橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用淺談

王林輝

摘要：在各種橋梁建設(shè)過程中，高性能混凝土發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，對(duì)于橋梁的性能和質(zhì)量有重要的影響。但是高性能混凝土有著非常復(fù)雜的成分配合比，并且無法以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來保證其配合比性能，所以在實(shí)際應(yīng)用中有很高的復(fù)雜度。本文就是針對(duì)橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用展開探討，對(duì)其配合比原則、配置指標(biāo)、影響因素、配合比參數(shù)等展開綜合分析，希望能夠?qū)こ虒?shí)踐中的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)提供一定的參考和借鑒價(jià)值。

Abstract： In the construction of various bridges， high performance concrete has played a vital role， and it has an important impact on the performance and quality of the bridge. However， high performance concrete has a very complex composition ratio， and it cannot be guaranteed by a unified standard， so it has a high complexity in practical applications. This article is to discuss the design and application of the high performance concrete mix ratio of the bridge， and conduct a comprehensive analysis of the mix ratio principles， configuration indicators， influencing factors， mix ratio parameters， etc.， hoping to provide reference for the high performance concrete mix design in engineering practice.

關(guān)鍵詞：橋梁;高性能混凝土;配合比;設(shè)計(jì)

Key words： bridge;high performance concrete;mix ratio;design

中圖分類號(hào)：U444? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0111-02

0? 引言

在現(xiàn)代橋梁施工中，高性能混凝土（HPC）具有至關(guān)重要的作用，這是一種基于更科學(xué)、更先進(jìn)的混凝土配置技術(shù)所制成的混凝土材料，與普通混凝土相比，其性能有非常顯著的提升。對(duì)于高性能混凝土，耐久性是其最重要的性能，也是設(shè)計(jì)過程中最主要的參考指標(biāo);然后基于不同的用途，在耐久性水平的基礎(chǔ)上選擇下面的某些特性，諸如強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性穩(wěn)定性等等，以獲得符合目標(biāo)需求的高性能混凝土。高性能混凝土在配置過程中，都具有以下特征：水膠比低、原料優(yōu)質(zhì)、摻合料足夠、外加劑高效。設(shè)計(jì)科學(xué)合理的高性能混凝土配合比，對(duì)于橋梁建設(shè)具有至關(guān)重要的意義。

1? 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

在工程實(shí)踐中，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)是一件非常復(fù)雜的工作;需要具有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還需要結(jié)合多次試驗(yàn)才能夠掌握配合比方法。就高性能混凝土發(fā)展應(yīng)用至今，人們發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)必須要建立在如下原則上，才能夠得出更加優(yōu)化的配合比。如下為配合比設(shè)計(jì)的基本原則：

①水膠比原則。對(duì)于混凝土來說，可塑狀態(tài)下的水膠比的作用非常重要，不但能夠直接決定混凝土的最終強(qiáng)度，對(duì)于硬化后混凝土的耐久度同樣有很大的影響。水膠比越大，則混凝土的強(qiáng)度就會(huì)越小，二者是反比的關(guān)系[1]。在設(shè)計(jì)中，一旦水膠比確定，便不能再隨意對(duì)其發(fā)生改動(dòng)。

②密實(shí)體積原則。在混凝土的配置過程中，就是首先以石子作為骨架，然后在以砂子來填充石子之間的縫隙，再如澆漿體（一方面用來填充石砂間縫隙，另一方面用來將石砂包裹起來），從而確保調(diào)制完成的混凝土的流動(dòng)性滿足施工要求。處于可塑狀態(tài)的混凝土，其總體積是石、砂、水泥以及水所有的總體積。密實(shí)體積在混凝土配置的過程中是非常重要的基礎(chǔ)指標(biāo)。

③用水最少原則。在確定了水膠比、原材料的前提下，在用水量的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)本著滿足工作性能要求的基礎(chǔ)上的最少用水，這樣可以盡可能的得到具有穩(wěn)定體積，且成本方面頗具優(yōu)勢(shì)的混凝土。

④最小水泥用量原則。在確保混凝土性能的前提下，降低充當(dāng)膠凝材料的水泥用量，一方面能夠有效控制混凝土的溫升效果，另一方面能夠有效強(qiáng)化混凝土在使用過程中的抗腐蝕能力。

