道路橋梁工程施工中高性能混凝土的應用探究

■常志航 ■內蒙古交通職業技術學院，內蒙古 赤峰 024005

隨著經濟的發展以及科技水平的提升，混凝土在眾多領域中得到了廣泛應用，例如在高層與超高層建筑、大型跨海橋梁、構筑物以及極為復雜條件下的混凝土結構中的應用極為廣泛。道路橋架建設在交通系統的建設中具有極為重要的地位，在建筑過程中，必須嚴格保障工程的質量。因此，這就要求施工材料具有優良的施工性能、較強的穩定結構以及超超長的使用壽命等諸多特點。

1 高性能混凝土的概述

1.1 高性能混凝土的概念分析

高性能混凝土的概念解釋目前國內外沒有統一的共識，各個國家對其有不同的定論。其中，歐洲混凝土學會將高性能混凝土概括為:水膠比小于0.40 的混凝土。而在其他國家中，更加強調混凝土的穩定性與強度。

在我國，著名專家馮乃謙在其著作中指出，對于高性能混凝土的概念定義必須緊緊圍繞以下展開:高性能混凝土必須具有高強度性與耐久性，并在其物質基礎中加入摻合料［1］。因此，從諸多專家以及學者的文獻著作中，我們可以發現，針對高性能混凝土的定義中都強調了高性能混凝土的穩定性、適應性以及強度性。繼而，我們引用《公路橋涵施工技術規范》中關于高性能混凝土的定義。

高性能混凝土，是指具有高強度、低滲透性、高彈性模量以及能夠抵抗外界破壞的混凝土。同時，需要對高強混凝土與高性能混凝土進行區分，高強混凝土強調的是自身具有的較高抗滲透性，而高性能混凝土強調自身具有的高耐久性。

1.2 高性能混凝土與普通混凝土之間的異同

1.2.1 高性能混凝土與普通混凝土之間的相同點

(1)兩者使用的材料大致相同，例如都是通過對水泥、砂石以及添加劑進行一定程度上的配置而得到的。但是針對混凝土使用過程中的性能指標，高性能混凝土要更加嚴格。(2)兩者在生產過程中所使用的工藝都是相同的，沒有本質上的差別。(3)兩者對于自身的體積穩定性、強度、剛度以及經濟性等都有著較高的要求。其中，高性能混凝土在耐久性上的要求更高，并相對傳統的混凝土在某些性能上有著大幅度的提升。

1.2.2 高性能混凝土與普通混凝土之間的不同點

(1)高性能混凝土與普通混凝土的最大差別在于對原材料、生產工藝、配置比例以及維護手段上，高性能混凝土具有更加嚴格的標準，并要求在執行過程中進行精確化的控制。因此，如果在生產高性能混凝土按照原有的生產理論作業，那么生產出來的混凝土完全不能適應相關的要求。(2)針對于高性能混凝土的施工單位要求極為嚴格，必須對整個施工過程進行精確控制，對施工過程要嚴格按照相關的標準。同時，對于施工人員的要求也較高，能夠對施工工藝精確掌握，并能夠對施工中出現的問題及時解決，擁有較強的專業素質。(3)高性能混凝土是在普通混凝土之上進行研制的，并在其中摻入了大量的活性混合材料。并且，在對高性能混凝土的養護上，也有較高的要求。高性能混凝土本身所具有的特點是為了滿足復雜環境下對建筑建材要求下所產生的。在施工過程中需要摻入足量的活性混凝土混合劑提升在韌性、強度以及穩定性上的性能。因此，這就需要施工單位具備良好的維護技術。

1.3 高性能混凝土的應用特點分析

1.3.1 較強的環保性

高性能混凝土在與傳統混凝土相比，能夠在減少材料使用的前提下，有效降低廢舊材料。同時，高性能混凝土能夠減少施工周期，提升工程質量，降低資源的消耗，從而達到節能減排的目的。

1.3.2 較強的抗壓性

高性能混凝土通過對原材料合理的配置，在抗壓性能上具備了良好的性能，是傳統混凝土抗壓能力的一倍。并且，高性能混凝土相對于普通混凝土具有較輕的自重［2］。因此，高性能混凝土被廣泛適用于橋梁的建設中，保障橋梁具有足夠高的跨徑，從而降低工程的造價。

1.3.3 較強的耐久性

道路橋梁的建設目的之一就是為了滿足區域內的最大車流量，因此，這就對施工材料的耐久性有了更高的要求。高性能混凝土在橋梁中的應用還要求橋梁具有較高的抗風荷載能力，在強風的作用下，橋梁也不會受到較高的損害。

1.3.4 較低的坍落度

與傳統的混凝土相比，高性能混凝土具有更小的坍落度，因此，在高性能混凝土的運輸過程中，離析現象較為少見。另外，高性能混凝土在投入使用的過程中，在充分保障施工工藝符合標準的前提下，建筑結構出現裂紋以及縫隙的現象較為少見。因此，也保障了道路橋梁的工程質量。

