高性能混凝土在公路橋梁建設中的應用淺析

摘要:高性能混凝土往往被人們將其與高強度混凝土聯系起來，其實高性能混凝土不僅僅是高強度，而且具有相當高的剛度、彈性模量和耐久性，普遍混凝土不能長久作用，如許多混凝土道路在不該開裂的地方開裂或者由于冰凍和融化麗剝落;許多橋面遭受嚴重破壞;許多混凝土橋梁在地震中倒塌。因此，只有采用高性能混凝土才有可能避免這些不該發生的事故。本文分析了高性能混凝土的特性，并簡要分析了高性能混凝土在公路橋梁建設中的應用。

關鍵詞:公路 橋梁 高性能 混凝土

高性能混凝土是近期混凝土技術發展的主要方向，高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，采用優質材料配制，便于澆筑、振搗時不離析、力學性能穩定、早期強度高、具有長期的力學性能，抗滲性，密實性，水化熱，韌性，體積穩定性等性能的耐久的混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環境中的建筑結構。由于高性能混凝土具有綜合的優異技術特性，引起了國內外材料界與工程界的廣泛重視與關注。十多年來，世界上許多國家相繼投入了大量的人力、財力、物力進行該項研究與開發應用，使高性能混凝土技術取得了很大的進展，在原料的選擇、配合比設計、物理力學性能、耐久性、工作性、結構性能以至應用技術等方面都取得了既有理論基礎又有實用價值的科技成果。

高性能混凝土為一種能滿足特殊性能和特殊用途的混凝土，僅采用常規材料、普通拌和、澆筑和養護等措施達不到高性能混凝土的要求，而是必須通過提高澆筑、搗實的方法來提高混凝土的長期力學性能、初期強度、剛度和體積穩定性以及延長其在惡劣環境下的使用壽命。

1 研究高性能混凝土在路橋中應用的意義

隨著對交通運輸要求的日益提高，發展“長壽命低維護路面”，采用高性能路面混凝土，提高混凝土的抗折強度與耐久性是當前路面混凝的發展趨勢。

1.1 國際化目標要求。1997年召開的第十六屆國際混凝土路面會議，提出路面設計不僅要提出平均強度要求，還應提出耐久性要求在未來發展方向中提出抗拉強度達17MPa的超高強混凝土，用于鋪筑連續的混凝土路面。提高混凝土路面表面的致密性、抗滲性都是很重要的，而這是需要通過高性能混凝土來實現的。

1.2 高性能路橋路面混凝土的強度。高性能路面混凝土的重要特征是具有高抗折強度。使用高性能路面混凝土可以顯著提高路面的承載能力，延長使用壽命或減薄路面的厚度以降低工程造價。

1.3 高性能路橋路面混凝土的耐久性。高性能路面混凝土的主要特征是具有足夠的耐久性，能夠抵抗氣候和環境的長期破壞作用，保證在路面的設計使用期限內，混凝土能夠正常工作。

1.4 高性能路面混凝土的變形性質

1.4.1 干縮路面板表面積很大，蒸發量大，干縮有可能引起路面表面產生收縮裂縫，需加強養護。

1.4.2 抗折彈性模量高性能路面混凝土的抗折彈性模量E，經實測，1級為4.305104Mpa，2級為4.845104Mpa，3級為4.605104

Mpa。強度3級的高性能路面混凝土的配合比中，骨料用量較少，粗骨料最大粒徑較小。

2 高性能混凝土的特性

與普通混凝土相比，高性能混凝土在組成與配合比方面有如下特點:

2.1 使用礦物摻合料。高性能混凝土一般都含有礦物摻和料硅粉、粉煤灰或磨細礦渣，經過國內外大型橋梁中的實際應用表明，其中以硅粉提高強度和耐久性的效果最顯著。硅粉為高活性、無定性SiO2微小顆粒，粒徑是水泥粒徑的1/100，可以填充在水泥顆粒之間，同事能將水泥水化產生的Ca(OH)2轉化為CSH凝膠(即火山灰反應)，從而大幅度提高混凝土強度和降低混凝土滲透性。在非常惡劣環境中要求混凝土結構具有長壽命，或混凝土強度等級在C80以上，硅粉是高性能混凝土的必要組成部分。優質粉煤灰具有物理減水作用，高細度礦渣具有增強作用。這兩種摻和料也都有火山灰反應活性，能夠在一定程度上降低混凝土滲透性;但粉煤灰和礦渣會降低混凝土早期強度。同時摻加硅粉和優質粉煤灰或高強度礦渣，可以配置高強同時耐久的混凝土。目前這種水泥+硅粉+粉煤灰或礦渣的三組份膠結材的高性能混凝土正在獲得越來越多的應用。

