公路橋梁施工中高性能混凝土的應(yīng)用分析

王 斌 吉安市公路局吉水分局，江西 吉水 331600

1990 年，HPC 被定義為性能和勻質(zhì)性都符合要求的混凝土。在惡劣的條件下，也可以保持長久的壽命。雖然不同的學(xué)派對HPC 的看法有所不同，但是HPC 的高性能是受到共同認(rèn)可的。

1 HPC的配合比

混凝土的強度是混凝土性能的重要指標(biāo)，而HPC 配合比的公認(rèn)方法目前國內(nèi)外都處于設(shè)計中。

1.1 HPC配合比原則

研究發(fā)現(xiàn)，HPC 的水膠比大于0.45 時，在嚴(yán)酷的環(huán)境中不可能具有耐久性，它的水膠比范圍通常在0.20～0.40 之間。［1］

在配合過程中，往往還由于最大粒徑較小，骨料與水泥漿的應(yīng)力就會較差，引起裂縫，所以HPC 骨料的最大粒徑通常在10～20mm。

1.2 HPC配合比方法

近年來，國內(nèi)外針對HPC 配合比方法，提出了多種配合設(shè)計方法。在美國混凝土協(xié)會《使用粉煤灰和硅酸鹽水泥的高強混凝土設(shè)計指南》一文中，提出了摻入煤灰的設(shè)計方法，能夠用于41～83Mpa 見的普重非引起混凝土中。［2］

武漢工業(yè)大學(xué)的陳建奎提出了一種全新的配合比設(shè)計方法，首次建立了一種普遍適用的混凝土體積模型，經(jīng)推導(dǎo)，可得出混凝土用水量的Vw 計算公式:

以及砂率Sp 計算公式SP=砂的用量S/(砂的用量S +石子用量G)×100%

上述公式揭示出混凝土材料內(nèi)的客觀規(guī)律以及聯(lián)系。這種方法使得HPC 配合比從半定量走向定量，從實際經(jīng)驗走向了科學(xué)，是配合比上的一次大的進步。

1.3 配合比設(shè)計思路

HPC 的配比在參數(shù)上與普通混凝土有很大不同。當(dāng)前國內(nèi)設(shè)計配合中很少使用VG(膠凝材料漿體體積)這個參數(shù)，它主要與混凝土的體積穩(wěn)定性有關(guān)。Mehta 提出VG 的值不能超過30%，骨料的粒徑Dmax≤40mm。VG 應(yīng)該在28%～32%。

在設(shè)計混凝土配合比過程中，我們應(yīng)該嚴(yán)格注意下面的問題:(1)水泥石的強度以及耐久性。水泥石的強度與耐久性歸結(jié)于水灰比的高低以及施工過程中施工工藝的選擇，在實際的施工過程中，我們采用低水灰比的方法來提高水泥石的強度與耐久性。(2)集料的強度。使用高強度的集料從而保證施工質(zhì)量。

1.4 配合比設(shè)計小結(jié)

HPC 的設(shè)計要求較高，需要考慮到很多因素。隨著科技的發(fā)展，HPC 運用的經(jīng)驗也就越來越豐富，建立配合比設(shè)計的數(shù)據(jù)庫以及數(shù)學(xué)物理模型，是今后HPC 配合比發(fā)展的未來方向。

2 公路HPC梁的設(shè)計

有關(guān)公路HPC 梁的設(shè)計，國內(nèi)外都有規(guī)定且存在著不同，故本節(jié)將以《橋規(guī)意見稿》以及《高強混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS104:99)等規(guī)范和文件進行設(shè)計。

2.1 公路HPC梁的設(shè)計原則

與普通混凝土土梁設(shè)計原則一樣，HPC 梁也要進行承載力極限狀態(tài)與正常狀態(tài)下的計算，在構(gòu)造工藝方面都要滿足要求。

(1)當(dāng)構(gòu)件彎曲后，截面仍需要保持平面。

(2)截面受壓后的應(yīng)力圖簡化為矩形，壓力強度取混凝土的軸心抗強值。

(3)拉鋼筋的極限應(yīng)變應(yīng)取0.01.極限狀態(tài)時，受壓區(qū)應(yīng)取抗壓強度設(shè)計值。

2.2 HPC設(shè)計參數(shù)的取值

根據(jù)《橋規(guī)意見稿》，我們通過對混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)的分析從而得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。混凝土強度可以分為軸心抗壓以及軸心抗拉。其符號分別為fck 和ftk，其中兩種強度類型的強度等級又分為C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。軸心抗壓的的強度等級的標(biāo)準(zhǔn)值分別為C50:32.40;C55:35.50;C60:38.50;C65:41.50;C70:44.50;C75:47.40;C80:50.20。而軸心抗拉的強度等級的標(biāo)準(zhǔn)值分別為C50:2.65;C55:2.47;C60:41.50;C65:2.93;C70:3.00;C75:3.05;C80:3.10.