2 道路橋梁工程施工中高性能混凝土各項技術指標的確定

2.1 高性能混凝土的凝結時間

高性能混凝土在道路橋梁的施工建設中，通常都會有較大的作業面，增加了施工的難度。但是，為了保證施工過程中高性能混凝土有效成型，為維護工作提供更多的便利，需要將凝結時間進行科學控制。建筑施工單位要根據現場的施工環境，例如氣候、溫度、濕度等方面的自然因素，在符合相關施工標準的情況下，科學確定混凝土的冷凝時間。在中國北方地區，冬季的初凝時間宜延長到10～12h 之間，將終凝時間延長到12～14h 之間;在夏季，將初凝時間延長至12～14 小時，終凝時間延長至15～18 小時之間，從而充分保障高性能混凝土的體積穩定性以及密實性。同時，為了防止溫度應力過大，從而影響高性能混凝土的內部結構，需要將水化熱峰值控制在15%～20%之間。

2.2 高性能混凝土的坍落度

對高性能混凝土的和易性進行檢測，需要利用到坍落度。混凝土的坍落度主要包括三個方面，分別是流動性、粘聚性以及保水性。作為衡量高性能混凝土的重要指標，坍落度能夠對混凝土的和易性綜合反映。因此，需要對坍落度進行科學、合理設計。一般來講，高性能混凝土表現出較強的高流態，因而，將坍落度的值設定稍微偏大，大約在20cm～24cm 之間。同時，合理控制混凝土出機到澆灌的時間內的坍落度損失，一般不能超過2cm，并且在出機后的兩個小時之后，使其擴展度在500mm×500mm。最后，要保證高性能混凝土始終具備較強的黏聚性、保水性以及密實性。

3 道路橋梁工程施工中高性能混凝土的配合比設計分析

高性能混凝土的配合比設計直接關系到工程的質量，也是高性能混凝土區分普通混凝土的重要關鍵點。

3.1 高性能混凝土的配合比設計原則

3.1.1 合理使用引氣劑

在進行配置高性能混凝土時，應該在配置過程中加入一定量的引氣劑，從而使得混凝土拌合物的和易性得到一定程度上的改善，提升混凝土在抗滲性、抗凍性等方面的性能。根據有關資料我們得知，對混凝土中的含氣量應該科學合理設計，嚴格根據抗凍等級確定在混凝土中添加的引氣劑含量。

3.1.2 合理配置水灰比

作為混凝土配合比中的一個重要參數，水灰比在進行配合時要將水膠比設計在0.2～0.4 之間。其中，原因在于如果在配置過程中水灰比過大，就會導致混凝土的粘結力下降，混凝土在硬化過程中就會在表面以及內部產生細小的裂紋，使混凝土的結構穩定性出現下降，影響了混凝土的質量。同時，如果水灰比過小，導致較差的和易性，澆筑過程較為困難，從而使混凝土產生麻面、空洞等極為嚴重的質量問題。

3.1.3 增加減水劑的使用量

在進行配合比的設計中，要將高效能減水劑的減水率控制在20%以上。同時，為了減少在混凝土塌落度上的損失程度，在高效能減水劑中加入緩凝成分，從而提升工作性，減少高性能混凝土的收縮。

3.1.4 增加膠凝材料的使用量

在進行配合比的設計中，過高的使用膠凝材料不僅僅增加工程的造價，也會降低高性能混凝土的整體穩定性。因此，對膠凝材料的使用量進行合理控制，對配置中使用的粗細骨料進行合理調整。

3.2 簡易配合比設計方法

3.2.1 高性能混凝土常用性能指標的選擇

在進行高性能混凝土的常用指標選擇時，將道路橋梁施工工程所要求的性能標準作為基準，并進行試配與調整。

3.2.2 準確計算出砂石混合空隙率

在計算砂石的混合空隙率是，當砂率在38%～40%之間時開始，并將具有不同砂石比的砂石進行混合后，將其裝入容重筒中，要求容重筒的體積在15～20L 范圍之間［3］。將直徑在15mm 的圓頭搗棒在容重筒中進行三十下的插搗作業，然后刮平表面后進行稱量作業，最后換算成松椎密度。通過計算后我們可以得到最具有經濟性的混合空隙率，大約在16%左右。

3.2.3 準確計算出凝膠材料的漿量

將砂石混合空隙的體積加上富余量就可以算出膠凝材料的漿量。混凝土的工作性以及外加劑性質決定了膠凝材料漿富余量，可以按照坍落度的8%～10%進行試拌。

3.2.4 計算各組分用量

在計算過程中，我們可以進行選用水膠比的假設，從而有利于計算的進行。將水膠比設定為0.4，并摻入30%的磨細礦渣，水泥密度取3.15g/cm3，選取磨細礦渣密度時可以將其設定為2.5g/cm3。則我們可以利用如下公式進行計算:

