高性能混凝土在低等級公路建設中的應用研究

摘 要：公路是重要的基礎交通設施，在各地生產、生活中發揮重要作用，這要求重視公路管理，包括建設管理在內。本文以高性能混凝土的特點為切入點，分析其優勢，以及其在低等級公路建設中的應用方式，包括技術指標分析、材料管理、施工規范性管理、養護工作等內容。最后結合甘肅省某低等級公路項目，對上述理論做進一步說明，服務高性能混凝土未來應用，促進交通事業持續發展。

關鍵詞：高性能混凝土 低等級公路 技術指標 材料質量

低等級公路（Township Road）一般是指四級公路，主要作用在于連接各行政區域，是最基本、最常見的公路類型。我國幅員遼闊，但人口分布、各行政區交通運輸負荷水平各有差別，基于提升交通服務水平、同時削減非必要支出的目的，各地普遍重視公路分級化建設，并將低等級公路作為重點工作內容，這也為高性能混凝土的應用提供了思路和空間。高性能混凝土具有一般混凝土的功能，同時在抗屈服強度、耐腐性、使用壽命方面更具優勢，這使其滿足復雜路況的建設和使用需要、得到廣泛關注[1]。分析高性能混凝土在低等級公路建設中的應用方法，具有一定的積極價值。

1 高性能混凝土的特點

1.1 高耐久性?

高性能混凝土應用于低等級公路以及其他建設項目中，可以發揮其高耐久性優勢，使工程的使用壽命得到提升，使用價值也得到一定改善。與普通混凝土相比，高性能混凝土的密實度、抗滲性比較突出，車輛行駛、陽光照射、水浸等因素帶來的破壞雖然無法根本消除，但影響顯著降低，化學腐蝕和物理磨損水平得到一定控制。如大部分低等級工作路面可能在長期使用后出現不同程度的形變、塌陷問題，高性能混凝土的強度可達到100MPa甚至180MPa以上，即便通行壓力較大，仍可保持路面穩定，使用耐久性理想[2]。

1.2 應用性能理想?

高性能混凝土的?應用性能也較為理想，體現在易加工、便于澆筑等方面。大部分高性能混凝土需要應用各類外加劑，以實現理化性能的改進，用于低等級公路施工的高性能混凝土，可通過加入改性材料、外加劑等方式，實現流動性的改善，組織路面澆筑時便利性提升，可減少混凝土堵管、流動性不高、澆筑死角等的發生率。同時，也可以通過參數調整、預分析等方式提升高性能混凝土的可塑性。如彈性模量，普通混凝土的彈性模量大多在20～25GPa之間，高性能混凝土彈性模量可以達到40GPa、50GPa以上，整體性能得到改善[3]。

1.3 高體積穩定性?

應用于低等級公路、建筑工程中的高性能混凝土，也具有低收縮特點，可以控制低溫度變形等問題，便于確保結構的穩定性和長期安全性。甘肅等北方省份冬季、深秋以及早春，室外溫度較低，常規混凝土結構可能在低溫條件下出現損壞，影響使用性能和交通安全。應用高性能混凝土，此問題得到一定程度的控制，如上文所述的彈性模量指標，可以將混凝土結構90天內干縮值降低至0.05%甚至更低水平，維持其體積穩定[4]。干燥徐變的控制方面，高性能混凝土也有一定優勢，匹配甘肅室外較干燥的氣候特點，維持混凝土結構性能和道路質量。

1.4 高強度

高性能混凝土的基本特點在于強度較高。大部分用于道路建設的混凝土，其強度不超過50MPa，多在25～30MPa之間，加工得當的高性能混凝土，其抗壓強度可以達到60MPa、100MPa、150MPa以上，即便通行壓力大、載重車輛行駛頻繁，路面、路基各處也能應對來自垂直方向的負載影響，保持結構穩定，進而提升道路的使用壽命和綜合性能[5]。此外，高性能混凝土具有水化熱水平較低的特點，這一特點意味著其澆筑早期、干凝過程中，出現裂縫、中空等質量問題的可能性較低。而常規混凝土可能在水化熱影響下出現內部質量隱患，降低強度水平，較低的水化熱對應提升了高性能混凝土結構強度，改善了低等級公路質量。

2 高性能混凝土在低等級公路建設中的應用方式

2.1 確定技術指標

低等級公路建設過程中應用高性能混凝土，需要提前做好技術指標分析，原則上要求結合公路建設共性要求、建設方質量指標等，確定公路建設方案，并在技術部分寫明高性能混凝土有關指標。包括水灰比、鋼筋使用量等混凝土結構設計基礎指標，也包括膠凝材料總量、水膠比、粉煤灰摻量、總堿含量等與高性能混凝土直接相關的特殊指標。按照一般要求，低等級公路工程高性能混凝土膠凝材料總量控制標準如下。