2? 高性能混凝土配置指標(biāo)與影響因素

2.1 耐久性? 前文中我們已經(jīng)指出過，在設(shè)計(jì)高性能混凝土配合比的過程中，耐久度是所有因素中必須要給與首先考慮的最重要的指標(biāo);事實(shí)上，這也是高性能混凝土與普通混凝土最大的差異。耐久度性能，不僅僅體現(xiàn)耐久度自身，更影響著混凝土的體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕、抗碳化等多種性能。就工程實(shí)踐中水泥投入使用的變化情況來看，造成混凝土性能損失，進(jìn)而影響其壽命的主要原因就是其中的堿性物質(zhì)，與周圍環(huán)境，主要是空氣與水中的CO2作用所引發(fā)的[2]。因此，提升其抗?jié)B性，對(duì)于保證混凝土耐久性有非常重要的意義，因?yàn)檫@樣可以最大程度的阻止混凝土內(nèi)部發(fā)生鋼筋銹蝕。

2.2 強(qiáng)度? 在橋梁施工中，強(qiáng)度等級(jí)是非常重要的工程指標(biāo)，所以對(duì)于混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)也有很高的要求。一般來說，影響高性能混凝土強(qiáng)度的因數(shù)，主要有以下兩個(gè)：一個(gè)是礦物摻合料摻量，另一個(gè)是混凝土水膠比。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)來看，C50強(qiáng)度的橋梁，使用的高性能混凝土水膠比通常在0.33-0.37這一范圍[3];如果用于高于C50強(qiáng)度的橋梁，則水膠比應(yīng)當(dāng)比這一范圍更低，會(huì)在0.33以下，具體的數(shù)據(jù)需要通過試驗(yàn)來計(jì)算確定。

2.3 工作性? 高性能混凝土的工作性能，對(duì)于施工過程中的施工質(zhì)量有重要影響;所以說如果其工作性不佳，那么對(duì)于施工完成以后的硬化混凝土的質(zhì)量影響遠(yuǎn)超強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)于高性能混凝土的工作性能，主要考慮的是在拌和完成以后的拌合料，是否具有離析、泌水現(xiàn)象，是否具有優(yōu)良的可泵性和穩(wěn)定性，混凝土的坍落度是否合格，流動(dòng)性是否滿足施工要求等等。對(duì)于高性能混凝土工作性能的影響，無論是其中的外加劑類型與用量、水泥砂漿占比等等都同樣如此。

3? 高性能混凝土配置技術(shù)途徑與配合比參數(shù)

3.1 配置技術(shù)途徑? 首先，合理使用礦物摻合料。在高性能混凝土中，加入適量的有SiO2活性成分的礦物摻合料，能夠讓混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)有非常顯著的優(yōu)化，減少混凝土內(nèi)部由于受到溫差影響而出現(xiàn)裂縫的可能性，從而有效提升抗?jié)B性。因?yàn)樵谶@些礦物摻合料中，諸如優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅粉等等，均有SiO2;這樣當(dāng)混凝土中的水泥、有SiO2進(jìn)入以后，就會(huì)出現(xiàn)下面的反應(yīng)。

XCa（OH）2+SiQ2+MH2O=XCaOSiO2·mH2O

其次，合理使用高效減水劑。前面我們已經(jīng)談到了，要提升混凝土的強(qiáng)度，就必須要降低水膠比;所以可以通過加入適量高效減水劑的方法來實(shí)現(xiàn)。高效減水劑加入混凝土以后，其表面活性基因能夠使得混凝土凝膠顆粒產(chǎn)生負(fù)電荷，這樣電荷之間在同性相斥的作用下會(huì)產(chǎn)生分散效應(yīng)，這對(duì)于高性能混凝土來說表現(xiàn)出來的就是優(yōu)質(zhì)的流動(dòng)性[4]。