膠凝材料用量/漿體積=1/(0.7/3.15 +0.3/2.5 +0.4)=1.35

因此，我們就可以大致推算出膠凝材料1.35kg。

4 道路橋梁工程施工過程中高性能混凝土性能提升的措施分析

4.1 提高高性能混凝土強度

當前，在我國在室內實現C60 以及C80 的混凝土施工已經不存在技術問題，并能夠保障施工結果的高質量。通常我國將高于C60 強度等級的混凝土叫做高強混凝土，但是，在大型建筑中，尤其是在道路以及橋梁中大量應用混凝土的工程施工中，還存在著一定的技術上的制約。因此，高性能混凝土在提高強度的同時，還要對施工現場的環境金鑫綜合考慮。

4.1.1 加強對原材料的控制能力

在進行高性能混凝土的配置過程中，應該選用52.2 級以上的硅酸鹽進行配置。并且粗骨料應該采用巖石立方體在抗壓強度性能上高于1.5 倍混凝土強度等級的碎石材料。并且，碎石材料應該具有粒型好以及針片狀含量低等特點。而細骨料的選擇應該采用細度模數高于2.6 具有良好級配的中砂，并且其含泥量應該控制在1%以下。

4.1.2 適量添加活性摻合料

在進行高性能混凝土的攪拌過程中，適當加入活性摻合料可以有效提升混凝土的強度。其中，重要的原因在于高活性摻合料所具有的“形態效應”。一般來說，常見的高活性摻合料以硅灰、磨細礦渣等為主。另外，高活性摻合料具有的“活性效應”，活性材料中的物質能夠發生化學反應，從而生成的水化鋁酸鈣能夠使混凝土的強度增加。同時，在高性能混凝土加入的活性摻合料能夠減少混凝土的收縮，從而改善高性能混凝土的工作性。并且，加入的活性摻合料能夠有效調整混凝土的內部結構，降低水化熱，進而能夠使高性能混凝土的抗腐蝕能力大大提高。活性摻合料在高性能混凝土中的使用能夠對堿-集料反應有著不錯的抑制作用，從而有效提升了混凝土的耐久性。

4.2 充分保障流動性

使高性能混凝土具有優質的保塑性以及施工性，就要求保障高性能混凝土具有充分的流動性。高流態的混凝土也就具有優良的工作性，充分保障混凝土在出機后的120min 之后具有良好的工作性能［4］。在上文中已經敘述過對配合比的設計方法，因此，在進行配置過程中，要對高效減水劑進行合理使用。

4.3 增加體積的穩定性以及耐久性

高性能混凝土具有獨特的優勢，例如其具備的高強度以及高流動性，同時具有極好的耐久性。關于提升高性能混凝土的耐久性，要將混凝土在進行配合比的計算中，充分考慮到混凝土原材料的性能，嚴格按照相關的施工工藝進行操作。在進行相關的配置過程中，從混凝土的高強、抗碳化等多種角度出發，從多方面提升混凝土的耐久性。在進行道路橋梁的高性能混凝土施工過程中，關鍵環節在于混凝土的澆筑。在進行澆筑的過程中，現場的監理工程師要對模板的尺寸、強度以及剛度進行嚴格控制，并且對于鋼筋以及其他預埋件的數量以及位置精確掌握。并且在施工現場中，綜合考慮各種狀況，避免模板在各種狀況下受到污染。因此，提供高性能混凝土的耐久性需要從多方面入手，全方面提升高性能混凝土的耐久度，保障工程的質量。

4.4 加強高性能混凝土的養護工作

在進行高性能混凝土的澆筑振搗作業完畢之后，進行相關的養護作業。從一定程度上講，養護作業與混凝土的配置、澆筑同等重要。作為高性能混凝土成型的最后一道工藝，養護對混凝土的性能有著重要的保障作用。同時，養護工作的重要內容在于保持高性能混凝土的正常硬化以及強度上的增長。因此，對于施工環境就有著較為嚴格的要求。施工單位應該在道路橋梁的建設中，密切關注天氣變化，及時做好強對流天氣的應對準備，避免在雨雪、強風天氣下施工，保證施工人員安全的同時，提升高性能混凝土的性能。另外，由于高性能混凝土在澆筑后，表面難以進行有效泌水，其內部也常常處于失水狀態。因此，為了避免混凝土表面出現縫隙，影響到工程的質量，就需要對高性能混凝土的表面進行覆蓋以及灑水作業，從而保證道路或者是橋梁因溫度變化而失水過多或者是收縮而產生裂縫，從而造成工程上的安全隱患。

5 結語

高性能混凝土在道路以及橋梁上的應用越來越廣泛，除了施工單位嚴格按照施工程序進行操作之外，相關的安全監管部門也要對施工過程進行嚴格的監督，確保工程質量。同時，科研機構要加強高性能混凝土在設計、施工、制備以及運輸等環節的技術創新，提升高性能混凝土的各項性能。

［1］周家強.高性能混凝土在道路橋梁工程中的應用探討［J］.房地產導刊，2014(29):297-297.

［2］桑煒燁.淺談道路橋梁中高性能混凝土的應用［J］.黑龍江科技信息，2014(3):260-260.

［3］趙煜.道路橋梁中高性能混凝土的應用［J］.赤子，2014(12):350-350.

［4］馬春鋒.高性能混凝土在道路橋梁中的應用［J］.城市建筑，2014(24):315-315，345.