高性能混凝土在道路橋梁工程施工中的應用

鄭 方

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030012)

在以往的橋梁建設中，混凝土作為最常用施工材料，其強度是工程設計與施工重要控制指標之一，對于耐久性并未提出較高要求，對高性能混凝土而言，它是以工程所處環境為依據，將耐久性視作重點控制對象，且具有良好適應性的新混凝土類型。

1 高性能混凝土介紹

相較于普通混凝土，它具有以下特點：

(1)由于摻加了超細礦物質粉及高效減水劑，所以高性能混凝土的用水量很低，并能減小其內部空隙，這樣能使成型的結構長時間保持安全穩定。

(2)對于混凝土的抗凍融性，它是衡量混凝土耐久性的關鍵指標之一，我國大部分地區四季分明，冬夏兩季溫差較大，作為適應性出色的高性能混凝土，應能適應這種環境要求，因此其抗凍融性必定符合要求。生產中摻加一定量引氣劑，通過封閉氣孔的適量引入，能對應力與滲透作用予以緩沖，進而提高抗凍性性能。

(3)在工作性方面，首先是坍落度不容易發生變化，因粘度相對較大，振搗時，粗集料不會快速沉降，振搗相同的時間，其沉降的距離相比較短，且均勻性與穩定性均較好。另外，因其水灰比很小，含有的自由水也很少，所有能有效防止泌水和離析。

(4)在體積穩定性方面，它指的是受到物理或化學作用后，體積發生變化幅度較小的能力。硬化初期，高性能混凝土的水化熱不會很高，同時在硬化之后只會發生很小的變形，所以其體積穩定性良好。

(5)對于混凝土強度，它是疲勞、抗壓、抗拉和抗折的統稱。作為目前最常用的非均質材料，它的強度會受到很多因素的影響，而且不同的強度間還具有相互關系。當混凝土的水灰比減小時，其強度將增大。基于此，高性能混凝土通過對高效減水劑的使用對水泥分散能力予以改善，起到提高減水率，進而增加強度的作用。另外，摻加適量超細礦物對水泥中存在的空隙進行填充，有效改善混凝土的界面結構，保證其強度與密實度。

綜上，正是由于高性能混凝土具備以上優勢特點，所以其經濟性良好，一方面可以減少維修費用，有效延長結構及構件的使用壽命；另一方面可以減小結構尺寸，降低自重，提供更大的使用空間。

2 道路橋梁施工中高性能混凝土的應用

2.1 工程概況

某擬建道路橋梁工程的墩柱、承臺、蓋梁、上部結構、橋面系均采用高性能混凝土，其強度等級分為三種，即Ca35、Ca40和Ca50。

2.2 原材料

(1)水泥

水泥對混凝土而言是不可替代的膠凝材料，本工程采用普硅水泥，其比表面積按300～350 m2/kg嚴格控制，且鋁酸三鈣實際含量應控制在8%以內。

(2)高效減水劑與引氣劑

如前所述，為減少含水量和提高流動性與強度，需要向混凝土中摻加適量高效減水劑。根據現行規范和標準，高效減水劑的含氣量應控制在3%以內。對于引氣劑，其性能需要符合相關標準；完成拌和后，混凝土的氣泡應保持均勻和細小，使含氣量處于4%～6%以內。另外，高效減水劑和引氣劑必須分別摻加。

(3)集料

高性能混凝土中，集料應避免堿集料反應。進場前，應對集料實施專門的檢查試驗，經試驗確認合格后才能批準進場。集料分細集料與粗集料，其中，細集料以質地堅硬、有良好級配且空隙率相對較小為準選擇，以細度模數在2.6～3.2范圍內的干凈河砂為宜；粗集料按質地堅硬且勻稱、粒形適宜、級配合理等要求選擇，其技術指標必須滿足現行規范提出的各項要求。

