摘要
随着经济高速发展、车辆数量不断增加，公路桥梁承受的车辆荷载也随之攀升。由于当前公路桥梁伸缩缝所用的材料大多为普通混凝土，该材料韧性、耐久性及力学性能较差，因此在日益渐增的车辆荷载作用下，大部分公路桥梁伸缩缝都出现了不同程度的损伤，若置之不顾，将会严重影响行车安全和桥梁结构安全。因此，如何对其进行高效修补，是当前桥梁工程的研究热点。与桥梁工程传统修补料相比，超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete, UHPC）修补料具有较好的力学性能和耐久性能，该特性使其具有成为替代传统修补料的潜力。然而，由于胶凝材料用量大、水胶比较低，导致 UHPC 的早期力学性能发展较差，会对交通开放通行时间造成不利影响。因此，本文通过大量文献总结及课题组已做研究确定其基础配合比，再向其中掺入早强组分无水硫酸钠与甲酸钙，深入探讨二者在单掺和复配的情况下对 UHPC 早期力学性能及其微观水化机理机制的影响，取得的研究结论如下： （1）甲酸钙和无水硫酸钠的掺入对UHPC的流动性能产生了显著影响。甲酸钙的添加对于增强 UHPC 浆体的流动性具有显著效果，其最大增幅能达到3.1%；然而，无水硫酸钠的掺入则会对新拌的 UHPC 浆体流动性产生负面影响，特别是当其掺量超过 0.5%时，浆体会呈现出明显的粘稠状态，流动性最大下降15.6%。二者的推荐掺量皆为 0.25%~0.5%，在此范围内 UHPC浆体流动性较好，试件成型容易。 （2）无水硫酸钠和甲酸钙均可显著增强UHPC早期强度。当无水硫酸钠掺量在0.25%~0.5%时，可显著增强UHPC在短龄期内的抗折与轴心抗压强度，使二者在1d时分别提升133%和63.45%。然而，其掺量需严格控制，当掺量超过0.5%时，可能对 28d 的抗拉强度造成不利影响；甲酸钙在提高早期力学强度方面更为显著，可在 1d时将抗压和轴心抗压强度的提高 36.3%和 63.5%。尽管其对抗折性能的提升略低于无水硫酸钠，但对 UHPC 的长期性能影响较小。因此，建议无水硫酸钠建议掺量为 0.25%~0.5%，甲酸钙为 0.25%~1%。而复掺甲酸钙和无水硫酸钠后，UHPC 的流动性保持良好，抗折和抗压性能显著提升。在 1d内，抗折和抗压强度分别提升 36.4%和 141%，28d内无倒缩现象。破坏时，该材料展现更明显的延性破坏模式，破坏用时更长，形态更显著。 （3）甲酸钙和无水硫酸钠均能有效促进C3S和C2S的水化，生成更多C-S-H凝胶、Ca(OH)2及钙矾石等水化产物，同时甲酸钙还能生成独特的水钙沸石，从而显著提升 UHPC 的力学性能。而当二者复掺时，在协同作用下，甲酸钙还能生成更多独特的水钙沸石进一步密实 UHPC 基体，可将界面过渡区缝隙从10.82μm 降低至 3.72μm，降低幅度高达 65.6%，对提升力学性能具有显著促进作用。 （4）综合该UHPC桥梁伸缩缝修补料应用在白鹭大桥伸缩缝修复工程中的使用表现，选择该 UHPC桥梁伸缩缝修补料的配合比如下：水胶比为 0.18，砂胶比为1，硅灰掺量为15%，粉煤灰和矿粉掺量为4%，聚羧酸高效减水剂母液掺量为 2%，钢纤维体积掺量为 2%，甲酸钙和无水硫酸钠掺量均为 0.25%（均为与水泥含量的比例）。使用该修补料后，该桥梁伸缩缝在 1d 时的抗压强度可达86.7MPa，与传统混凝土基修补料1d抗压强度为30MPa相比，提升了189%。
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