高性能混凝土技術(shù)在道路橋梁工程施工中的實踐研究

黃德宙

摘要：高性能混凝土具有混凝土強度大、水熱化作用低、密實度高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于道路橋梁的施工用料中。文章介紹了高性能混凝土的特點及其優(yōu)勢，并針對高性能混凝土技術(shù)在道路橋梁施工過程中的應(yīng)用情況，分析了高性能混凝土技術(shù)應(yīng)用要點，為高性能混凝土技術(shù)的施工應(yīng)用提供經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土技術(shù);道路橋梁;施工應(yīng)用

0 引言

隨著我國經(jīng)濟、技術(shù)的不斷發(fā)展進步，道路橋梁施工理念以及技術(shù)也得到了極大的進步，特別是施工用料的發(fā)展方面。道路橋梁施工中所需的基礎(chǔ)材料是混凝土，道路橋梁的施工質(zhì)量和效果直接受混凝土材料的質(zhì)量好壞影響。在進行道路橋梁施工過程中，混凝土受溫度、外部荷載力等方面的影響而出現(xiàn)形變裂縫問題，從而對道路橋梁的整個結(jié)構(gòu)帶來安全隱患[1]，使用壽命受到影響。而高性能混凝土具有混凝土強度大、水熱化作用低、密實度高等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于道路橋梁的施工用料中。

1 高性能混凝土的基本情況

1.1 高性能混凝土的內(nèi)涵

高性能混凝土的英語縮寫為HPC，是一種新型的具有高新技術(shù)含量的混凝土。高性能混凝土的制作是以普通混凝土為基礎(chǔ)，通過發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對混凝土材料的配比進行優(yōu)化，將適量的添加劑、活性細砂摻和其中，從而保證高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性、強抗?jié)B透性、高強度以及穩(wěn)定的力學(xué)性能，提高高性能混凝土在惡劣工作環(huán)境中的適應(yīng)性[2]，因此，高性能混凝土廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。而且與高強度混凝土相比，高性能混凝土不單具有較強的耐久性、彈性模量以及剛度，還具有較高的抗壓強度，所以在提高道路橋梁使用壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面具有較大的作用。根據(jù)1997年聯(lián)合國國際混凝土路面會議的有關(guān)內(nèi)容，要積極推廣抗壓強度>17 MPa的高性能混凝土，將高強度混凝土應(yīng)用到連續(xù)鋪筑混凝土路面中，以此保證道路橋梁表面的抗?jié)B透性和密實度。隨著我國對高性能混凝土技術(shù)研究的不斷加深，對混凝土的配比進行科學(xué)的優(yōu)化，使高性能混凝土的質(zhì)量得到了較大的提高。

1.2 高性能混凝土的特點及其優(yōu)勢

高性能混凝土的質(zhì)量經(jīng)過不斷改善發(fā)展，具有以下幾方面的優(yōu)點：

（1）抗壓性強。與普通混凝土相比，高性能混凝土的強度提高了一倍，而且在混凝土結(jié)構(gòu)重量上，高性能混凝土不會增加其自重。根據(jù)高性能混凝土的強度變化情況可知，其齡期越長，抗壓強度越大（詳見圖1）。

（2）節(jié)能環(huán)保[3]。根據(jù)傳統(tǒng)的建筑工程的特點，它們的耗能相對較高，而在我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的大背景下，廣泛應(yīng)用高性能混凝土，既可以壓縮道路橋梁的施工工期，又可以將建筑材料用量進行降低，從而滿足我國綠化環(huán)保的要求。

（3）坍落度小。坍落度反映的是混凝土的和易性，也是衡量混凝土質(zhì)量的重要標準之一。高性能混凝土具有較小的坍落度，因此在展開道路與橋梁施工時不容易存在離析問題。

（4）耐久性高。由于我國汽車保有量近年來不斷上升，車流量不斷增多，這對道路橋梁的抗壓荷載能力提出了新要求，而道路橋梁的基礎(chǔ)材料是混凝土，只有保證混凝土的高耐久性和抗壓性，才能保證道路橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

2.1 在道路施工過程中高性能混凝土的應(yīng)用

2.1.1 路面作業(yè)

在整個道路造價費用支出中，路面作業(yè)過程中所發(fā)生的費用占比高達30%左右，所以在保證道路施工質(zhì)量的大前提下，如何最大程度地壓縮施工成本是值得所有施工單位考慮的問題。道路路面施工完畢后，會一直處于受力受壓狀態(tài)，所以一定要保證路面具有良好的抗滑性、平整性、穩(wěn)定性、剛度以及強度[4]。而高性能混凝土就符合以上要求，具有良好的耐久性、較強的體積穩(wěn)定性、施工可塑性和化學(xué)強度，能夠長時間在高壓、侵蝕的環(huán)境中保持穩(wěn)定的屬性。具體到基層，高性能混凝土可以保證來往車輛所產(chǎn)生的垂直荷載在面層上得到擴散，將壓力傳遞至土基和墊層中;在面層上，[JP4]則可以提高惡劣環(huán)境下的承受力和行車荷載力;在墊層上，則能有效改善土基的溫度和濕度，保證基層、面層的穩(wěn)定性、剛度和強度，從而避免道路路面因翻漿或凍脹而影響道路使用壽命。

