高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

劉運(yùn)昭

（石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司石衡分公司，河北 石家莊 050000）

一、研究目的

高性能混凝土是一種可以滿足特定功能與勻質(zhì)性綜合需要的混凝土。通過(guò)一般的傳統(tǒng)材料和方法進(jìn)行混合、鑄造和養(yǎng)護(hù)都不能滿足高性能混凝土的要求，它必須通過(guò)鑄造和壓實(shí)等方法來(lái)提高混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能、初始強(qiáng)度、剛度和體積穩(wěn)定性，并延長(zhǎng)其在惡劣環(huán)境中的使用壽命。

高性能混凝土通常與高強(qiáng)度混凝土有關(guān)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)高性能混凝土不僅具有高強(qiáng)度，同時(shí)還具有較高的剛度、彈性模量與耐久性。使用一般混凝土建造的車道，由于其缺乏耐久性等性能，車道在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的斷裂、剝落等。而使用高性能混凝土能避免上述路面病害的出現(xiàn)。

二、研究方法

高性能混凝土的研究基于《混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJGJ 55-2011）、《普通混凝土混合物的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》（CGB / T 50080-2002）、《普通混凝土力學(xué)性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》（CGB / T50081-2002）、《常規(guī)混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性的測(cè)試方法》（CGBJ 82-85）。

三、工程原材料

（一）水泥

本研究所用水泥種類為低堿硅32.SR和42.SR。普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分化學(xué)成分和工藝性能如表1所示。根據(jù)硅酸鹽水泥和一般硅酸鹽水泥（GB175-99）的規(guī)定，MgO，SO3等成分含量和燒損失量符合要求，水泥穩(wěn)定性合格，3d、28d的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度符合要求。

表1 普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分/%

（二）粗骨料

實(shí)驗(yàn)采用淄博寶山砂礫，其14天膨脹率為0.068%＜0.1%，存在無(wú)堿硅酸活性。將澆注樁、連接柱和蓋梁的粗骨料混合成為10～30mm和5～10mm的兩個(gè)等級(jí)，形成5～31mm的連續(xù)分級(jí)碎石。使用最大體積密度法測(cè)試，其體積密度在7：3的比率下最高，并且空隙率達(dá)到最低可能值。箱梁粗骨料單粒級(jí)粒徑為10～20mm，符合規(guī)范要求。泥漿含量為0.5%，針狀顆粒含量為7.75%，堆積密度為1510kg/m3。碎石顆粒的分級(jí)如表2所示。

表2 碎石顆粒級(jí)配累計(jì)篩余量/%

（三）細(xì)骨料

實(shí)驗(yàn)采用萊蕪高莊的中砂，Mx=2.98，體積密度為1584.1kg/m3，其含有的有害物質(zhì)均低于規(guī)定值，沒(méi)有檢測(cè)到玻璃巖結(jié)構(gòu)或典型的堿活性組分，由此確定試驗(yàn)所用中砂是非堿性活性聚集料。砂試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 砂檢測(cè)結(jié)果

（四）外加劑

DB型氨基磺酸系高效減水劑，其與水泥具有良好的相容性，在60min內(nèi)基本沒(méi)有坍落，90min最大坍落度損失為24%。隨著超塑化劑用量的增加，坍落度開(kāi)始減少。加入復(fù)合超細(xì)粉末更有利于與高效減水劑發(fā)揮疊加作用，有效降低坩堝混合物的坍落度。例如，含有20%超細(xì)粉末的第一類外加劑在90min內(nèi)僅損失16%，比不含超細(xì)粉末的第二類外加劑效果更好，保水性得到很大的提升。

（五）活性摻和料

活性混合物是粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉末的混合物；復(fù)合超細(xì)粉末是磨碎的礦渣和飛灰的混合物。粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉末的化學(xué)成分如表4所示。復(fù)合超細(xì)粉末可以大大降低混凝土的絕熱溫升，可以用來(lái)制備低水化熱的大體積混凝土，有效地解決混凝土早期強(qiáng)度低的缺陷。此外，“雙混”混凝土具有優(yōu)異的耐腐蝕性、抗碳化性、防滲透性等。

表4 粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉的化學(xué)成分/%

通過(guò)使用復(fù)合超細(xì)粉末減少水泥用量來(lái)制備水泥漿，并通過(guò)測(cè)量測(cè)試錐的深度得出復(fù)合超細(xì)粉末的相對(duì)需水量。試驗(yàn)表明，隨著復(fù)合超細(xì)粉末代替水泥的比例增加，可相應(yīng)增加用水量以實(shí)現(xiàn)相同的流動(dòng)性。當(dāng)復(fù)合超細(xì)粉末的用量比例為15～25%時(shí)，需水量相對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)其用量比例超過(guò)30%時(shí)，需水量則需要增加。從需水量指數(shù)來(lái)看，最佳劑量范圍為15～25%。復(fù)合超細(xì)粉末替代水泥的適當(dāng)比例為20%。水泥漿下沉程度如表5所示。

