁。主梁由预制预应力混凝土T 梁和现浇混凝土桥面铺装组合而成。采用多梁单独预制，简支安装。黄埠大桥左右线第七联现浇墩顶连续段设计采用高抗拉混凝土与非预应力钢筋先简支后连续结构体系，本文结合工地实际情况，对HTC 的工作性能、力学性能进行检测，为工程质量提供有力保证。

2 试验

2.1 原材料

水泥：海螺水泥股份有限公司，P.O52.5，3d 抗折强度7.2MPa、抗压强度38.0MPa；28d 抗折强度10.8MPa，抗压强度60.2MPa。

硅灰：上海亨创化工有限公司，比表面积19530m2/kg，平均粒径0.1～0.15um。

粉煤灰微珠:巩义市欧尚耐材有限公司，粒径200 目。

石英砂：佛山玉峰粉体材料有限公司，粒径20～40 目。

钢纤维：上海真强纤维有限公司，13mm 端勾镀铜钢纤维，长径比65，直径0.2mm。

减水剂：武汉港湾工程设计研究院，粉末状固体减水剂，减水率35%。

机制砂：象山县磊顺碎石，规格0～4.75mm，细度模数2.80，表观密度2.626g/cm3，亚甲蓝1.2g/kg，石粉含量8.4%。

碎石：浙江宁海，规格5～10mm，表观密度2.624g/cm3，压碎值17.4%，含泥量0.0%，空隙率41.9%。

2.2 施工配比

考虑到高抗拉混凝土原材料成本高，制备成本过大，使高抗拉混凝土在工程中存在应用的局限性。结合项目实地的原材料特性，通过反复试验进一步优化配比，最终确定使用机制砂、碎石5～10mm 替代部分石英砂以降低成本，优化后的施工配合比见表1。

表1 施工配合比（单位：kg）

2.3 试验方法及分析

混凝土浇筑过程中在施工现场取样制作抗压、抗折（抗弯拉）、劈裂抗拉标准试件和非标准试件，标准养护条件下养护7d、28d 后，参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019）[1]的试验方法分别测定其各项强度，检测结果见表2。

表2 混凝土抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度统计表

2.4 抗压试验分析

抗压强度是反映混凝土承载能力的一个重要指标，是混凝土配制中重点考虑的因素。在标准养护条件下，高抗拉混凝土试件28d 抗压强度满足配合比设计要求。这是由于高抗拉混凝土胶凝材料较多，使混凝土结构密实。同时钢纤维的掺入使混凝土基体形成环箍效应，约束混凝土基体收缩所产生的的微纹并阻止其发展，均匀分布的钢纤维搭接环箍效应可以阻止混凝土基体的横向膨胀发展，从而提高试件强度[2]。

2.5 抗折试验分析

抗折试验是单位面积承受弯矩时的极限折断应力。在标准养护条件下，高抗拉混凝土28d 抗折强度其抗拉强度明显提高，这实际上是由于HTC 混凝土胶凝材料中活性掺合料较多、超细粉增多，改善了混凝土的内部结构，增强了混凝土中骨料与水泥浆界面的过渡区，同时钢纤维的掺入增加了混凝土的粘结锚固性能，降低了混凝土脆性，增大了混凝土的塑性断裂能力[3-4]。

2.6 抗拉试验分析

抗拉强度对于抗开裂性有重要意义。在《混凝土物理力学性能试验方法标准》规范中，混凝土抗拉强度采用哑铃试件进行试验，由于夹具应力集中，在夹具附近或变截面处破坏，试验成功率不高，同时数据离散比较大，使试验结果不准确。结合工地试验室情况，采用立方体劈裂抗拉试验来测定。在标准养护条件下，高抗拉混凝土标准试件28d 劈裂抗拉强度为10.53MPa，与普通混凝土相比其强度明显提高，原因是高抗拉混凝土胶凝材料多、水胶比小，凝胶体增多，孔隙、裂缝或局部缺陷机率减少，内部结构改变，混凝土密实度提高，混凝土强度也随着增高。同时由于钢纤维的加入，在劈裂抗拉试验时出现边壁效应约束作用增加，抗拉性能得到改善，脆性降低。