2.1.2 路基作業(yè)

根據(jù)有關(guān)調(diào)查研究，道路等常見建筑之所以耐久性不足，除環(huán)境因素影響外，部分原因是混凝土缺乏足夠的強度。一般情況下，路基會受到三方面的力：（1）靜荷載力;（2）基本結(jié)構(gòu)的重量;（3）動荷載力，也就是車輛行駛過程中從路面?zhèn)鞑ザa(chǎn)生的力?？紤]路面和路基等連接結(jié)構(gòu)的情況，由于這些結(jié)構(gòu)較為松散，所以存在抗動荷載力相對較弱的問題。由于路基施工所需的材料常常受到地質(zhì)作用和地殼震動等自然因素影響，所以路基會出現(xiàn)被破壞和被侵襲等問題，從而造成路基的抵抗力差，而將高性能混凝土應(yīng)用到路基中就能有效解決以上的問題。高性能混凝土既可以提高道路的建造質(zhì)量，保證路基不因施工材料穩(wěn)定性問題而造成下沉，同時又不會因水泥用量少，而造成路基缺乏耐久性等問題。但是要注意的是，道路在進行路基作業(yè)時，一定要根據(jù)道路的實際情況來進行施工，對混凝土進行合理配比，以最大程度發(fā)揮其優(yōu)點[5]。

在進行高性能混凝土配比制作時必須要注意以下幾方面的要求：

（1）水泥細骨料的選擇，用質(zhì)地均勻、級別好的天然中粗河砂。而且，還要控制好粗骨料的直徑，保證其最大直徑<31.5 mm。同時，不能大于鋼筋保證層厚度的2/3，鋼筋最小間距則不超過3/4，混凝土顆粒徑≤25 mm，粗骨料選擇質(zhì)地均勻的鵝卵石或者碎石，不可以用砂巖作為原料，砂石的吸水性≤2%。

（2）選擇好攪拌混凝土的水。所選擇的水應(yīng)是天然、無污染的。

（3）配置>350 m2的高性能混凝土?xí)r，要選擇≤32.5的硅酸鹽水泥，水泥的相關(guān)性能要滿足建筑工程有關(guān)標準，而且保證游離氧化鈣含量≤1.5%，水泥的含堿量>0.6%。

2.2 橋梁施工過程中高性能混凝土的應(yīng)用

根據(jù)橋梁施工中混凝土系數(shù)的要求情況（見表1），由于高性能混凝土具有諸多優(yōu)點，長、大跨橋梁以及離岸結(jié)構(gòu)施工中都經(jīng)常使用到高性能混凝土和以它為基礎(chǔ)的拌和物，因此現(xiàn)階段的橋梁施工中廣泛使用到高性能混凝土，具體到橋梁的墩部、墩基以及主梁等位置。橋梁施工中之所以經(jīng)常使用到高性能混凝土，這是由于高性能混凝土具有較強的體積穩(wěn)定性、后期韌性高、早期強度高、力學(xué)穩(wěn)定性能長期保持、搗實后不容易離析、澆筑工序簡單等優(yōu)點。而且橋梁所面對的外部環(huán)境相比更惡劣，使用高性能混凝土能有效保證橋梁的耐久性和使用壽命，使用高性能混凝土還可以通過測試了解混凝土的疲勞情況[6]。高性能混凝土除能夠提高橋梁的質(zhì)量和使用壽命外，還能獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。由于高性能混凝土后期的養(yǎng)護相對較低，所以從經(jīng)濟性的角度來看，使用高性能混凝土能夠滿足橋梁建設(shè)的環(huán)保、經(jīng)濟要求。例如2005年建造完畢的上海東海大橋，當時的設(shè)計年限是100年，為達到使用年限的要求，建設(shè)單位使用了高性能混凝土，通過對混凝土的配比進行優(yōu)化，將礦渣、粉煤灰等物質(zhì)放置到混凝土中，形成特殊的摻和料，從而有效地提高了混凝土的滲透性、耐久性以及抗壓性，單是建筑材料的費用就降低了2 000萬元，極大地壓縮了橋梁的建造成本，并滿足綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效的要求。

