美国从1987年开始了一项“战略公路研究计划”(简称SHRP),由联邦公路管理署负责实施,许多科研机构、大学和州TRANBBS交通部以及加拿大有关机构参与。该计划主要目标之一是研究、评价和推广高性能混凝土(简称HPC)在公路桥梁中的应用。HPC是伴随着混凝土的TRANBBS技术进步,在20世纪80年代中期形成的新概念,高性能主要以混凝土的高工作性、高强度和高耐久性为特征,从而区别于传统的普通混凝土。HPC吸引人们去研究与应用的原因在于:针对结构所要求的耐久性与力学性能来TRANBBS设计混凝土,科学地选择组成材料与配合比,再通过良好地生产、浇捣和养护质量控制,获得所要求的高性能。
HPC技术的发展与应用以北欧与北美为先导,很快在全球范围内展开,目前已在大量工程中应用,包括许多桥梁,如丹麦的大贝尔特海峡大桥、丹麦与瑞典之间的欧上海峡大桥、加拿大联盟大桥、香港青马大桥等等,这些跨海桥梁的设计使用寿命均在100年以上。
1、高性能混凝土的特性
高性能混凝土根据耐久性与强度两方面要求,来选择确定混凝土组成材料和配合比。与普通混凝土相比,HPC在组成与配合比方面有如下特点:
(1)使用矿物掺和料;
(2)低水胶比;
(3)最大骨料粒径小;
(4)高效减水剂与水泥的相容性好。
2、高性能混凝土桥梁的经济性
美国SHRP计划中,研究发展HPC公路桥梁的重要内容之一,是在设计中充分利用HPC较高的强度,从以下几方面降低建桥成本:
(1)增大桥梁跨径,以减少下部结构;
(2)增大大梁间距,以减少梁的数量;
(3)减小构件截面尺寸,以降低混凝土体积。
在其HPC“演示项目”中,进行了许多这方面的尝试,预应力大梁普遍采用强度等级为10 000psi(相当于立方试件强度等级C80)的HPC,HPC桥梁的造价基本能与普通混凝土桥梁持平。例如,在德克萨斯州采用HPC建造的Louetta公路跨线桥,为3跨U型梁结构,跨径为37~41.3m,南北线桥梁的造价分别为248美元/m2和269美元/m2。当地同一项目的12座普通强度混凝土U型梁桥梁的造价在226~290美元/m2。San Angelo桥梁项目,东线桥采用HPC,造价为452美元/m2;西线桥采用普通混凝土,造价是484美元/m2。
目前,在世界范围,高性能混凝土的研究在深入,应用在扩展。北欧国家如挪威、瑞典,桥梁基本都采用HPC建造,目前对桥梁混凝土除高耐久与高强要求外,又增加了轻质的要求,因为桥梁上部结构使用轻质HPC(容重约1.9t/m3),桥梁自重减轻了,可以降低桥梁下部结构的成本,轻质高强(56~74MPa)HPC已经成功地在挪威一些工程中应用。美国、加拿大在SHRP计划的研究与应用基础上,正在大力宣传和推广应用HPC建设桥梁。有理由相信,高性能混凝土将获得越来越广泛的应用,并且会成为21世纪桥梁建设的优选工程材料。