道路桥梁工程中高性能混凝土应用

分类：交通运输论文发表 时间：2011-09-09 08:18 关注：(1)

道路桥梁工程中高性能混凝土应用

赵祖宏

摘 要：通过分析研究高性能混凝土的主要技术指标及其性能特点，提出了提高高性能混凝土技术性能的措施和方法，以促进高性能混凝土在道路桥梁工程建设中的应用。

关键词：高性能；混凝土；道路；桥梁；应用；

随着对交通运输要求的日益提高，公路和桥梁的施工质量也得到越来越广泛的关注，延长公路和桥梁的使用寿命是工程建设的首要任务，高性能混凝土的使用也成为混凝土施工工艺的发展趋势。

1、高性能混凝土应用的意义

国际混凝土路面会议提出公路和桥梁的表面设计在符合一般的平均强度的要求基础上，提出耐久性要求在未来发展方向中提出抗拉强度达17MPa的超高强混凝土，用于铺筑连续的混凝土路面，更要保证路面的耐久性、高弹性及抗渗性。因此，在路桥施工中，广泛使用高性能混凝土，能够明显地提高路面的承载能力，减薄路面的厚度，一方面延长了混凝土路面的使用寿命，另一方面减少施工成本，降低工程造价。另外，采用高性能混凝土浇筑的路面，具有足够的耐久性，即使长期在恶劣的环境和气候下，也能够保证在其所设计的使用期内正常使用。经实测，高性能路面混凝土的抗折弹性模量， 1级为4.305104Mpa，2级为4.845104Mpa，3级为4.605104Mpa。强度3级的高性能路面混凝土的配合比中，骨料用量较少，粗骨料最大粒径较小。国内外有关规范和文献都指出，混凝土抗折弹性模量和抗压弹性模量基本相同，其影响因素的主次及显著程度完全相同，且两者之间有很好的相关关系，但比值Eh/Ew不是常数，而是在0.9~1.3之间变化，由此可见，高性能混凝土在提高路面抗压、抗拉等性能方面有一定程度的影响，在桥梁施工中大力推广高性能混凝土的使用，可延长桥梁使用寿命的同时，节约工程造价成本，提高经济效益。

2、在路桥工程中的实际应用

高性能混凝土技术在国外的发展与应用以北欧和北美为先导，很快在全球范围内展开，目前已在大量工程中应用，尤其是大跨度桥梁。如：丹麦的大贝尔特海峡大桥、丹麦与瑞典之间的欧上海峡大桥、加拿大的联盟大桥、日本的明石海峡大桥等，这些跨海大桥的设计使用寿命均在100年以上。

我国于70年代中后期，开始在公路桥梁界较大范围内应用预应力混凝土，只不过应用的混凝土标号以C40为主。到80年代，随着交通事业的迅猛发展，我国的公路桥梁用混凝土也在不断发生变化和快速发展，混凝土的强度等级逐步提高。在许多的跨江、跨河和跨海的大型桥梁工程中，应用了C50～C65级的泵送混凝土。如：浙江杭州钱塘江二桥(80m跨预应力混凝土连续箱梁桥)，广东番禺洛溪大桥(180m跨预应力混凝土连续刚构桥)等。到了90年代，我国公路桥梁上已开始应用C55～C60级的泵送混凝土。尤其是近5年来，在很多重要工程中成功地采用高性能混凝土(High Performance Concrete，简称HPC)。高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计——保证拌合物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量减少由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀性。

吴中伟教授为高性能混凝土下的定义是:高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标。高性能混凝土各项技术指标的合理确定，是研究工作的基础，也是研究工作的重要环节。一是配制强度。fcu，0≥fcu，R+1.645R式中：fcu，R——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa），fcu，0———混凝土的配制强度（MPa）；R——混凝土强度标准差（MPa)。二是坍落度。坍落度是检测混凝土和易性的主要指标，能在很大程度上综合反映混凝土的和易性。高性能混凝土坍落度一般为20cm～40cm。三是凝结时间。高性能混凝土在工程应用中，往往作业面大，为了保证成型，凝结时间应适当延缓，一般应根据施工时的气候、环境等条件，结合工程要求确定混凝土的凝结时间，通常北方地区夏季初凝时间可延长至12h～14h，终凝时间延长至15 h～18 h，冬季初凝10 h～12 h，终凝12 h～14 h。

