橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

顧玉洪　張莉荷

（1.內(nèi)蒙古聯(lián)手路橋有限公司，內(nèi)蒙古　巴彥淖爾　015000；2.內(nèi)蒙古科日達(dá)路橋設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古　巴彥淖爾　015000）

?

橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

顧玉洪1張莉荷2

（1.內(nèi)蒙古聯(lián)手路橋有限公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000；
2.內(nèi)蒙古科日達(dá)路橋設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾015000）

摘要：本文主要是對(duì)高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)情況及在橋梁工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以便更好的應(yīng)用在工程實(shí)際中。

關(guān)鍵詞：橋梁；高性能混凝土；配合比設(shè)計(jì)；應(yīng)用

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡(jiǎn)稱HPC）最早在20 世紀(jì)80 年代末開(kāi)始出現(xiàn)。高性能混凝土的研發(fā)和應(yīng)用使得現(xiàn)代橋梁材料更高性能的需求得到了很好的滿足，它是現(xiàn)代橋梁混凝土技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展的體現(xiàn)。對(duì)高混凝土的眾多設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)說(shuō)，耐久性是最重要的一項(xiàng)指標(biāo)。高混凝土應(yīng)該保證混合料在硬化后具備一定的強(qiáng)度等級(jí)，整體材料具有較好的工作性，而且在投入使用后能夠保證一定的耐久性和使用壽命。高性能混凝土是選用優(yōu)質(zhì)原材料，在較低的水膠比下進(jìn)行配置的。除了基礎(chǔ)的水泥、集料和水之外，還需要摻加一定比例的高效外加劑和礦物細(xì)摻料等。本文主要對(duì)配制橋梁工程高性能混凝土的主要指標(biāo)（包括耐久性、強(qiáng)度以及工作性）以及影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述。

一、高性能混凝土配制指標(biāo)及影響因素分析

1 耐久性

對(duì)橋梁工程高性能混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的也是最重要的指標(biāo)就是耐久性。這也是高性能混凝土配制與普通混凝土配制的不同之處。耐久性直接影響著混凝土材料的各項(xiàng)使用功能和使用壽命，它包括混凝土的抗凍性、抗碳化性、抗?jié)B性、堿集料反應(yīng)、抗化學(xué)侵蝕性以及體積穩(wěn)定性等一系列的性能。由于在實(shí)際工程中，引起混凝土各項(xiàng)性能發(fā)生改變進(jìn)而減少混凝土使用壽命的原因多是因?yàn)榛炷粱旌狭系乃袧B入了有害物質(zhì)造成的。因此，混凝土的耐久性最主要的影響因素就是混凝土混合料的抗?jié)B性。

2 強(qiáng)度

在現(xiàn)代大跨度橋梁工程中，都對(duì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求更高。混凝土材料的最基本的特征就是強(qiáng)度。影響混凝土強(qiáng)度的主要影響因素是混凝土中礦物細(xì)摻料的用量和混合料的水膠比。一般情況下，只要混凝土的水膠比在0.4 以下，則混凝土的性能就能符合較高要求的建筑使用功能，因此認(rèn)為，無(wú)論混凝土的強(qiáng)度大小，只要是0.4 以下水膠比的混凝土，就是高性能混凝土。

3 工作性

高性能混凝土的工作性是混凝土澆筑質(zhì)量的重要指標(biāo)。它對(duì)高性能混凝土的性能影響更甚于強(qiáng)度影響。高性能混凝土的工作性主要是指混凝土拌合物具有一定的不泌水、不離析的特性，具備一定的體積穩(wěn)定性和可泵性，而且坍落度在120mm 以上，具有較好的流動(dòng)性?；炷粱旌狭现械耐饧觿┓N類和摻量、集料級(jí)配等級(jí)以及水泥砂漿用量都會(huì)影響高性能混凝土的工作性。

二、配制技術(shù)途徑

1 礦物細(xì)摻料

在高性能混凝土中摻入一定的具有活性成分二氧化硅的礦物細(xì)摻料，能夠有效改善橋梁工程混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減少混凝土的溫度裂縫，提升混凝土的抗?jié)B性。這是因?yàn)閾饺敫咝阅芑炷林械牡V物細(xì)摻料（如優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣以及硅粉等）中均含有活性成分二氧化硅。混凝土界面上的水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣遇二氧化硅后會(huì)發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)化學(xué)式如下：

xCa（OH）2＋SiO2＋mH2O＝xCaOSiO2· nH2O

2 高效減水劑

為了保證橋梁工程高性能混凝土的水膠比較低，獲取較高的混凝土強(qiáng)度，必須在高性能混凝土中添加一定的高效減水劑。高效減水劑會(huì)在表面活性基團(tuán)的作用下，使混凝土凝膠材料顆粒表面呈負(fù)電荷并在電性排斥力作用下得以充分分散，從而使得高性能混凝土的流動(dòng)性得到很好地改善。

三、配合比參數(shù)

1 水膠比

高性能混凝土最顯著地特點(diǎn)就是具有較低的水膠比。試驗(yàn)表明，混凝土的水膠比降到0.4以下時(shí)，強(qiáng)度能夠隨著水膠比的減小而繼續(xù)增強(qiáng)。水膠比是高性能混凝土的關(guān)鍵質(zhì)量控制因素。在建設(shè)工程中可以參照表1進(jìn)行進(jìn)行選用。

2 漿集比

漿集比即高性能混凝土中水泥漿和集料的比例。美國(guó)Aitcin和Mehta經(jīng)過(guò)研究分析，得出結(jié)論，當(dāng)漿集體積比例為35∶65時(shí)，高性能混凝土的尺寸穩(wěn)定性、工作性以及強(qiáng)度等均具有較好的性能。在實(shí)際工程應(yīng)用中，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越低，摻加的膠凝材料應(yīng)該越少，且膠凝材料用量最好控制在300kg/m3～550kg/m3以內(nèi)。

3 砂率

一般情況下，橋梁工程高性能混凝土的砂率越大，其強(qiáng)度也越大，而彈性模量則不斷減小?？梢酝ㄟ^(guò)混凝土中的集料級(jí)配等級(jí)、膠凝材料用量、泵送要求等綜合進(jìn)行考量混凝土的砂率。高性能混凝土的砂率選用見(jiàn)表2。

4 高效減水劑用量

在實(shí)際工程中，應(yīng)該根據(jù)坍落度決定高性能混凝土中高效減水劑的摻量。一般情況下，高效減水劑在1%～2%用量時(shí)效果最為明顯。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)能夠有效提高橋梁工程混凝土的綜合性能，但是在實(shí)際工程中，由于高性能混凝土添加了多種添加劑，橋梁工程應(yīng)該建立相應(yīng)的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，應(yīng)該加快混凝土配合比設(shè)計(jì)的規(guī)范化進(jìn)程，同時(shí)應(yīng)該充分利用各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)計(jì)算手段等用于配合比的設(shè)計(jì)，提升橋梁工程高性能混凝土配合設(shè)計(jì)的工作效率和整體優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。

表1　高性能混凝土推薦選用水膠比表

表2　砂率選用表（kg/m3）

參考文獻(xiàn)

[1]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]黃世敏，劉連新.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，20（01）：8-11.

中圖分類號(hào)：U44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A