王 葦，蘇永華，班新林

(1.中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)作為超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)的一種，是20世紀90年代中期法國Bouygues公司的Richard等人研制出的具有超高強度、高韌性、高耐久性、且體積穩(wěn)定性良好的水泥基復合材料。根據(jù)其組成和熱處理方法，該混凝土的抗壓強度可達到200～800MPa，彈性模量可達到40～60GPa，斷裂韌性高達40000J/m2，氯離子滲透性是普通混凝土的1/25，抗?jié)B透能力強[1]。相同抗彎剛度的預應力活性粉末混凝土梁自重接近于鋼梁[2]。目前，RPC混凝土在國內已經(jīng)在遷曹鐵路、薊港鐵路等工程取得應用，但在鐵路箱梁結構中很少使用[3]。本文在48m跨度RPC鐵路簡支箱梁設計與研究的基礎上，對跨度24m模型試驗梁進行研究，驗證其結構和性能，并檢測施工工藝。

1 模型梁設計

RPC混凝土24 m模型梁設計為1孔斜腹板薄壁簡支箱梁，采用節(jié)段拼裝制梁成孔。為滿足底板、腹板鋼束的布置，板厚度未按1∶2縮尺。梁長度為25.1 m，計算跨徑為24 m，共9個梁段，8個接縫面。梁高度為2.0 m，頂部寬度為3.8 m，底部寬度為2.6 m，跨中腹板、底板和頂板厚度為18 cm，支點附近加厚。梁端設1.1 m厚度橫隔板。箱梁設置9個節(jié)段，7個一般節(jié)段長2.80 m，2個端節(jié)段長2.75 m，一般節(jié)段吊裝重量為135 kN，端節(jié)段吊裝重量224 kN。每個節(jié)段在箱內頂板梗肋處對稱設置4個直徑30 mm吊裝孔[4]。模型梁跨中斷面見圖1。

圖1 模型梁跨中斷面(單位：cm)

預應力采用體內束鋼絞線，腹板預應力采用雙排6根7-7φ5鋼絞線，底板采用單排8根7-7φ5鋼絞線，采用內徑φ60金屬波紋管成孔，腹板鋼束錨下張拉控制應力為 1 294 MPa，底板鋼束錨下張拉控制應力為 1 259 MPa。張拉完成后及時進行孔道壓漿，孔道壓漿水泥漿強度為M50，并摻入阻銹劑，采用真空壓漿工藝[5]。

箱梁腹板和頂?shù)装寰O活性粉末混凝土剪力鍵，鍵高度為4 cm，鍵頂部寬度為16 cm，鍵底部寬度為22 cm。

2 RPC材料

RPC材料由水、水泥、摻和料、骨料、鋼纖維、外加劑等組成。水泥采用強度等級不低于42.5的低堿硅酸鹽水泥，水泥熟料中C3A含量不大于8%。礦物摻和料宜采用I級粉煤灰、S95以上等級的?；郀t礦渣粉和G85以上等級的鋼鐵渣粉。骨料可選用級配Ⅱ區(qū)的中砂，公稱粒徑大于5 mm的顆粒含量應小于1%。天然砂的含泥量、泥塊含量應符合要求；鋼纖維采用高強度圓截面纖維?；旌纤途S護用水均采用符合飲用標準的水。外加劑宜選用高性能減水劑，減水劑的減水率宜大于30%[6]。

3 預制模板

3.1 預制

試驗梁預制模板配置2套，其中制梁平臺、中間節(jié)段的固定端模、側模、底模、內模、行走軌道、移梁車架、匹配梁平臺8個部分為1套，另1套為梁端節(jié)段的固定端模、內模系統(tǒng)及匹配段連結模板。采用端模包底模、側模包端模的方式，模板與模板用螺栓連接固定，保證強度與剛度。

端模采用整體式大塊鋼模板(布置局部縱、橫加勁肋與型鋼桁架焊接成整體)，面板厚度為20 mm，橫豎肋采用扁鐵，厚度為10 mm，間距400 mm。為保證端模安裝時的精度，端面與制梁臺用4個定位銷軸連接固定。

側模采用整體式大塊鋼模板(布置局部縱、橫加勁肋與型鋼桁架焊接成整體)，面板厚度為5 mm，橫肋采用槽鋼，間距為250 mm，豎肋采用12#槽鋼，頂部采用φ30 mm的圓鋼對拉固定，側模板支架豎向支腿下設4個千斤頂用于加固模板。

底模采用2張200 cm×140 cm×1 cm的鋼板鋪裝在制梁臺上，底模四周需在機床刨光以保證底模的水平及模板連接后的垂直度。

內模由頂模、兩側模和內角模、下平模組成。頂模支撐在下平模，通過絲桿調整；內側模由橫向絲杠支撐。側模和頂模間通過鉸軸連接，內角模通過斜向對拉螺栓固定在內側模上。面板采用厚度為5 mm的鋼板，橫豎肋采用扁鐵，厚度為10 mm，間距為400 mm。