表5 水泥凈槳沉入度/mm

四、結(jié)果與討論

（一）高性能復(fù)合超細(xì)粉混凝土配制與工作性

在本文中，制備了多種不同的C40和C50混凝土超細(xì)粉末。表6中選擇了具有代表性的混凝土配合比。第1至3組是C40混合比，第4至6組是C50混合比，第1組和第6組是比較參考混合比，第2至5組是超細(xì)粉末高性能混凝土混合比。

表6 混凝土配合比

根據(jù)表6的混合比制備的高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的性能試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合超細(xì)粉末的加入改善了混凝土的和易性并降低了混凝土的可加工性，同時(shí)也減少了坍落度損失和混凝土的泌水率。

（二）高性能粉煤灰混凝土的力學(xué)性能

根據(jù)表7和表8中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文制備的混凝土配合比（第2～5組）符合設(shè)計(jì)要求（數(shù)據(jù)參見(jiàn)表8），7d抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，28d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%或更高，90d的強(qiáng)度超過(guò)了比較混凝土的強(qiáng)度。壓縮彈性模量大于33GPa，壓縮彈性模量高于標(biāo)準(zhǔn)。由此說(shuō)明了混凝土的力學(xué)性能。

表7 混凝土拌和物性能

表8 C40和C50混凝土力學(xué)性能

（三）高性能復(fù)合超細(xì)粉混凝土的長(zhǎng)期性能與耐久性

根據(jù)表6中的配合比制造的高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性

從結(jié)果可以看出：

（1）復(fù)合超細(xì)粉末的加入對(duì)混凝土的碳化有一定的影響。隨著時(shí)間和復(fù)合超細(xì)粉末摻入量的增加，混凝土的碳化深度隨之增加。水泥質(zhì)材料加入量對(duì)其碳酸化具有明顯的影響，隨著混凝土中膠凝材料的用量增加，混凝土的碳化深度明顯地降低。

（2）根據(jù)顯色方法來(lái)確定混凝土中氯離子的腐蝕深度。結(jié)果表明，20～30%復(fù)合超細(xì)粉末混凝土中氯離子的滲透深度明顯低于對(duì)照組。根據(jù)菲克擴(kuò)散的第二定律，如果氯化物層受到環(huán)境侵蝕，保護(hù)層的厚度為30mm，混凝土的使用壽命可以超過(guò)75年。

（3）復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的透水性比對(duì)比混凝土高，其最大滲透率小于對(duì)比混凝土。

（4）復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的硫酸鹽侵蝕性與對(duì)比混凝土相似。

五、高性能混凝土的應(yīng)用

（一）高性能混凝土的概念與標(biāo)準(zhǔn)

高性能混凝土是目前廣泛使用的一種新型混凝土，它具有耐用性、可加工性強(qiáng)和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，被應(yīng)用于公路、橋梁等建設(shè)中。高性能混凝土的廣泛應(yīng)用通常基于施工技術(shù)和要求的改進(jìn)，并且根據(jù)性能的差異，也將在特定應(yīng)用中進(jìn)行對(duì)應(yīng)選擇。

（二）高性能混凝土在公路橋梁施工中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

高性能混凝土的配比需要考慮很多因素。為了保證混凝土的質(zhì)量，最好選擇用日常所用的自來(lái)水。在使用細(xì)骨料的情況下，可以選擇河砂、粗砂或中砂。在使用粗骨料時(shí)，對(duì)粒徑、顆粒形狀等做相應(yīng)的選擇。水泥是混凝土配比中最重要的原料，因此，選擇的水泥必須符合相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，高兼容性、高分散性和減水性是基本標(biāo)準(zhǔn)。此外，還需要添加某種共混劑以有效降低水灰比，在最終攪拌過(guò)程中，還需要選擇精密混合器。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)控制原材料的質(zhì)量，使用雙摻雜技術(shù)，優(yōu)化硅比、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂層表面防腐材料，加強(qiáng)在施工過(guò)程中的控制，可有效提高混凝土的耐久性指標(biāo)。然而，不同摻和料與不同的摻和劑量對(duì)混凝土耐久性的影響程度也是不同的，應(yīng)綜合考慮各種因素對(duì)混凝土的影響，確定最佳混合比。