剖析高性能混凝土在高速公路桥梁施工中使用的重要性

摘要：本文结合作者实际工作经验，剖析了新型高性能混凝土的性质，介绍了新型高性能混凝土在高速公路桥梁施工中的应用。

关键词：高性能混凝土；施工应用；分析

Abstract: Combined with the author’s practical work experience, this paper analyzes the new high performance concrete properties, and introduces the application of the new type high performance concrete in highway bridge construction.

Key words: high performance concrete; construction application; analysis

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

高性能混凝土（HPC）往往被人们将其与高强度混凝土联系起来，其实质高性能混凝土不仅仅是高强度，而且具有相当高的刚度、弹性模量和耐久性，普遍混凝土不能长久作用，如许多混凝土车道在不该开裂的地方开裂或者由于冰冻和融化而剥落；许多桥面遭受严重破坏；许多混凝土桥梁在地震中倒塌。因此，只有采用高性能混凝土才有可能避免这些不该发生的事故。

1 新型高性能混凝土的性质

与普通混凝土相比，新型高性能混凝土在组成与配合比方面有如下特点：

1.1 使用矿物掺合料。新型高性能混凝土一般都含有矿物掺和料硅粉、粉煤灰或磨细矿渣，经过国内外大型桥梁中的实际应用表明，其中以硅粉提高强度和耐久性的效果最显著。硅粉为高活性、无定性 SiO2微小颗粒，粒径是水泥粒径的 1/100，可以填充在水泥颗粒之间，同事能将水泥水化产生的 Ca（OH）2转化为 CSH 凝胶（即火山灰反应），从而大幅度提高混凝土强度和降低混凝土渗透性。在非常恶劣环境中要求混凝土结构具有长寿命，或混凝土强度等级在C80以上，硅粉是新型高性能混凝土的必要组成部分。

1.2 低水胶比。只有水胶比低，混凝土的孔隙率或渗透性才可能低，因此低水胶比是保证混凝土高耐久性于较高强度的前提条件之一。目前已形成共识:水胶比低于 0.45的混凝土，不可能在严酷环境中具有高耐久性，实际应用的新型高性能混凝土水胶比常常介于 0.25～0.40 之间。

1.3 最大骨料粒径小。新型高性能混凝土骨料的最大粒径宜在 10～20mm。有两个原因，其一；最大粒径较小，则骨料与水泥浆界面应力差较小，一位应力差可能引起裂缝；其二:较小骨料颗粒强度比大颗粒强度高，因为岩石破碎时消除了内部裂隙。

1.4 高效减水剂与水泥的相容性好。低水胶比和含有硅粉的新型高性能混凝土除必须使用高效减水剂以外，高效减水剂和水泥之间的相容性还必须好，这样才能保证混凝土拌和物有良好的工作性。

1 高性能混凝土设计研究与广泛性

高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。由于高性能混凝土具有综合的优异技术特性，引起了国内外材料界与工程界的广泛重视与关注。十多年来，世界上许多国家相继投入了大量的人力、财力、物力进行该项研究与开发应用，使高性能混凝土技术取得了很大的进展，在原料的选择、配合比设计、物理力学性能、耐久性、工作性、结构性能以至应用技术等方面都取得了既有理论基础又有实用价值的科技成果。高性能混凝土为一种能满足特殊性能和特殊用途的混凝土，仅采用常规材料、普通拌和、浇筑和养护等措施达不到高性能混凝土的要求，而是必须通过提高浇筑、捣实的方法来提高混凝土的长期力学性能、初期强度、刚度和体积稳定性以及延长其在恶劣环境下的使用寿命。高性能混凝土往往被人们将其与高强度混凝土联系起来，其实质高性能混凝土不仅仅是高强度，而且具有相当高的刚度、弹性模量和耐久性，普遍混凝土不能长久作用，如许多混凝土车路在不该开裂的地方开裂或者由于冰冻和融化而剥落；许多桥面遭受严重破坏；许多混凝土桥梁在地震中倒塌。因此，只有采用高性能混凝土才有可能避免这些不该发生的事故。