3、提高高性能混凝土性能的措施

3.1提高强度

通常把不低于C60强度等级的混凝土称为高强混凝土。在我国目前的技术条件下，室内配制C60甚至C80的混凝土已不是难题，但在工程上大量应用C60及其以上的混凝土还不多，这主要是受施工控制技术的影响。高性能混凝土宜选用质量稳定的52.5级以上的硅酸盐或普通硅酸盐水泥配制。粗骨料宜采用岩石立方体抗压强度不低于1.5倍混凝土强度等级的碎石，且洁净，针、片状含量低，粒型好，级配好;细骨料采用细度模数不低于2.6的中砂，含泥量应控制在1%以内，且级配良好。掺合料掺入混凝土中可使混凝土的强度提高，其颗粒尺寸均很小，减小了混凝土的孔隙率，增加了混凝土的密度，使混凝土的抗渗性能明显提高。活性掺合料中的氧化硅、氧化铝与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成的水化铝酸钙和水化硅酸钙，可增加混凝土的强度。

3.2保证流动性

高性能混凝土流动性即具有良好的保塑性和施工性。混凝土的高流态要以优良的工作性为前提条件，也就是说在坍落度较大时，为保证混凝土不离析、不泌水，在出机后2h～3h内有良好的工作性能。一是可采取掺入高效减水剂，降低混凝土的水灰比，改善和易性，提高混凝土的流动性，并达到高强的效果。二是掺入特殊的保塑组分以保证混凝土在出机3h以内坍落度损失小于15%。三是粗骨料选用级配良好的5mm～20mm的碎卵石，细骨料选用中砂，并采用适宜的砂率以进一步改善混凝土的黏聚性和保水性。

3.3降低水化热

水泥与水发生反应放出一定的热量称为水化热。由于高性能混凝土胶凝材料总量高，因此水化热高，其峰值出现的早，这是高强混凝土产生裂缝的主要原因之一，对混凝土耐久性和硬化后的性能影响很大。水化热可采取以下措施加以改善：1）水泥用量一般小于等于450 kg/m 3；2）掺入优质的活性掺合料大于等于100kg/m3；3）掺入保塑剂与缓凝剂；4）掺加高效减水剂。

3.4增加体积稳定性和耐久性

增加体积稳定性和耐久性的主要措施高性能混凝土不仅具有高强、高流动性，而且还应具有优异的耐久性，混凝土体积稳定性与耐久性是紧密相连的，耐久性好稳定性相应就好。从快硬、高强、抗渗、抗冻、抗碳化的角度出发，可采取以下措施提高混凝土的耐久性。一是合理选用水泥和骨料。对水泥的含碱量以及骨料中活性氧化硅应严加控制，以抑制和预防碱-骨料反应的发生。二是尽量减小水灰比。随着水灰比的减小和混凝土开口孔总体积减小，平均孔径也变小，混凝土的抗渗性提高，因而排除或降低了由于吸水引起的化学侵蚀、钢筋锈蚀和碱骨料反应的客观条件。三是改进浇注、养护施工工艺。良好的浇注养护工艺和设备是保证混凝土硬化前不分层、不离析，减少泌水，硬化后不开裂的先决条件，因而也是保证混凝土在使用环境中有优异耐久性的必要条件。

4、结语

高性能混凝土的施工控制不仅要从原材料、配合比开始要求，而且要从施工过程的各个环节去落实，只有这样，才能保证高性能混凝土的质量与实际使用效能。高性能混凝土以其优异的性能使得普通混凝土向高性能混凝土发展成为必然趋势。高性能混凝土是混凝土技术进步的标志。我国在发展高性能混凝土方面才刚刚起步，需要科研、教学、设计、施工部门携手协作，共同促进高性能混凝土的发展。

参考文献

[1]吴中伟，高性能混凝土(HPC)的发展趋势与问题，建筑技术， 1998， (1)

[2]屈志中，世界商品混凝土的发展与环保问题，建筑技术，1999， (5)

[3]王达乾，公路桥梁高性能混凝土应用分析，福建建材，2010， (6)

[4]罗川，路桥建设工程中高性能混凝土的耐久性分析， 科技信息，2010(35)

[5]李宝建，高性能混凝土在路面工程中的应用，黑龙江交通科技，2008(11)

[6]舒大勇，高性能混凝土技术经济浅析， 科技资讯， 2008(30)