(4)礦物摻合料

為使混凝土具有符合要求的密實性，還需要向混凝土中摻加數量的礦物摻合料，如分粉煤灰、硅粉和磨細礦渣粉。本次主要使用粉煤灰，其質量應達到以下要求：(1)細度：當強度等級為C50以上時，不能超過12%，當強度等級小于C50時，不能超過25%；(2)需水量比：當強度等級為C50以上時，不能超過92%，當強度等級小于C50時，不能超過105%；(3)燒失量：當強度等級為C50以上時，不能超過5%，當強度等級小于C50時，不能超過8%；(4)氯離子含量：不能超過0.02%；(5)含水量：不能超過1%；(6)硫酸鹽含量：不能超過3%；(7)安定性：不超過5.0；(7)游離態氧化鈣的含量：當為F類時，不能超過1%，當為C類時，不能超過4%。

(5)拌和與養護用水

不能使用海水、污水與pH值在5以內的水，且氯離子含量不能超過200 mg/L，硫酸鹽含量不能超過500 mg/L。

2.3 配合比設計

過去主要是根據強度等級要求對水膠比進行計算，對于高性能混凝土，需要根據耐久性要求，結合環境作用等級進行水膠比的確定，對膠凝材料的最低用量與摻合料比例進行控制。配合比需要綜合考慮包含施工工藝、環境、材料品質等在內的各項因素，由各參與方經計算和試驗確定。

2.4 計量、拌和

對原材料的投放通過電子計量進行，嚴格按照配合比來計算和稱量。除集料以外的其它原材料，質量誤差不能超過±1%，集料的質量誤差不能超過±2%。生產中應對工藝、配合比及投料的方式都進行嚴格控制。在冬季進行施工時，需要對各類原材料進行適當的加熱或保溫。

2.5 運輸、澆筑

對混凝土進行運輸時，應選擇平坦的道路，減少運轉次數，縮短運輸的時間，避免由于振動過度導致離析。所用運輸設備應能滿足凝結時間要求，并與澆筑的速度相適應，以確保澆筑能夠順利且連續的進行。

將混凝土運輸到現場后應盡快澆筑，減少放置的時間，同時這也是混凝土施工重要工序，對結構質量有很大影響。結構成型后，其表面應保持平整與光滑，尺寸、鋼筋與各類預埋件所處位置應準確無誤。澆筑開始前，應先對混凝土實施高速攪拌，持續1～2 min，檢查確認混凝土達到勻化后開始澆筑。若減水劑的消泡不徹底，將在表面產生若干大氣泡，所以需要對減水劑實施消泡，之后再進行引氣。與此同時，還要對澆筑高度進行嚴格控制，通常每層不能超過30 cm。在倒角處等氣泡難以排出的部位，需要在原基礎上減小一定澆筑高度，通常每層不能超過20 cm。

在混凝土澆筑的同時還應做好振搗，通過振搗使混凝土達到均勻。一般都使用插入式振搗棒進行振搗，操作時遵循快插慢拔的基本原則，對上一層進行振搗時，應將振搗棒插入下一層5 cm，以此消除兩層接縫，形成一體。

2.6 養生

澆搗成型后，立即使用土工布進行覆蓋開始養生。針對預制的梁板，則可進行噴淋養生，根據環境與實際情況確定適宜的噴淋次數；針對墩柱等結構，可使用塑料布來覆蓋，防止水分大量散失；橋面的鋪裝也要做好覆蓋，及時進行澆水，以免產生裂縫。對構件進行養生時，水不能使用被污染過的河水與地下水，并防止溫度突然降低而開裂。在冬季施工過程中，一般采用蒸汽方法進行養生，此時需要將靜停時間延長到24 h，在靜停的時間范圍內，養護環境溫度按5 ℃～20 ℃控制；如果必須采用加熱的方法進行養生，需要注意將煙霧排放至室外，以免造成碳化，對混凝土成型后的耐久性造成影響。

3 結束語

綜上所述，高性能混凝土的合理應用能在滿足橋梁工程質量要求的基礎上，延長各結構構件的使用壽命，減少后期維護成本，提高工程經濟效益，值得大范圍推廣應用。