2 高性能混凝土在桥梁中的应用

高性能混凝土广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造，包括长大跨桥梁所用的拌合物。它们主要用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥。高性能混凝土有广泛的应用性，具有易于浇注、捣实而不离析、高超的、能长期保持的力学性能，早期强度高，韧性高和体积稳定性好，在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性与优异的耐久性。推广高性能混凝土在桥梁中的应用，延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益。人们所关注的是高性能混凝土，而不仅仅是高强度混凝土。耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建设的目标。当前国内应用较好的如某大桥用的混凝土，设计寿命 100 年，使用的“高性能海工混凝土”是粉煤灰、矿粉等废料化腐朽为神奇，成为特殊的掺和材料，使海工混凝土既有高强度、耐久性、抗腐蚀等特性，又易于施工，直接节约材料成本 2000 万元。不仅效果稳定，还能能提前感知混凝土的过度疲劳。高性能混凝土在桥梁工程中应用的优点是：a.跨径更长；b.主梁间距更大；c.构件更薄；d.耐久性增强；e.力学性能加强。

3 高性能混凝土在公路中的应用

高性能混凝土具有高施工性、高体积稳定性、高耐久性及足够的力学强度，为此它能相对长时间承受随冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入、侵蚀等恶劣环境，高性能混凝土在公路应用中，其耐久性优点极为突出，一方面它可以提高路基施工质量，确保路基不下沉；另一方面需解决公路混凝土强度等级低，水泥用量少，从而形成了水泥用量少与耐久性要求之间的矛盾。高性能混凝土是以耐久性为主要指标，同时要具有高强、高早强、高施工性（高流动、高粘聚性、高可浇注性）等优异性能。其配制的基本思想是：通过对原材料进行选择，优化混凝土配比，掺入复合高效外加剂，同时掺入一些经过处理的工业废料如硅灰、粉煤灰、矿渣等，并从混凝土拌和物的流动性、施工工艺方面考虑，以获得高流态、低离析、质量均匀的高强混凝土。同时其耐久性要大大好于普通混凝土。

但如果能从改变公路混凝土的施工工艺出发，不采用滑模摊铺施工，而采用高流态（接近自流平），坍落度达 240—270mm的混凝土来施工，则该方法进一步丰富了公路高性能混凝土的内涵，其带来的经济效益和社会效益将是不可估量的。

4 高强混凝土应用的施工工艺

4.1 由于高性能混凝土用水量少，水胶比低，拌合时较稠，因此需要采用拌合性能好的搅拌设备。卧轴式搅拌机或逆流式搅拌机能在较短时间内将其搅拌均匀，采用其他设备时须经过试验验证拌合物的均匀性。

4.2 制备高性能混凝土时，各种原材料的计量应尽量准确。使出机口拌合物的工作度稳定，波动小，除对堆料和称量装置有较高要求外，一个重要的控制因素是砂石含水量，即使搅拌设备上装有先进的含水量测定及控制设备，操作人员仍应密切注意正在搅拌的混凝土，在其稠度发生波动时，及时加以调整。

4.3 高性能混凝土运输与浇筑宜采用罐车和泵送，用手推车运输及浇筑时不仅操作困难，而且也无法进行外加剂的后添加。

4.4 由于高性能混凝土的水灰比小，通常泌水少或不泌水。因此，须在浇筑后立即进行湿养护，以防止塑性收缩裂缝的产生，由于其胶凝材料用量较大，为防止内外温度过大出现温度裂缝，必须采取保温措施。

4.5 公路和桥梁应用高性能混凝土的耐久性问题，应引起有关部门的高度重视，从战略的高度来认识这个问题。开展公路桥梁高性能混凝土的研究和开发具有重要的意义。

4.6 展公路桥梁高性能混凝土的研究，应结合混凝土自身特点和要求进行。但是也应该考虑到，随着混凝土技术的高流态、免振自密实高科技方向的发展，公路桥梁混凝土施工工艺改革势在必行。

4.7 现公路桥梁高性能混凝土的技术途径：应以掺复合高效外加剂，经处理的优质矿物掺合料来改善混凝土内部的孔结构、孔分布等，提高混凝土的力学、耐久性、耐磨性等一系列性能。简单地说，就是：高强水泥+复合高效外加剂+优质矿物掺合料+优质骨料。

5 结束语

高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，这种采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、路桥以及暴露在严酷环境中的建筑结构。

参考文献：

[1] 陈家辉. 高性能混凝土应用现状及其前景 [J]. 广东土木与建筑，2000.

[2] 郑建岚.现代混凝土结构技术[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]张鹏．新型混凝土材料在土木工程领域中的应用 [J]．邢台职业技术学院学报，2008，（2）．

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