第二看台

本报记者 刘志伟

通 讯 员 邢 影 姜志刚

    住在武汉，时常会开车过桥。然而，过桥的最大烦恼莫过于：当遇见路面维修时，常常要加入堵车长龙；路面修好不久，又会出现凹凸不平，驾车如同行船。基本上是4—5年一个维修周期，而且这种循环的周期还在缩短。

    近日，随着武汉军山长江大桥超高性能混凝土铺装完成，我国自主研发的一项新技术也成为了“网红”。这项新技术的最大特点是，可以大大减少桥面的维护，甚至可以实现零维护。科技日报记者带着好奇，来到了位于武汉的桥梁结构健康与安全国家重点实验室，就此项技术的研发以及应用情况采访了专家。

    极大提升桥梁健康安全

    军山长江大桥，2001年12月15日建成通车，至今已经运营了17年。该桥是京港澳高速公路和沪渝高速公路共用的跨越长江的一座特大型高速公路桥梁。

    大桥目前高峰期日均通行车辆34000辆次，60%以上为大、中型货车。远超设计标准的高荷载给桥面带来了巨大的压力，早在2010年，大桥便实施了为期约100天的首次大修，随后几年又多次进行修补。

    中铁大桥科学研究院院长、桥梁结构健康与安全国家重点实验室副主任田启贤介绍，像军山长江大桥这样的“亚健康”桥梁，国内还有很多。近年我国大跨度桥的桥面多使用正交异性钢桥面板，表面采用沥青类材料进行铺装。但随着经济发展，重载货车增多，大多数桥面承受着远超设计的荷载，不仅铺装层频频出现病害，下部的钢板也极易出现疲劳开裂等症状。

    田启贤说：“本次军山长江大桥采用的超高性能混凝土组合桥面技术，既能作为结构层，降低钢结构疲劳应、避免开裂，又可作为防水层和耐磨层，为钢桥面提供一种永久的防护，极大提升了桥梁结构的整体健康与安全水平。”

    项目总工程师陈露一介绍：“通常情况下，环氧沥青每隔5年便要铲除重修，且每次维护时间为2—3个月，对交通影响极大；超高性能混凝土仅需15年后对表面的磨耗层进行维护（如不铺装磨耗层则可免维护），而且价格低廉（约为环氧沥青的二十分之一），耗时仅需2天，对交通影响极小。”

    100年才会磨耗2毫米

    田启贤说，材料是结构的基础，桥梁结构想要有进一步的发展，材料的革新必不可少。因此对混凝土的性能进行改善是重中之重。

    超高性能混凝土是上世纪80年代出现在欧洲的一种新材料，与普通混凝土相比，此类混凝土在拥有超高强度性能的同时，还拥有超高的耐久性能。但此种材料存在着两个缺陷：收缩高、需要蒸气养护。“高收缩带来的易开裂症状，使得其适用范围严重受限，而蒸气养护也大大提高了养护成本。”田启贤说。

    针对这两项不足，团队经过将近6年的摸索及上千次的试验，获得了大量的配合比数据，最终开发出了一种低收缩、免蒸养的超高性能混凝土。田启贤说：“低收缩免蒸养超高性能混凝土与普通混凝土相比，抗压强度提高了3倍，抗拉强度高了4—8倍，韧性是后者的200倍，耐磨强度是后者的4倍，这意味着如果普通混凝土25年磨耗2毫米，超高性能混凝土则需要100年才会磨耗2毫米，大幅度降低了后期维护成本。”基于低收缩、免蒸养的超高性能混凝土，他们又开发出超高性能混凝土组合桥面技术，彻底解决了钢结构桥面疲劳开裂的问题。

    应用范围非常广阔

    2016年，团队首次把超高性能混凝土组合桥面技术应用于太原市摄乐桥。

    经过近两年实时健康监测，桥面钢板所受应力相比同类型桥梁大幅度降低，预示着钢板不会出现疲劳开裂的情况。

    此后，这项新技术又陆续在哈尔滨霁虹桥、宜宾金沙江公铁两用桥、蒙华铁路洞庭湖大桥和公安长江大桥，以及现在的军山长江大桥等多座大桥上使用。

    “随着超高性能混凝土技术的成熟，工业化生产成本进一步降低，其应用范围将会变得更广。我们现在也在开展一些新的研究，下一步将从几个方面探寻超高性能混凝土的新应用，例如超高性能混凝土和普通混凝土的组合结构。普通混凝土耐久性可通过铺装一层超高性能混凝土来改善，表层的超高性能混凝土能防止其开裂，并增加强度，大幅度降低后续维护成本。”田启贤表示，另一方面，可将超高性能混凝土应用于结构中受力大的部位，能有效地提高结构承载力，减轻桥梁自重，促使桥梁结构形式的多样化、轻型化、薄壁化。另外还可尝试将超高性能混凝土应用于一些特殊建筑，如大坝的迎水面、核电站反应堆外壳以及跨海大桥等。这些特殊的场合使用的普通混凝土，因为其极易发生开裂，会造成漏水或有害物质的侵蚀，影响结构的使用功能和寿命，若是使用超高性能混凝土，则可有效预防病害发生，延长建筑寿命。