為了適應RPC材料的收縮特性，應適時松開模板連接釋放應力。初期養(yǎng)護結束后進行脫模。先松動錨具、預埋件螺栓，確保錨具、預埋件不受模板拆除的影響。拆模嚴格按照先內模、后外模，不引起混凝土應力的順序拆。先移除內模，松開內模之間鉸接桿件，從上往下移出模板。側模移出，用吊車吊住側模，拆除側模與端模、制梁臺的連接螺栓，慢慢放松側模四周的千斤頂，吊車吊住側模緩慢離開梁體。再拆除另一側側模[7]。

3.2 澆筑

1)混凝土攪拌

RPC黏度大、流動性差，應采用RPC專用攪拌機或變頻高速攪拌機。采用工廠內的HZS750型拌和站拌和混凝土。攪拌設備為強制式攪拌機，攪拌速度不低于45 r/min。攪拌時的投料順序為骨料、鋼纖維、水泥、礦物摻和料，干料先預攪拌4 min，加水和外加劑后再攪拌4 min以上?；炷翑嚢铏C的下料裝置上應有防止鋼纖維結團的裝置。RPC材料的水膠比不應大于0.2。拌和物坍落度控制在180～220 mm。攪拌完畢的RPC材料拌和物應在20 min內灌注完畢。構件宜連續(xù)灌注，最大間隔時間不應超過30 min[8]。

2)分料器設計

頂板分料器設計為四棱錐型，使混凝土從1處分成4處流入模板腔，以便于控制腹板混凝土澆筑高度對稱，避免混凝土成堆，使波紋管擠壓變形或澆筑厚度過厚氣泡排不出等情況。RPC混凝土分料器布料見圖2。

圖2 RPC分料器布料

3)混凝土澆筑

在溫度20 ℃、濕度60%的澆筑環(huán)境下，采用從頂板灌注混凝土的方式澆筑底模和側模。底板上部設有50 mm×50 mm的觀察孔，整體振動3 min，混凝土配合比滿足施工要求，振搗器間距為400～500 mm。

頂板澆筑時將分料器移除，采用裝載機直接布料，人工將混凝土全部攤平后，用內模振動器、腹板上部振動器、端模上部振動器、內模角部振動器四者同時開動，振動頂部混凝土，人工開始收面，清理多余混凝土，再用薄膜覆蓋。

3.3 養(yǎng)護

成型完畢的梁體采用蒸汽養(yǎng)護。養(yǎng)護分為靜停、初蒸養(yǎng)、高溫恒溫養(yǎng)護和自然養(yǎng)護4個階段。環(huán)境溫度在10 ℃以上、相對濕度在60%以上，靜停6 h。

節(jié)段梁采用電鍋爐蒸汽養(yǎng)護。蒸汽加熱升溫速度不應大于10 ℃/h，升溫至(40±5)℃保持恒溫24 h(還應同條件養(yǎng)護試件抗壓強度達到40 MPa)。再以不得大于10 ℃/h的降溫速度降溫至構件表面溫度與環(huán)境溫度相差不超過20 ℃。整個過程環(huán)境相對濕度應保持在70%以上。

2)高溫恒溫養(yǎng)護

脫模后的梁體高溫恒溫養(yǎng)護過程分為升溫、恒溫和降溫3個階段，升溫速度不應大于10 ℃/h，降溫速度不應大于10 ℃/h。恒溫溫度應控制在(70±5)℃，整個過程環(huán)境相對濕度應保持在95%以上。恒溫養(yǎng)護時間不應少于48 h。降溫完畢后撤除保溫設施時構件表面溫度與環(huán)境溫度之差不應超過15 ℃。

3)自然養(yǎng)護

梁體終養(yǎng)結束后，通過移梁車移到存梁區(qū)自然養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于14 d。

3.4 拼裝與張拉應力

模型梁采用短線法預制，節(jié)段膠拼施工。臨時預應力采用直徑25 mm的PSB830預應力粗鋼筋，每根粗鋼筋張拉力設計值為180 kN，接縫面預壓應力要求不小于0.4 MPa，全截面應力均衡。節(jié)段間采用環(huán)氧密封樹脂膠，單面涂膠，厚度小于3 mm。孔道間采用聚乙烯發(fā)泡墊圈保證孔道密封性。拼裝過程包括拼裝準備、預拼裝、拼裝、預應力張拉、預應力孔道封端壓漿。

預應力張拉采用兩端張拉，并左右對稱進行。張拉分為2個批次。一期張拉順序：2N3→2N1→2N4→2N2。二期按照從中間向兩側的順序張拉，剩余6N1。張拉過程中實施張拉應力、應變、時間的“三控”。張拉時以油壓表讀數(shù)為主、以鋼絞線的伸長值作為校核，在張拉力作用下持荷5 min。張拉過程中保持兩端的伸長量基本一致[9]。

4 模型梁試驗

制梁拼裝完畢后，參照TB/T 2092—2003《預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準》[10]，對簡支梁進行了靜載彎曲試驗和靜荷載試驗。