粉煤灰可以改善高性能混凝土的耐久性，優化抗裂性能，其摻量也應加以控制，一般而言，高性能混凝土中粉煤灰摻入總量應低于膠凝材料總量的20%，部分地區使用環境比較特殊、戶外氣候干燥，可以適當增加粉煤灰的摻量提升低等級道路性能，如甘肅、新疆等省（區）（自治區），可以按表2內容進行粉煤灰摻量有關控制。

總堿含量的控制一般以國家、行業硬性規定為基礎，在低等級道路施工前，需要對高性能混凝土的總堿含量進行具體分析，原則上混凝土中的氯離子含量應作為重點，要求其不應超過膠凝材料總質量的0.10%，如果道路采用預應力混凝土技術，則總量不應超過膠凝材料總質量的0.06%。

2.2 做好制備管理

高性能混凝土的制備包括兩種模式，即現場制備、遠程制備。部分道路建設區域空間開闊，可以組織現場制備，反之則組織遠程制備并在制備完成后運輸到施工現場。制備高性能混凝土過程中，重點關注材料質量、運輸管理（非現場制備模式下）等工作，材料質量又包括水泥、礦物摻合料、外加劑、骨料等部分。

低等級公路的通行總體壓力較小，對水泥的要求相對不高，普通硅酸鹽水泥即可用于施工。質量要求方面，要求鋁酸三鈣（C3A）的含量在8%以下，細度應在10%以下，堿含量不高于0.8%，且存放時間不應超過3天，采買完成后盡快應用于高性能混凝土制備。礦物摻合料以粉煤灰為主，確定道路建設對該材料的一般需要后，應保證粉煤灰的細度不超過20%、燒失量不超過5%、含水量應低于0.01%。外加劑方面，不同工程需求各有差別，以聚羧酸系列產品為例，其減水率應超過20%，硫酸鈉含量、堿含量均應低于10%，含氣量應高于3%。骨料質量也應根據工程特點加以確定，一般低等級公路的細骨料細度模數要求為2.3～3.0、粗骨料最大粒徑不超過25mm，壓碎指標不大于8%。

各類材料均應自正規渠道采買，并做好信息標注，入場前組織檢測，以抽樣檢測的方式隨機選取若干份材料，核對信息、檢測理化指標。確保材料合格后再允許入場施工。遠程制備的混凝土，在運輸過程中需要重視保溫、保濕，可利用苫布進行覆蓋，借助車輛在混凝土制備完成30min內將其運輸至施工現場。其間為避免高性能混凝土出現流動性下降問題，可以適當進行灑水保濕。

2.3 保證施工規范

高性能混凝土制備、運輸完成后，可組織現場施工。可根據低等級公路設計要求，首先組織立模，選取木質、合金模板均可，要求確保立模牢固，能夠應對施工影響無形變問題。立模完成后組織混凝土澆筑，考慮到公路工程規模大多較大，一般應組織泵送，借助設備完成澆筑。澆筑參數方面，泵送模式下，每小時可完成60m3以上澆筑。在此過程中需要提供人工輔助，主要面向澆筑難以觸及的死角進行處理，澆筑的同時進行振搗，考慮到高性能混凝土的流動性較強，振搗時間10～15s即可。

部分低等級公路建設過程中使用了鋼筋，施工過程中還應關注鋼筋質量分析以及施工質量控制。要求鋼筋滿足設計要求，抽樣檢測合格后再允許入場，校準混凝土前，根據方案進行鋼筋處理，使其規格滿足道路施工需要。澆筑過程中應適當降低作業速率，以避免高速率澆筑模式下混凝土材料沖擊力過強、鋼筋移位等問題。所有鋼筋應處于路面、路基范圍內，對于外露的鋼筋一律進行剪除，并對外露區域進行封堵，避免鋼筋銹蝕影響混凝土性能、加速老化。對于施工范圍較大的低等級公路，可以采用分段、分別施工的模式，也可以多個工段同步組織施工，但應提前做好施工組織設計，避免物資、材料以及設備使用緊張的情況。