2.2 低水膠比。只有水膠比低，混凝土的孔隙率或滲透性才可能低，因此低水膠比是保證混凝土高耐久性于較高強度的前提條件之一。目前已形成共識:水膠比低于0.45的混凝土，不可能在嚴酷環境中具有高耐久性，實際應用的高性能混凝土水膠比常常介于0.25~0.40之間。

2.3 最大骨料粒徑小。高性能混凝土骨料的最大粒徑宜在10~20mm。有兩個原因，其一:最大粒徑較小，則骨料與水泥漿界面應力差較小，一位應力差可能引起裂縫;其二:較小骨料顆粒強度比大顆粒強度高，因為巖石破碎時消除了內部裂隙。

2.4 高效減水劑與水泥的相容性好。低水膠比和含有硅粉的高性能混凝土除必須使用高效減水劑以外，高效減水劑和水泥之間的相容性還必須好，這樣才能保證混凝土拌和物有良好的工作性。

3 高性能混凝土在橋梁中的應用

高性能混凝土廣泛用于很多離岸結構物和長大跨橋梁的建造，包括長大跨橋梁所用的拌合物。它們主要用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥。高性能混凝土有廣泛的應用性，具有易于澆注、搗實而不離析、高超的、能長期保持的力學性能，早期強度高，韌性高和體積穩定性好，在惡劣的使用條件下壽命長、高強度、高流動性與優異的耐久性。推廣高性能混凝土在橋梁中的應用，延長橋梁的使用年限和獲得更好的經濟效益。人們所關注的是高性能混凝土，而不僅僅是高強度混凝土。耐久性、養護的難易程度以及建設的經濟性已成為工程建設的目標。當前國內應用較好的如上海東海大橋用的混凝土，設計壽命100年，使用的“高性能海工混凝土”是粉煤灰、礦粉等廢料化腐朽為神奇，成為特殊的摻和材料，使海工混凝土既有高強度、耐久性、抗腐蝕等特性，又易于施工，直接節約材料成本2000萬元。不僅效果穩定，還能提前感知混凝土的過度疲勞。高性能混凝土在橋梁工程中應用的優點是:①跨徑更長;②主梁間距更大;③構件更薄;④耐久性增強;⑤力學性能加強。

4 混凝土在公路中的應用

高性能混凝土具有高施工性、高體積穩定性、高耐久性及足夠的力學強度，為此它能相對長時間承受隨沖刷、磨耗、冰凍、水的滲入、侵蝕等惡劣環境，高性能混凝土在公路應用中，其耐久性優點極為突出，一方面它可以提高路基施工質量，確保路基不下沉;另一方面需解決公路混凝土強度等級低，水泥用量少，從而形成了水泥用量少與耐久性要求之間的矛盾。

高性能混凝土是以耐久性為主要指標，同時要具有高強、高早強、高施工性(高流動、高粘聚性、高可澆注性)等優異性能。其配制的基本思想是:通過對原材料進行選擇，優化混凝土配比，摻入復合高效外加劑。同時摻人一些經過處理的工業廢料如硅灰、粉煤灰、礦渣等，并從混凝土拌和物的流動性、施工工藝方面考慮，以獲得高流態、低離析、質量均勻的高強混凝土。同時其耐久性要大大好于普通混凝土。

公路高性能混凝土應根據公路混凝土的特點，結合高性能混凝土的優點，綜合考慮其各方面的性能要求來進行開發研究。但如果能從改變公路混凝土的施工工藝出發，不采用滑模攤鋪施工，而采用高流態(接近自流平)，坍落度達240~270mm的混凝土來施工，則該方法進一步豐富了公路高性能混凝土的內涵，其帶來的經濟效益和社會效益將是不可估量的。

現公路橋梁高性能混凝土的技術途徑:應以摻復合高效外加劑。經處理的優質礦物摻合料來改善混凝土內部的孔結構、孔分布等提高混凝土的力學、耐久性、耐磨性等一系列性能。簡單地說，就是高強水泥+復合高效外加劑+優質礦物摻合料+優質骨料。