如今的《CH/T 3006-2011數(shù)字航空攝影測量控制測量規(guī)范》中只對傳統(tǒng)的航空攝影像控點布設有明確的規(guī)范，而對現(xiàn)如今的數(shù)字攝影測量像控點布設還沒有明確的要求，所以在布設像控點的過程中不能完全依照傳統(tǒng)的布設方法，需要對以往的布設方法進行調整，在能保證空三精度的情況下，探索出最合理最高效的布點方案。本文將通過實驗分別對目前最常用的四種不同的方案進行空三加密并進行相應的精度分析[1-2]。

4.1 加載方式

利用反力架，采用縱向5排加載方式加載，每排間距4 m，每排橫向采用2點加載，加載點作用于箱梁腹板中心處頂板。

4.2 加載值

試驗過程中，考慮最大活載彎矩(含沖擊彎矩)以及二期恒載、加載點重力作用下的跨中彎矩在標準中的限值，及各級加載荷載作用下跨中彎矩與相應的設計荷載作用下的跨中彎矩相等為原則，確定靜載試驗每級荷載下每個加載點的加載值[10]。根據(jù)模型梁設計情況，試驗梁各級加載值及跨中彎矩見表1。

表1 試驗梁各級加載值及跨中彎矩

4.3 模板梁撓度

分別加載至設計荷載和抗裂荷載?？缰械装鍝隙葘崪y結果表明：撓度與加載值保持了較好的線性關系，線性相關系數(shù)>0.999 9，說明梁體處于彈性工作狀態(tài)。2次加載實測中，跨中靜活載撓度分別為8.70,8.61 mm，撓跨比分別為1/2 759，1/2 787，撓度計算值為10.72 mm(采用彈性模量為3.55×104MPa)，滿足設計要求的梁體剛度靜活載撓跨比不得大于1/800。根據(jù)實測撓度和理論計算撓度推算，箱梁靜載試驗時的混凝土彈性模量為4.4×104MPa?？沽押奢d加載值與跨中撓度的關系曲線見圖3。

圖3 抗裂荷載加載值與跨中撓度的關系曲線

4.4 混凝土應力

在梁體跨中3.0 m范圍內，南北側的底板邊緣各均勻布置15個外貼鋼弦應變計,其中26個布置在混凝土底板，有4個布置在拼接縫位置?；炷翍儗崪y結果表明：跨中底板混凝土應變與加載值呈良好線性關系，線性相關系數(shù)均大于0.999。加載至1.2級荷載時，梁體跨中混凝土未發(fā)現(xiàn)裂縫，證明測試位置處于彈性狀態(tài)，試驗梁抗裂性滿足設計要求。

在1.2倍設計荷載作用下，實測試驗箱梁南北側跨中3.0 m區(qū)域內下緣混凝土的平均應力分別為18.00 MPa(應變409×10-6)，17.91 MPa(應變407 ×10-6)，兩側平均值為17.96 MPa，實測應力與理論計算值17.27 MPa基本一致(計算實測應力時混凝土彈性模量取推算值4.4×104MPa，下文取值同此原則)。

跨中頂板底面的混凝土縱向應變與加載值的關系曲線見圖4。可見，混凝土應變與加載值呈良好線性關系。在1.2倍設計荷載作用下，實測平均壓應力為-11.26 MPa(應變-256×10-6)，實測應力與理論計算值-12.07 MPa基本一致。

圖4 跨中頂板底面混凝土縱向應變與加載值的關系曲線

4.5 中性軸

跨中截面和L/4截面腹板混凝土應變與測點高度的關系曲線見圖5。在加載至1.2級荷載的過程中，跨中截面和L/4截面的腹板混凝土應變與測點距離底緣的高度呈良好的線形關系，推算出跨中截面和L/4截面中性軸高度實測平均值分別為 1 119，1 016 mm，實測值與設計值 1 100 mm 基本一致。

圖5 跨中截面腹板混凝土應變與測點高度的關系曲線

4.6 膠接縫應變

為了對比測試混凝土應變與膠縫處應變的差異，測試截面3選擇跨中節(jié)段的一端膠縫進行測試。測試截面3應變與加載值的關系曲線見圖6?？梢姡簻y試截面3底板的應變與加載值保持線性關系，但兩者的斜率有所差別。根據(jù)斜率的比例關系以及前文撓度推算出的混凝土彈性模量，推算膠縫的抗拉彈性模量為34.4×104MPa，滿足設計要求。

圖6 測試截面3應變與加載值的關系曲線

5 結論

1)實測跨中靜活載撓度比分別為1/2 759，1/2 787，梁體剛度滿足設計要求。

2)箱梁靜載試驗時的混凝土彈性模量為4.4×104MPa。

3)跨中截面和L/4截面中性軸高度實測值與設計值基本一致。

4)膠接縫的抗拉彈性模量為34.4×104MPa，滿足設計要求。