3.2 配比設(shè)計(jì)步驟? ①預(yù)估所需水量。根據(jù)要調(diào)制的高性能混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，粗集料公稱最大粒徑、混凝土坍落度等資料，對(duì)拌和所需水量作出科學(xué)預(yù)估。②計(jì)算漿體體積。前面我們已經(jīng)介紹過，漿體體積就是拌和料中水、水泥、粉煤灰等凝膠材料的總體積;漿液的主要目的就是用來填充各種集料之間的縫隙，所以體積計(jì)算通常依據(jù)集料的孔隙率實(shí)施計(jì)算，通常孔隙率都在0.35-0.42之間。計(jì)算中通常使用較小體積，這樣可以有效降低漿集比。得到漿體體積以后，減去水的體積，就是水泥、粉煤灰等凝膠材料的總體積。③集料用量計(jì)算。首先依據(jù)集料的體積、表現(xiàn)密度、砂率三項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得出砂與碎石質(zhì)量;然后再以強(qiáng)度等級(jí)、用水量、外加劑等材料用量，針對(duì)集料中的粗細(xì)集料配比實(shí)施相應(yīng)的調(diào)整。④計(jì)算混凝土具體材料用量。根據(jù)集料的密度、凝膠材料密度以及各種材料的體積，通過計(jì)算得出各種材料的需求質(zhì)量。⑤試配與調(diào)整。針對(duì)上面計(jì)算所得出的各種數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)配置并作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。⑥現(xiàn)場與試驗(yàn)室論證。由于不同供應(yīng)商、不同地域的材料，彼此之間存在差異，所以必須經(jīng)過最后的論證才能確定最佳比。

3.3 配合比參數(shù)? 首先，確定水膠比。地水膠比，是高性能混凝土的重要特征;一般情況下，水膠比越低，則高性能混凝土的強(qiáng)度越高，二者之間有著非常明顯的反比關(guān)系。所以水膠比的確定非常重要。如表1所示為水膠比推薦配置。

其次，確定漿集比。這里所說的漿集比是，水泥漿與集料的體積比。有研究表明，漿集比處于35：65時(shí)的高性能混凝土的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、工作性都能夠得到很好的滿足[5]。當(dāng)然，在實(shí)際使用的過程中，還需要要基于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)做出調(diào)整，強(qiáng)度要求越低，則膠凝材料用料也相應(yīng)的減少。

再次，確定砂率。一般來說，混凝土的砂率越大，則其站粘性越強(qiáng)，但同時(shí)其彈性模量會(huì)變低。所以在實(shí)際確定砂率的過程中，必須要基于集料級(jí)配等級(jí)、泵送要求、膠凝材料等實(shí)施全面的分析，進(jìn)而得出最佳的砂率。如表2為高性能混凝土砂率參考表。

最后，確定減水劑用量。減水劑的實(shí)際用量，通常需要在實(shí)際工程中基于坍落度要求來確定。一般情況下，其用量控制在1-2%之間最為合理。

4? 在橋梁中的應(yīng)用

在十巫高速2標(biāo)工程項(xiàng)目，將HPC應(yīng)用在預(yù)制后張T型梁中;總量為3461片，現(xiàn)已完成1500片，單片體積約為53m3。在實(shí)際施工中，澆注作業(yè)非常順利，澆注時(shí)間在3h到3.5h之間。澆筑完成拆模，整體狀況良好，平整度、均勻度均符合要求，且無裂縫、泌水、蜂窩麻面等等;但是在馬蹄部位有少量氣泡，下翼緣有輕微的水紋。

事實(shí)上，在實(shí)際工程施工中，盡管各種原料的質(zhì)量檢測均符合相關(guān)要求，但是不同原料之間還是會(huì)存在一些差異，所以對(duì)混凝土性能有一定影響。其中最重要的是水泥的 C3A 含量、比表面積以及石膏質(zhì)量，微小的變化也可能造成砼性能影響。因此需要在實(shí)際施工中展開相應(yīng)調(diào)整。

5? 小結(jié)

綜上所述，高性能混凝土在橋梁施工中已經(jīng)有較長的應(yīng)用歷史，其應(yīng)用效果已經(jīng)充分得到了體現(xiàn)，對(duì)于橋梁的質(zhì)量有重要的意義。但是，其配合比迄今為止還缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用時(shí)，依然需要高度重視其配合比的設(shè)計(jì)，從而更有效的保障高性能混凝土的性能，從而更好的滿足施工需求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]邵萌生，李春暉.橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用淺談[J].四川水泥，2018（04）：48.