2.3 小結(jié)

在參考了有關(guān)規(guī)定及文件的基礎(chǔ)后，如《橋規(guī)意見稿》，對公路HPC 梁的設(shè)計以及參數(shù)取值方面給出了具體取值，這是公路HPC 梁設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。

3 HPC公路簡支板橋的設(shè)計

公路施工中，橋梁建設(shè)一直占投資的很大部分。預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在結(jié)構(gòu)上具有上部高度低、施工簡單、質(zhì)量可靠、造價低等優(yōu)點，一直是橋梁施工中被廣泛運用的結(jié)構(gòu)形式?！邦A(yù)應(yīng)力混凝土空心板的跨徑通常在10m～30m，厚度在0.4m～1.2m，板寬多采用1m 和1.5m?！比欢S著實際施工過程中的需要，“混凝土空心板也需要加強強度等級?！保?］對此，擬用C80HPC 板與普通混凝土板進行比較。

3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與材料準(zhǔn)備

(1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

荷載等級:汽車—超20、掛車—120

板面凈寬:1.0 +11.0 +0.5(m)

空心板板寬:1.05m

跨徑:①標(biāo)準(zhǔn)跨徑10.00m，計算跨徑9.80m;

②標(biāo)準(zhǔn)跨徑13.00m，計算跨徑12.80m;

③標(biāo)準(zhǔn)跨徑16.00m，計算跨徑15.80m。

(2)材料。①混凝土;②預(yù)應(yīng)力鋼絞線(符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5224-1995 的鋼絞線)。

3.2 研究思路

采用C80HPC，對上述的三種跨徑空心板進行設(shè)計如下:

(1)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究普通標(biāo)準(zhǔn)板板體自重的變化;

(2)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究普通標(biāo)準(zhǔn)板板高的變化;

(3)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究預(yù)應(yīng)力筋用量的變化。

3.3 計算結(jié)果

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》，我們可以得到標(biāo)跨十米的簡支空心板的計算數(shù)據(jù)。簡支空心板的荷載類別可以分為恒載、汽超20、掛車120 以及掛車120。其彎矩(KN/m)的數(shù)據(jù)分別為:恒載:161.12;汽超20:176.15;掛車120:203.45;掛車120:335.45.以及剪力(KN)的數(shù)據(jù)分別為:恒載:0;汽超20:36.25;掛車120:191.02;掛車120:196.39.而標(biāo)跨13m 的簡支空心板的各類計算數(shù)據(jù)如下。彎矩(KN/m)的數(shù)據(jù)分別為:恒載:122.12;汽超20:166.15;掛車120:213.45;掛車120:320.45.以及剪力(KN)的數(shù)據(jù)分別為:恒載:0;汽超20:38.85;掛車120:188.02;掛車120:198.39.

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)實際實驗結(jié)果，相對于標(biāo)跨10m，13m 的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板來說，根據(jù)《通用規(guī)范意見稿》的計算以及與按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》得出的計算值相比較，《通用規(guī)范意見稿》中的公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)值有所提高。同時結(jié)合橋涵的設(shè)計要求，對結(jié)構(gòu)承載力需要進一步的加強，保證工程的耐久與生命力。

3.5 小結(jié)

(1)C80HPC 的使用能夠降低簡支板橋的自重，降低施工難度進一步節(jié)約工程投資。

(2)采用C80HPC 和鋼絞線進行設(shè)計時，預(yù)應(yīng)力筋用量仍可以降低23%。

(3)C80HPC 的使用可以減小結(jié)構(gòu)尺寸，在較大跨徑中更有優(yōu)勢。

4 總結(jié)

本文通過對HPC 混凝土的分析研究，對HPC 的性能以及在公路施工中的應(yīng)用做了大致的介紹，總結(jié)出了HPC 混凝土在公路施工中的運用情況，當(dāng)然，其中仍存在不足需要以后進一步解決。

［1］中華人民共和國交通部標(biāo)準(zhǔn).公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ023 一85).北京:人民交通出版社，1985.

［2］中華人民共和國交通部標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTJ021 一89).北京:人民交通出版社，1989.

［3］中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(送審稿).2000 年12 月.

［4］中華人民共和國交通部標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖(JT/GGQS011 一84).北京:交通部公路規(guī)劃設(shè)計院，1992.

［5］徐光輝、胡明義主編.公路橋涵設(shè)計手冊·梁橋(上冊).北京:人民交通出版社，1996.