圖中灰色船狀設(shè)備是混凝土蓋梁外殼。
1月30日，湖北麻城市，中交二航局武港院新材料公司廠區(qū)內(nèi)，一個外形酷似輪船的龐然大物完成最后的壓力測試。這是該公司技術(shù)團(tuán)隊自主研發(fā)的預(yù)應(yīng)力UHPC外殼－現(xiàn)澆內(nèi)芯普通混凝土組合蓋梁（又稱“寧波梁”）。它的研制成功意味著橋梁建設(shè)上的多項世界難題有望破解。
中交二航局武港院副總經(jīng)理楊林告訴《中國科學(xué)報》，這片長19.5米的新型橋梁蓋梁，成功承載起2880噸極限荷載——相當(dāng)于480頭成年亞洲象的重量，為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的1.5倍。目前，該技術(shù)已獲相關(guān)發(fā)明專利。
給蓋梁造一個“殼”
橋梁是重要的交通設(shè)施，在建設(shè)過程中，蓋梁施工是一項非常耗時耗力、對環(huán)境干擾巨大卻至關(guān)重要的工程。何謂“蓋梁”？簡單理解，就是介于橋墩與橋面箱梁之間，起到銜接和支撐橋面箱梁作用的重要構(gòu)件。
傳統(tǒng)蓋梁施工需搭建龐大支架模板，大幅侵占通行空間；現(xiàn)場澆筑工序繁瑣，動輒數(shù)月工期引發(fā)持續(xù)交通擁堵；機(jī)械轟鳴與揚(yáng)塵污染，更讓周邊居民不堪其擾。
“寧波梁”的技術(shù)突破，則從根源上緩解了這些難題。記者在現(xiàn)場看到，這個作為橋梁核心受力構(gòu)件的蓋梁外殼，正通過智能壓筑生產(chǎn)線“武港號”實(shí)現(xiàn)一體化精密制造，如同汽車外殼般一次成型。
專家介紹，這個僅7厘米厚的“超薄外殼”，由超高性能混凝土澆筑而成，韌性比普通混凝土提升數(shù)倍。該工藝還可大幅降低吊裝重量，實(shí)現(xiàn)“輕量與高強(qiáng)”的有效兼顧。
“我們的核心理念是把復(fù)雜工序‘搬’進(jìn)工廠，讓現(xiàn)場施工‘極簡組裝’?！睏盍纸榻B，“寧波梁”采用“薄殼夾心”結(jié)構(gòu)設(shè)計：先在工廠通過一次壓鑄成型技術(shù)完成蓋梁外殼的預(yù)制生產(chǎn)，吊裝就位后無需支架向內(nèi)澆筑普通混凝土，兩者形成協(xié)同受力的復(fù)合結(jié)構(gòu)，既保證了工程質(zhì)量，又極大簡化了現(xiàn)場施工流程，真正實(shí)現(xiàn)橋梁的工業(yè)化建造。
給混凝土“做按摩”
創(chuàng)造的背后，是一場與難題的“正面較量”。
據(jù)介紹，技術(shù)團(tuán)隊在“寧波梁”的研發(fā)之路上攻克了多重難題，比如7厘米薄殼的“剛?cè)岵?jì)”難題。要做僅7厘米厚的混凝土超薄外殼，既要讓它像鋼板一樣堅固，能扛住橋梁的巨大荷載，又得保證澆筑時能均勻流動，填滿模具的每個角落，還不能在運(yùn)輸、施工中輕易變形開裂，這在世界上沒有先例。
為啃下這塊“硬骨頭”，材料工程師每天泡在配料間，歷經(jīng)上百次試驗，終于調(diào)出“配方”——既有著出色的流動性，澆筑時能像水一樣貼合模具，又能通過纖維的均勻分布，讓成型后的外殼兼具高強(qiáng)度和抗裂性。
針對成型和變形問題，團(tuán)隊創(chuàng)新地采用“一次性壓筑”成型工藝，就像給混凝土“做按摩”，把每一絲空氣都排出去，讓薄壁外殼密實(shí)度極高。
無支架“凌空筑梁”
傳統(tǒng)橋梁施工離不開龐大的滿堂支架。尤其是在“邊通車、邊施工”的場景下，支架不僅要占用大量通行空間，導(dǎo)致交通癱瘓，還存在失穩(wěn)的安全風(fēng)險。
該團(tuán)隊的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“無支架現(xiàn)澆”，讓預(yù)制的外殼既能當(dāng)模板又能當(dāng)支撐，如同讓蛋殼撐住石頭——7厘米厚的薄殼要在懸空狀態(tài)下承受澆筑的重量，還要抵抗施工中的振動和其他臨時荷載。這在行業(yè)內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗可借鑒。
為攻克這個核心難題，技術(shù)團(tuán)隊開啟了“仿真+試驗”雙輪驅(qū)動模式。經(jīng)過數(shù)十次“優(yōu)化－試驗－優(yōu)化”，他們終于找到最佳方案——優(yōu)化后的蓋梁外殼，在完全不搭設(shè)任何支架的情況下，不僅能穩(wěn)穩(wěn)承受內(nèi)核的全部重量，還能抵抗施工振動等臨時荷載，澆筑過程中變形量控制在毫米級，實(shí)現(xiàn)了“以殼代架”的無支架現(xiàn)澆目標(biāo)。
這一突破讓蓋梁現(xiàn)場施工有效緩解了“筑水泥山占道路”的困境，支架模板用量減少80%，主線交通基本不受影響，施工效率直接提升超六成。
技術(shù)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人王文榮表示，該創(chuàng)新破解了傳統(tǒng)蓋梁施工“造價高、效率低、干擾大”的三重困境，可謂“一箭三雕”，為工程建造提供更安全、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的“中國方案”。
