进入冬季的宁波已有些寒冷,但舟山港石浦港区沈海高速连接线新桥至石浦段项目施工现场却正忙碌的热火朝天。中交二航局的建设者们正在进行墩柱和墩顶施工。
技术员王全超看着眼前情景不禁感慨:如今项目不仅追赶上了因疫情耽误的工期,还能提前1个月完工,谁能想到几个月前大家还在为工期而一筹莫展呢?
沈海高速连接线新桥至石浦段全长17.5公里,共有中型桥梁14座,其中13座上部结构要采用钢束张拉法施工。此法可以阻止连续T梁结构部位的混凝土开裂或降低裂缝宽度,但工作量大,施工周期长,将严重耗费人力物力和生产时间。
“别出心裁”新方案
“如果按这种施工方案,绝对是无法完工的。”
“这其中最耗时耗力的一道工序就是T梁钢束张拉,要想赶上工期,除非可以实现钢束免张拉,直接浇筑混凝土。”
“可混凝土抗弯性能差,连弯曲都做不到,如何保证桥梁结构安全?”
……
在技术团队的第“N”次会议中,大家围绕目前的施工方案纷纷出主意。
“如果我们能研发一种特殊混凝土,提升可弯曲性,让混凝土变得像人体中附着在肌腱或骨头上的筋络组织一样,形成‘脉络结构’,起到抗拉作用……”王全超抓住关键因素提出了新方案。如果有一种“灵活”的混凝土,能把墩顶区域的上缘拉应力收纳在其中,那开裂风险就会大幅降低,就可以实现钢束免张拉。
“这个想法很新颖!刚好我们最近也在研究超高性能混凝土(UHPC),应该可以在这基础上细化优化一下,研究一款高抗拉性能混凝土产品。”众人纷纷感到方案可行,并迅速开始后续工作。
“优化配比”新材料
方案初步确定后,王全超带领技术团队查找国内外相关文献,发现UHPC在现场应用时存在制备工艺复杂、生产成本高、自收缩大、相关规范标准不完善、与结构相关的创新性研究较少、现场一体化施工设备不完善等诸多问题,因此现场应用较少,大多还只停留在高校实验室里。这些问题严重制约了UHPC的工程应用,也让产品进一步推广陷入了僵局。
“既然已经知道大问题的组成,那就把它分解为小问题,逐一击破。”
“要使混凝土脆性小,首先基体应更加密实;要使混凝土具有可弯曲性能,则需引入特殊材料——不同性质及抗拉强度的纤维;要使混凝土具有抗收缩性能则需具有自修复功能——引入纳米微膨胀组分;要使混凝土成本较低可最大程度利用现场机制砂及碎石……”分析到这里,大家又惊又喜,眼睛里都闪烁着光亮。
问题分析透彻了自然少不了成功的最关键步骤——大量试验。
然而,试验初期,屡试屡败,大家一度焦头烂额,备感压力。但只要有一小点新发现、新进步,他们就会深受鼓舞,又重新有了干劲儿。
功夫不负有心人!历经上百次的试验,技术团队终于从种类繁多的UHPC原材料中甄别出关键原材料,以及平衡UHPC材料成本-质量-性能之间关系的方法,并成功研制了工作性能优异(可实现自密实)、抗弯拉性能大于18兆帕、最大抗弯拉性能35兆帕的系列化机制砂UHPC产品。
“量身定制”新设备
然而,在现场施工时,技术团队却发现,受地形影响,有的地方罐车根本进不去,混凝土不能运输到位,现场浇筑也不好进行。
“材料都研发出来了,咱们还能被浇筑难倒吗?”
“既然罐车不能运,不如干脆就在待浇部位直接搅拌,实现搅拌、浇筑一体化!”有人提出了大胆的设想:研发一种配套设备。
方案初步确定后,团队成员兵分两路,现场技术人员确定细节,实验室迅速开展小尺寸模型试验,确保各项指标满足施工要求。
历时1个月,技术团队信心满满地带着自主开发的UHPC“搅拌+泵送”设备来到现场迎接考验。
12月初,墩顶现浇带首次浇筑。“怎么办?T梁结构部位的混凝土开裂比以前还要大,问题不仅没解决,还制造了更大的问题!”这无疑让王全超等人倍受打击。
“材料在使用中没有呈现出最初的抗拉性能,最大的问题出现在抗拉的主要材料——钢纤维里。钢纤维掺量较大,就容易搭接成团,经过常规搅拌,也无法均匀分布,所以根本没有发挥抗拉作用。”
经过分析,他们再次快速找到了问题的关键。
“如果在设备里加一层筛子,将搭接成团的钢纤维‘梳开’成根,分布均匀,是否可以发挥抗拉作用?”
“一层筛子的话,筛选过慢,无法大规模生产应用,可能还是达不到施工效果。”
“那我们就加两层!组成双层垂直筛,既能保证钢纤维均匀分布,又能加快生产速度,保证施工质效!”
技术团队立即对设备进行了改良。12月中旬,新设备迎接二次大考。“快看!混凝土完全没开裂,而且还可以长距离泵送!你们是名副其实的混凝土专家啊!”现场施工人员赞叹道。
“经络结构”抗拉方案、新型材料结合一体化设备投入使用后,大大提升了施工质效,原本10天才能完成一个墩顶现浇带,如今6天就可以完成,不仅解决了工期问题,还为此后UHPC材料大规模应用提供了新方法,拓展了工程界桥梁结构形式的发展空间。
“今年有一句话听了很多次——于危机中育新机。通过这次经历,我对这句话有了更加深刻的体会。对于建设者来说,遇见问题时,也许正是创新发展的好机会!”王全超感慨地说。(王全超 邓杏)