淺談高性能混凝土在公路橋梁施工中的應(yīng)用

摘 要:高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在公路，橋梁、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學(xué)者所接受，被認為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:高性能混凝土公路橋梁

中圖分類號:U416.216文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0096-01

1 高性能混凝土的概念及歷史演變

高性能混凝土是指根據(jù)工程或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要求，必須滿足強度、工作性、耐久性三項基本要求。且根據(jù)工程或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特殊要求，具有某種特殊性能的新型高技術(shù)混凝土。上個世紀80年代，為了弄清當前混凝土在不同用途中存在的缺點和薄弱環(huán)節(jié)，美國曾對很多土建工程單位進行廣泛綜合調(diào)查，工程類別涉及基礎(chǔ)、柱、板、橋梁、隧道、公路、海港等，提出亟待改進和提高的混凝土性能依次為:體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、流動性、抗拉強度、護筋性、線膨脹系數(shù)等，還要降低工程成本。上述各種性能歸納起來就是強度、工作性和耐久性三大類，美國最初為創(chuàng)建高性能混凝土奠定了基礎(chǔ)，提出了混凝土發(fā)展的方向。1988年日本開始“利用高強度混凝土和增強措施，開發(fā)先進混凝土技術(shù)”的五年計劃。法國也提出了“混凝土新法”的國家科研項目。其中以美國對高性能混凝土投入的力量最大。近年來我國在國家自然基金會與建設(shè)部的支持下，由清華大學(xué)組織科研、設(shè)計、施工等單位制定了高性能混凝土的研究開發(fā)計劃，并取得多項應(yīng)用成果，近期被建設(shè)部列入推廣應(yīng)用新技術(shù)。

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:(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(jīng)過國內(nèi)外大型橋梁中的實際應(yīng)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，同時能將水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2轉(zhuǎn)化為CSH凝膠(即火山灰反應(yīng))，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(huán)境中要求混凝土結(jié)構(gòu)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(yōu)質(zhì)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(yīng)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(yōu)質(zhì)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(jié)材的高性能混凝土正在獲得越來越多的應(yīng)用。(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(huán)境中具有高耐久性，實際應(yīng)用的高性能混凝土水膠比常常介于0.25～0.40之間。(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(yīng)力差較小，一位應(yīng)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(nèi)部裂隙。(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 混凝土在公路中的應(yīng)用

高性能混凝土具有高施工性、高體積穩(wěn)定性、高耐久性及足夠的力學(xué)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(huán)境，高性能混凝土在公路應(yīng)用中，其耐久性優(yōu)點極為突出，一方面它可以提高路基施工質(zhì)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(yōu)異性能。其配制的基本思想是:通過對原材料進行選擇，優(yōu)化混凝土配比，摻入復(fù)合高效外加劑。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(yīng)根據(jù)公路混凝土的特點，結(jié)合高性能混凝土的優(yōu)點，綜合考慮其各方面的性能要求來進行開發(fā)研究。但如果能從改變公路混凝土的施工工藝出發(fā)，不采用滑模攤鋪施工，而采用高流態(tài)(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(nèi)涵，其帶來的經(jīng)濟效益和社會效益將是不可估量的。

4 高性能混凝土在橋梁中的應(yīng)用

高性能混凝土廣泛用于很多離岸結(jié)構(gòu)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(yīng)用性，具有易于澆注、搗實而不離析、能長期保持的力學(xué)性能，早期強度高，韌性高和體積穩(wěn)定性好，在惡劣的使用條件下壽命長、高強度、高流動性與優(yōu)異的耐久性。推廣高性能混凝土在橋梁中的應(yīng)用，延長橋梁的使用年限和獲得更好的經(jīng)濟效益。人們所關(guān)注的是高性能混凝土，而不僅僅是高強度混凝土。耐久性、養(yǎng)護的難易程度以及建設(shè)的經(jīng)濟性已成為工程建設(shè)的目標。當前國內(nèi)應(yīng)用較好的如上海東海大橋用的混凝土，設(shè)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(jié)約材料成本2000萬元。不僅效果穩(wěn)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(yīng)用的優(yōu)點是:a）跨徑更長;b）主梁間距更大;c）構(gòu)件更薄;d）耐久性增強;e）力學(xué)性能加強。

5 高性能混凝土在施工中需注意的問題

高性能混凝土的特點是低水膠比、高礦物摻和料、復(fù)摻外加劑，這與普通混凝土是不同的，這使得高性能混凝土在施工的質(zhì)量控制、養(yǎng)護措施都與普通混凝土不同。低水膠比決定于混凝土的粘性變大，在混凝土的運輸、澆注、振搗工藝上必須嚴格控制，有的施工人員為方便施工而摻水，結(jié)果強度、耐久性大幅度下降;高礦物摻和料要求混凝土的養(yǎng)護必須到位，普通混凝土早期強度高水化快，對養(yǎng)護不是很敏感，但高性能混凝土則不同，高性能混凝土用水量低，易發(fā)生自身收縮而產(chǎn)生裂縫，所以澆筑搗實后，蓋上濕布或草簾進行早期養(yǎng)護。保證水化反應(yīng)的正常進行是保證高性能混凝土高性能的重要工藝措施，在混凝土澆筑完畢后12小時以內(nèi)，通過濕潤養(yǎng)護，使混凝土在良好的條件下進行水化反應(yīng)。因為摻和料的活性比水泥小得多，對硅粉混凝土，要求潮濕養(yǎng)護14d，而粉煤灰混凝土則要養(yǎng)護21d才能達到預(yù)期效果，否則會發(fā)生表面掉面、耐磨性差等;復(fù)摻外加劑要求混凝土的拌合時間必須要長，外加劑的用量很小，若不保證拌合時間，根本分散不開，均勻性變差，致使外加劑不僅起不到作用，反而使混凝土表面質(zhì)量下降。總之，在高性能混凝土在公路橋梁工程應(yīng)用過程中，設(shè)計者和施工者應(yīng)該在圍繞公路橋梁施工要求和混凝土的具體特征的基礎(chǔ)上，注重優(yōu)化資源配置，以最大限度發(fā)揮高性能混凝土的性能特征，為提高橋梁施工工程質(zhì)量奠定必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。