2.4 加強養護

澆筑完成后，要求做好養護工作。高性能混凝土干凝前，應組織灑水養護、支模養護，避免擠壓以及其他形式的外荷載破壞。

立模工作在澆筑過程中完成，一般保留模板至少21d，必要時可延長到28d，保證模板位置牢固、穩定，并在拆模前做好警示標記，避免人員、車輛等進入施工區域造成破壞，達到預期干凝時間后再組織拆模。灑水養護自施工完成當日即著手進行，要求以2h為間隔，持續向各結構進行灑水，保證高性能混凝土各處得到充分浸潤。施工當日到第三天，養護間隔不應超過2h，澆筑完成后第三天到第七天，可延長養護間隔到3～4h左右。甘肅等氣候較干燥的地區，可考慮適當增加用水量。第七天到第十四天，養護間隔可延長到6h以上，持續進行14天養護。部分低等級道路周邊人員、車輛活動頻繁，還應做好綜合管理，詳細對施工區域進行規劃，避免堆放雜物影響路面、路基干凝。

3 案例分析

3.1 應用背景

甘肅省某地組織低等級工作建設，設計標準為4級公路，寬度5.9m，設計速度35km/h，雙車道。因本地經濟發展速度較快，原有公路老化問題嚴重，需要重新進行建設，基于提升交通服務能力的目的，該公路工程在等級不變的情況下，決定使用高性能混凝土改善使用性能。工程2023年7月啟動，工期260個日歷日，投資1.63億元。最終如期完成，現對其高性能混凝土的應用情況進行針對性分析，具體如下。

3.2 應用過程

施工前，施工方技術人員與建設方進行交流，對施工區域的一般環境、建設質量要求等進行分析，結合分析結果初步確定使用高性能混凝土的思路，之后進入施工現場各區域進行信息采集。從特點上看，本地氣候干燥、全年少降水，道路通行壓力持續增加。據此擬定了不同方案，并組織對比。

A方案。以高性能混凝土為主，設計道路使用壽命30年，采用C40混凝土，粉煤灰摻量15%，水膠比0.45，粉煤灰的含碳量1.5%；

B方案。以高性能混凝土為主，設計道路使用壽命30年，采用C50混凝土，粉煤灰摻量20%，水膠比0.40，粉煤灰的含碳量2.0%

C方案。以高性能混凝土為主，設計道路使用壽命25年，采用C40混凝土，粉煤灰摻量20%，水膠比0.40，粉煤灰的含碳量2.0%。

利用BIM技術進行模擬，采用加速模擬模式，加速參數1∶100000（每進行1min模擬，相當于道路使用約694天）。調取本地道路記錄檔案，確定道路工作壓力參數，在不考慮其他干擾因素的情況下，獲取模擬結果。重點分析三類方案的初期投資、運維成本、路面磨損率、建設難度。

結合模擬結果，決定采用B方案進行施工，其特點在于運維成本總體較低，磨損問題能夠得到控制，考慮到道路使用壽命較長，初期建設難度高、投資大的問題可以接受。施工過程中，采用分段作業的方式，分別設定22個標段，不同標段同步組織土方、石方開挖等一般工作，由于現場施工場地較開闊，確定了施工組織設計后，于施工現場進行混凝土制備。所有材料入場前，通過建設方、施工方以及監理方的聯合檢查，合格后再用于施工作業。制備過程中加強現場管理，確保總體規范、參數得當。澆筑過程中，控制澆筑速率為45～50m3/h，以泵送方式組織施工。養護工作原定持續14d，考慮到本地氣候較干燥，額外組織3d灑水養護，28d后拆模，驗收無異常后，投入使用。

3.3 結果概況

該道路投入使用以來性能良好，未見任何異常，無裂縫、鋼筋外露、塌陷等質量問題。為進一步了解道路質量，額外采用BIM技術，對道路的使用性能進行虛擬評估，結果表明道路滿足使用需要、壽命可以達到30年以上，質量合格、達到設計標準。

4 結語

綜上所述，高性能混凝土的功能理想，在低等級公路建設中應用高性能混凝土有助于提升公路工作能力，減少運維支出。具體工作中，要求結合建設要求以及區域環境特點，做好高性能混凝土技術指標分析，之后組織制備、施工應用等工作，最后組織混凝土結構養護，直到強度達標。結合甘肅省某地低等級公路建設項目，可知高性能混凝土的應用發揮了預期作用，能夠改善公路的使用性能，盡管早期建設成本、難度較高，但長期效益理想，未來可加強應用、推廣。

參考文獻：

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[2]李廷川.高性能混凝土施工技術在公路工程中的應用[J].運輸經理世界，2024（21）：49-51.

[3]陳平.高速公路高性能混凝土力學性能及耐久性試驗檢測研究[J].交通科技與管理，2024，5（12）：100-102.

[4]秦彩秋.高速公路隧道高性能混凝土耐久性試驗檢測研究[J].運輸經理世界，2024（15）：156-158.

[5]唐凌.高性能混凝土技術在公路橋梁工程施工中的應用研究[J].居業，2023（11）：10-12.