收缩裂缝控制
桥梁工程中强度C50及以上现浇高强混凝土已普遍使用 ， 如索塔混凝土、钢管混凝土拱桥的管内混凝土等 。 高强混凝土水胶比低、胶凝材料用量高 ， 且掺加超细的矿物掺和料 ， 早期水化放热速率加快 ， 水化引起的自干燥效应更为突出 。 自干燥效应引起的自收缩 ， 一方面会导致钢管混凝土的收缩脱空；另一方面 ， 且在早期和混凝土温降收缩相互叠加 ， 在外约束作用下极易引起开裂 。 在裂缝控制方面 ， 可以从材料、施工等多方面采取措施 。 如：高强混凝土配合多采取掺入较多粉煤灰与磨细矿渣等掺和料取代水泥的方式进行设计；施工过程中则采取原材料降温 ， 并布置冷却水管等措施降低温度峰值 。 工程实践中 ， 粉煤灰虽能抑制自收缩 ， 但效果有限 。 磨细矿渣则会增大混凝土的自收缩 ， 大掺量掺和料难以彻底解决收缩问题 。 同时 ， 也正是由于高强混凝土收缩尤其是自收缩的较大问题 ， 工程中采取的单一温控措施难以解决开裂问题 。
针对桥梁高强混凝土收缩的类型、出现的时间段、收缩大小温度和收缩历程特点 ， 优选功能材料 ， 从混凝土自身性能改善的角度抑制各种收缩变形 ， 是解决混凝土收缩开裂的有效途径 。 在具体措施方面 ， 可通过多元复合膨胀技术 ， 实现混凝土收缩的分阶段、全过程补偿；通过水化热调控措施 ， 降低混凝土的水化温升及温降收缩 。 多元复合膨胀技术 ， 采用不同膨胀效能及膨胀温湿度敏感性的钙质和镁质膨胀源 ， 实现变温变湿条件下高强混凝土无收缩 。 水化温升抑制技术 ， 则是利用有机材料连续缓慢释放并吸附在水泥颗粒表面 ， 在不改变放热总量不变的情况下 ， 降低水泥加速期水化放热速率 ， 在一定散热调控下 ， 达到减小结构混凝土的温度峰值 ， 延长达到温峰的时间 ， 并减小降温速率 。
上述两种技术为硬化混凝土收缩和开裂的抑制提供了新的思路 ， 在多项桥梁工程中得到示范及应用 。 其中 ， 平南三桥是中承式钢管混凝土拱桥 ， 主桥跨径575米 ， 钢管混凝土强度等级为C70 。 采用多元复合膨胀技术 ， 可实现试验室20℃条件下 ， 混凝土28d龄期自生体积膨胀在100×10-6以上 ， 90d龄期无自收缩 ， 在变温条件下产生有效膨胀 ， 并在管内形成一定的预压应力 。 沪苏通长江大桥索塔为大体积钢筋混凝土结构 ， 壁厚1.2m～4.2m、强度等级C60 ， 由于分节浇筑导致新浇混凝土受到下部硬化混凝土的外约束较大 。 采用水化温升抑制技术与多元复合膨胀技术制备低温升高抗裂混凝土 ， 控制入模温度不超过28℃ ， 并在内部设冷却水管 。 相比于基准混凝土 ， 采取抗裂混凝土技术 ， 中心和表层温度峰值分别降低4.7℃和3.5℃；里表温差降低3.6℃（图1（a）） ， 单位温升膨胀增大超1倍 ， 单位温降收缩减小35% ， 开裂风险系数（收缩拉应力和抗拉强度比值）降低30%以上 ， 中心、表面开裂风险分别低于0.7和1.0（图2（b）） ， 收缩裂缝数量平均降低近80% ， 工艺参数满足设计指标的节段能够避免开裂 。
图1 变温条件下C70混凝土自收缩测试结果
（a）沪苏通大桥实景图
（b）温度监测结果
【突破瓶颈 期许百年——桥梁混凝土性能提升关键技术】（c）开裂风险系数计算结果
图2 沪通大桥索塔混凝土性能
超高性能化
大量工程实践表明 ， 大跨径桥梁的梁体开裂和主跨过度下挠是世界性难题 ， 是长期困扰工程界 ， 制约大跨径桥梁进一步发展的技术瓶颈 。 就钢-混凝土组合桥梁而言 ， 因桥面自重较大 ， 导致经济适用跨径受限 ， 且存在负弯矩混凝土桥面板易开裂的难题 ， 究其基本原因为结构自重大 ， 材料或连接易出现静力和疲劳受拉开裂所致 。 而具有超高强度、超高韧性与超耐久性的超高性能混凝土（UHPC） ， 被认为是梁桥病害控制和结构体系创新的重要载体 ， 因而被广泛应用于预制箱梁、组合桥面板、轻型组合梁结构、节点连接及桥梁加固维修等场景 。 然而黏度大、施工难 ， 必须蒸汽养护 ， 无法使用粗骨料和收缩开裂风险高是UHPC亟待解决的技术瓶颈 ， 严重制约了其在工程实际中的推广应用 。
针对UHPC黏度大、施工难问题 ， 采用超分散降黏外加剂和微纳米颗粒 ， 优化颗粒堆积状态 ， 提升堆积密实度 ， 增加超细粉体吸附层厚度和颗粒间距 ， 降低颗粒间隙液黏度 ， 可降低UHPC黏度60% ， 提高浆体流速80% ， 进而满足高远程泵送施工、自密实成型 。
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