3.1 制備工藝情況

相比普通混凝土制備流程，高性能混凝土與其大體相同，不同之處在于摻和料以及配比方面[7]。制備高性能混凝土?xí)r，首先要選擇具有良好攪拌性的攪拌設(shè)備，臥軸式或者逆流式攪拌機可以用來制作一般的高性能混凝土，以上兩種型號的攪拌設(shè)備可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)均勻攪拌混凝土。同時，在高性能混凝土的制作過程中，要計算好原料的用量情況，根據(jù)不同原料的使用情況來開展準確的計算。雖然部分先進的攪拌設(shè)備具有相應(yīng)的計算功能，如含量測定功能和用量控制設(shè)備，不過對于高性能混凝土，在攪拌時制備工作人員還需要重視其攪拌過程，根據(jù)攪拌情況來做相應(yīng)的工藝調(diào)整。對于添加劑和摻和物的使用，要嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)有關(guān)規(guī)定標準。在攪拌時間的處理上，要控制好高性能混凝土的攪拌時間，不能過長也不能過短，以免因攪拌時間不合理影響高性能混凝土的質(zhì)量。而對于水和水泥之間的配比問題，要控制好它們之間的配比范圍標準，使用高強度的水泥，保證其與水配合時能最大程度地發(fā)揮高強度水泥的性能，從而提高高性能混凝土的質(zhì)量。

3.2 高性能混凝土的施工前期準備

在進行高性能混凝土作業(yè)過程中，第一步要對道路橋梁進行施工測量，也就是對道路橋梁的施工環(huán)境展開勘察測量，然后再檢查相關(guān)的施工工藝以及施工設(shè)備的準備情況，根據(jù)不同的工程要求情況，制定施工方案，控制好施工的有關(guān)細節(jié)。如在道路橋梁施工前，要準備好振平搗鼓機、碾壓機以及安裝澆筑模板等，整個施工過程分為多個流程，其中包含拆模、保養(yǎng)、振搗、澆筑、安裝模板、碾壓、推平以及測量放樣等[8]。

3.3 高性能混凝土的澆筑

道路橋梁高性能混凝土澆筑的規(guī)范化程度直接影響到高性能混凝土的質(zhì)量，所以一定要控制好高性能混凝土的澆筑過程。在開展?jié)仓埃ㄔO(shè)單位的人員必須要檢測混凝土的剛度、強度以及模板規(guī)格，保證混凝土符合施工標準。同時結(jié)合預(yù)埋件和鋼筋數(shù)量來選擇相應(yīng)的混凝土澆筑的厚度。在開展混凝土澆筑前，一定要對模板表面的砂漿、污漬進行清理，保證模板表面的平整、干凈，防止因模板表面清潔度問題而影響到混凝土澆筑質(zhì)量。在開展混凝土澆筑時，必須進行振搗，以此提高混凝土澆筑質(zhì)量，在混凝土中放置振搗棒，以此提高混凝土的密實度。振搗時要控制好混凝土澆筑的順序，避免發(fā)現(xiàn)漏振、錯振等問題。振搗棒在開展振搗時，按照“慢插快拔”的方式，控制好其與模板的距離，防止振傷模板，引發(fā)砂漿滲透問題。

3.4 高性能混凝土的養(yǎng)護

在完成高性能混凝土澆筑后，還要重視對高性能混凝土的養(yǎng)護處理。一旦高性能混凝土結(jié)構(gòu)得不到及時的養(yǎng)護，可能會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，從而對混凝土質(zhì)量造成不良影響?；炷翝仓瓿傻?2 h后，要對混凝土開展灑水工作，以此保護混凝土。由于高性能混凝土的灰、水比例較小，因此在完成澆筑以后，必須要及早對混凝土開展保濕和保溫處理，防止水泥因水化熱問題導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)內(nèi)外溫差大的情況，從而引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性收縮，造成混凝土溫度變形。為防止混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題，應(yīng)該添加一層養(yǎng)護劑到混凝土結(jié)構(gòu)表面或者一層茅草覆蓋到混凝土結(jié)構(gòu)表面。一般來說，混凝土養(yǎng)護周期為7～14 d。若是夏季，還要注意混凝土灑水的頻率，根據(jù)溫度情況來提高灑水次數(shù)。

4 高性能混凝土技術(shù)要點探討

要提高道路橋梁的建造質(zhì)量，必須要控制好高性能混凝土的配料比，這是施工過程中非常重要的一環(huán)，也是高性能混凝土具備高耐久性和強度的原因。所以在開展配料時，一定要健全相關(guān)的監(jiān)督工作，確保配料的科學(xué)合理。同時，在道路橋梁的施工過程中，現(xiàn)場工作人員必須要具備較高的施工技術(shù)，因此，建設(shè)單位應(yīng)做好有關(guān)人員的培訓(xùn)工作，不定期地對現(xiàn)場人員進行培訓(xùn)考核。

5 結(jié)語

高性能混凝土作為一種新型高技術(shù)混凝土，因其具有體積穩(wěn)定性、較高的耐久性以及高強度等優(yōu)點，符合道路橋梁對建造材料高性能的要求，廣泛應(yīng)用在道路橋梁施工中，極大地提高了工程的施工質(zhì)量和效率。所以，道路橋梁工程的研究人員應(yīng)不斷加強對高性能混凝土的研究和分析，通過科學(xué)、合理的施工工藝來保證道路橋梁工程的建造質(zhì)量，以此提高我國道路橋梁工程的經(jīng)濟效益和社會效益，保證我國區(qū)域經(jīng)濟的穩(wěn)定、均衡發(fā)展。

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