高强轻骨料混凝土在桥梁工程应用中的一些问题

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1、高强轻骨料混凝土在桥梁工程应用中的一些问题孙海林丁建彤叶列平(清华大学土木工程系，北京，100084)摘要：本文讨论了高强轻骨料混凝土在桥梁工程中应用时人们关心的一些问题，如收缩和徐变、耐久性、泵送性、经济性等，指出这种材料特别适合于在软土地基和高抗震设防烈度区修建大跨桥梁以及维修与加固旧桥，其技术经济效益明显。关键词：高强轻骨料混凝土；桥梁工程；收缩；徐变；耐久性；泵送；经济性人造轻骨料混凝土已有近百年的应用历史，并因其独具的性能优势而在土木工程建设中占有越来越重要的地位。桥梁工程方面接受高强轻骨料混凝土方面比房屋建筑要慢一些，但是高

2、强轻骨料混凝土在国内外桥梁工程依旧得到了广泛的应用。轻骨料混凝土在国外已经用[1,2][3]于上千座桥梁，在国内也已用于将近40座桥梁。虽然高强轻骨料混凝土在桥梁工程方面已经取得一定的市场份额，但还仅仅是很小的一部分，而且在不同的国家，高强轻骨料混凝土的应用情况相差很大。这主要是由于桥梁工程师对这种新材料缺乏了解。高强轻骨料混凝土在桥梁工程应用中存在的一般是出于桥梁工程师对该种材料性能及其使用的熟悉程度。本文讨论了高强轻骨料混凝土在桥梁工程中应用时人们关心的一些问题，如弹性模量、收缩和徐变、耐久性、泵送性、经济性等，希望促进这一技术经济

3、效益优越的材料在桥梁工程中的应用。一．收缩和徐变在桥梁结构中一般都采用预应力，高强轻骨料混凝土的收缩徐变是工程师最关心的一个问题。收缩和徐变会造成预应力损失，如果对收缩和徐变值计算不准，将会对桥梁结构产生比较大的影响。高强轻骨料混凝土的收缩徐变值通常比普通混凝土高。首先由于其弹性模量比同等级普通混凝土的低。根据Smeplass的研究，水灰比在0.32~0.43的CL60~CL90的高强轻骨料混凝[4]土的弹性模量比同强度普通混凝土的低20~30%。高强轻骨料混凝土的收缩徐变值通常比普通混凝土高。在早期轻骨料混凝土的收缩比普通混凝土的小。

4、徐变值通常但不总是比等强度普通混凝土的大。徐变随混凝土强度增加而降低。由于低弹性模量产生较大的弹性应变，轻骨料混凝土在荷载下的总变形比普通混凝土的[5]大。国内外规范对收缩徐变的规定仍然基于普通强度轻骨料混凝土的实验结果。例如，ACI213R-87对轻骨料混凝土收缩的取值建议只覆盖到最高圆柱体强度为45.5MPa的轻骨料混凝[6]土，而且其建议取值范围很宽（600~1000µε），且这些建议基本上是基于1957年Shideler[7]所做的一份综合性研究结果。国内外规范对收缩徐变终值或计算公式的意见不一致，美国预应力混凝土学会（PCI）

5、[8]1992年版的设计手册则建议轻骨料混凝土的收缩取值与普通混凝土相同。挪威标准[9]NS3473和2001年发布的最新欧洲混凝土结构设计规范（征求意见稿）中对干表观密度大3于1800kg/m的轻骨料混凝土徐变系数的取值为普通混凝土数值乘以系数(ρ/2400)2；对干表3观密度小于1500kg/m的轻骨料混凝土徐变系数的取值为普通混凝土数值乘以系数1.3×2(ρ/2400)。我国《轻骨料混凝土技术规程》2001年修订稿中关于收缩徐变及其影响因素的影响系数的取值仍然基于80年代所做的CL20~CL30混凝土试验结果，仍然采用了《轻骨料混

6、凝土技术规程》JGJ51-90规定的收缩和徐变值。但是我国CL40级高强轻骨料混凝土一年后实测1[10]的徐变系数为1.0～1.5，而根据《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-90给出的强度等级CL20~CL30的公式计算出的徐变系数为2.083，实测值与规程给出的计算值相差比较大；CL40级高强轻骨料混凝土1年后的收缩值为0.462~0.668mm/m[10]，规程给出的为0.705mm/m，相差也比较大。根据CEB/FIB(1977)文献数据的调查，相同强度的轻骨料混凝土和普通混凝土的徐变具-5有相同的规律，最终轻骨料混凝土的徐变度是

7、6.5-9.0×10/MPa。不同研究者得到的轻骨料-5混凝土的徐变度减小到5.5~7.5×10/MPa，这低于普通强度混凝土的典型值-5[11]（6.5~9.0×10/MPa）。美国预应力混凝土协会（PCI）设计手册（1992）进行轻骨料混凝土和普通混凝土对比后建议了一个更高的徐变值和相等的收缩值。它推荐使用轻骨料混凝土预应力损失范围[8]207-379MPa，普通混凝土的损失范围172-345MPa。高强轻骨料混凝土在桥梁工程得到了广泛应用，但也有少数桥梁因为收缩和徐变出现过问题。美国1978年完工的、当时美国采用轻骨料混凝土建造的

8、净跨最长的分块拼装法混凝[12]土箱形梁桥Parrotts渡桥。该桥在使用12年后，195m的主跨中间下垂了约635mm。林同[13]炎国际公司受托诊断的结果表明，实测的徐变比按照PCI或者ACI209公式