3 试验结果分析

由表2 可知，高抗拉混凝土具有优异的力学性能，采用标准试件成型的试样28d 抗折、抗压、劈裂抗拉强度可分别达到12.14MPa、102.5MPa、10.53MPa，其力学性能远优于普通混凝土，此得益于硅灰与超细粉煤灰的密实填充作用，使所制的高抗拉混凝土基体结构密实，加之硅灰的引入提高了浆体粘度以防钢纤维下沉，从而利于钢纤维在基体中的均匀分布，钢纤维的错向均匀搭接，形成了紧箍整体，大幅提高了HTC 的抗折、抗压、劈裂抗拉、强度，非标准小试件抗折、抗压、劈裂抗拉强度大于标准试件的强度，与普通混凝土的性质是一致的，一是由于混凝土“环箍效应”尺寸越小，约束力越小，二是由于大尺寸试件内部空隙、裂隙等缺陷较多，使强度降低。

混凝土的脆性初始开裂常发生于胶材-集料界面过渡区，胶材-集料界面过渡区作为混凝土结构中的最薄弱区域，过渡区结合好坏直接影响混凝土性能，由表2 中数据可知，HTC 非标准试件28d 抗折强度（也即抗弯拉强度）、劈裂抗拉强度分别达13.03MPa、12.39MPa，间接可说明HTC 胶材与集料结合较为紧密，混凝土在承受外界拉应力情况下，胶材-集料界面过渡区处产生微裂纹数量将明显降低，加之钢纤维在基体的错向搭接均匀分布，可进一步阻止微裂缝的扩展，从而明显改善高抗拉混凝土的抗拉性能。

综上所述可知，HTC 以其优异的粘结性能和力学性能将具有更为广阔的工程应用市场。

4 质量控制

4.1 胶凝材料

混凝土的胶凝材料用量大小直接影响混凝土的工作性和力学性[5]，HTC胶凝材料用量比普通混凝土高很多，其性能与普通混凝土的也有所不同。在配合比设计阶段研究，胶凝材料过少试件无法成型，随着胶凝材料的增加，其工作性能逐渐变好，但胶凝材料过多，成本增加，其力学性能未有明显优势。在配比设计研究阶段确定最佳胶凝材料用量为1200～1400kg/m3。硅灰掺量不宜大于总胶凝材料的20%，掺量过大浆体胶粘不利于施工，其工作性能逐渐变差，强度略有下降。粉煤灰掺量不宜大于总胶凝材料的15%，随着粉煤灰微细颗粒的增加，工作性能越来越好，过大力学性能降低较多。

4.2 集料

集料在高抗拉混凝土中起骨架作用，集料的品质、颗粒形状、级配对拌合物的流动性及强度有较大的影响。集料较大的紧密堆积密度更有利于发挥最紧密堆积的原理，有利于钢纤维的均匀分布。在设计阶段采用机制砂和石英砂组成的混合砂进行研究，掺入5～10mm的粗骨料使混凝土形成骨架作用，还可以减少混凝土的收缩，降低基体中膨胀组分的加入量进一步降低成本。

4.3 纤维

纤维对混凝土具有增强，增韧和阻裂效应，钢纤维的掺入降低了HTC的脆性，使HTC材料具有超高力学性能。均匀分布的钢纤维是混凝土形成环箍效应，约束微裂纹的产生，改善HTC力学性能，但随着钢纤维的掺入拌合物流动性逐渐变差，其原因是由于钢纤维穿插在拌合物之间形成团聚，不均匀分布使拌合水无法释放，浆体流动性下降。通过增加拌合物的拌合时间，使拌和水充分释放，同时可以提高钢纤维均匀布置。

4.4 成型温湿度

温湿度环境是影响胶凝材料水化反应程度和速度的重要因素，与普通混凝土相比，高抗拉混凝土中含有更多的活性掺合料，采用热养可以加快高抗拉混凝土中胶凝材料的水化反应速度并促进水化反应进程，使高抗拉混凝土内部结构更加致密。在配比设计研究阶段采用不同的养护方式，抗折抗压强度增长不同，最佳养护方式为60℃热水养护＞20℃水养＞标准养护。温度越低，力学性能发展越慢。

5 结束语

本项目使用机制砂、碎石5～10mm替代部分石英砂配制的HTC，其性能和强度都能够满足设计和施工要求，合理的采用地材配制HTC，有效降低了成本。将HTC应用于非预应力简支转连续梁连体系中，相比传统的桥梁施工工艺可以减少施工工序，提高施工效率。

目前针对HTC的研究不多，缺少相关规范标准和经验，为保证混凝土的科学性与先进性，在总结现有试验技术的基础上，对成熟的研究结果进一步分析论证，吸收类似先进研究成果，完善相关规范标准，为工程质量提供有力保证。

随着科技的进步和发展，HTC定能够在经济、性能等方面突破传统混凝土的制约，将其性能充分发挥。