高強混凝土在城市道路與交通工程中的實踐應(yīng)用探究

0 引言

隨著我國進一步推動現(xiàn)代化建設(shè)進程以及城市化建設(shè)進程，當(dāng)前諸多鐵路高速公路以及公路橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施都在新建過程當(dāng)中或是準(zhǔn)備新建的階段。而在一系列的建筑工程當(dāng)中，混凝土是其中最為重要也是必不可少的一項基本材料。面對著當(dāng)前要求的不斷提升，混凝土也需要進一步增強性能及強度。伴隨著科技及社會的不斷發(fā)展，在混凝土的生產(chǎn)以及質(zhì)量控制方面也發(fā)生了十分大的改變，尤其是混凝土的性能方面；為了進一步更好地適應(yīng)當(dāng)前的現(xiàn)實需求，混凝土的性能實現(xiàn)了一個全新的高度并且應(yīng)運而生了高強混凝土。高強混凝土的出現(xiàn)及廣泛使用在當(dāng)今工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域當(dāng)中，十分重要也是十分具有標(biāo)志性的，憑借著其諸多的優(yōu)點開始在諸多的工程建設(shè)當(dāng)中被廣泛地應(yīng)用。

1 高強混凝土的簡介

高強混凝土顧名思義就是強度較高的混凝土，其與普通混凝土的強度相比約高4倍到6倍左右，可以使得構(gòu)件截面明顯縮小，因此更適宜在大跨度橋梁及高層建筑當(dāng)中使用。當(dāng)前我國現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)程當(dāng)中明確指出，高強混凝土是使用一系列外加劑與礦物互相摻合，并且通過常規(guī)的工藝來進行配制的混凝土，而其級別必須要達到C60~C80。高強混凝土是當(dāng)今建筑行業(yè)當(dāng)中一種全新型的材料，其優(yōu)點主要為較低的孔隙率，較大的密度，較強的抗變形能力及較高的抗壓強度，在很多的大跨度橋梁以及高層建筑當(dāng)中廣泛使用。全世界內(nèi)不同的國家對高強混凝土的極限強度值進行了不同的規(guī)定，具體見表1。

表1 不同國家規(guī)范當(dāng)中的高強混凝土的極限強度值

2 高強混凝土在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的特點

①與普通的混凝土相比，高強混凝土雖然在強度方面明顯提升，但是高強混凝土?xí)资芡饨缦嚓P(guān)影響因素的干擾。因此，在進行現(xiàn)場實踐應(yīng)用過程當(dāng)中，高強混凝土的建筑強度可能會比標(biāo)養(yǎng)條件下的試塊強度明顯更低，在進行有關(guān)城市道路與交通工程的設(shè)計過程當(dāng)中，一定要充分地考慮相關(guān)干擾因素。

②與普通的混凝土相比，高強混凝土在耐火性方面也存在著明顯的區(qū)別。環(huán)境溫度較高的條件之下，普通混凝土與高強混凝土在損失強度值的水平方面是能夠基本維持一致的。在溫度為95℃到300℃的環(huán)境之下，高強度混凝土損失強度的比率，約為25%~35%左右，而此時普通混凝土的強度損失比率會明顯略低，由此可知高強混凝土雖然強度方面表現(xiàn)優(yōu)異，但是其耐火性并不十分理想。

③在水化熱的階段當(dāng)中，高強混凝土十分容易出現(xiàn)裂縫，因此在針對城市道路與交通施工的方案設(shè)計以及施工過程當(dāng)中，都需要對設(shè)計方案以及施工方案進行優(yōu)化及探討，科學(xué)合理地計算收縮開裂，確保施工方法以及構(gòu)造措施都能夠滿足實際的道路需求。

④高強混凝土的彈性模量以及抗拉強度會受到配合比及原材料的影響。高強混凝土的等級相同時，其砂率、外加劑、水膠比、礦物摻合料、水泥、骨料比率之間是可以完全不同的，同時其彈性模量也會存在較大的差異。因此，在對高強混凝土的彈性模量或抗拉強度進行設(shè)計時，一定要對其范圍水平進行科學(xué)合理的設(shè)定。較為理想的方法就是通過試驗來測量得到結(jié)果。

⑤大部分高強混凝土都是在受壓構(gòu)件當(dāng)中使用，十分容易受壓而發(fā)生斷裂，因此在對鋼筋搭錨固以及構(gòu)件局壓等進行設(shè)計時，一定要強化對箍筋的設(shè)計。不僅如此，高強混凝土相對來說脆性比較大，在變形性能方面相對較小，在搭接鋼筋時會可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象；在鋼筋彎曲的邊角點位置，同樣的也可能會因為局部壓力過大而出現(xiàn)高強混凝土開裂的現(xiàn)象。

⑥在等值橫向力的約束當(dāng)中，相比普通混凝土，高強混凝土的縱向力承載性能要明顯較弱，所以在進行城市道路與交通工程的設(shè)計過程當(dāng)中，一定要設(shè)計具有復(fù)合螺旋箍筋的局部壓力承載力或柱子，要對橫向力的約束作用進行修改。

⑦高強混凝土的強度升高時，其抗拉能力、抗剪能力及粘結(jié)力也會隨之不斷升高，但是高強混凝土的抗壓能力與抗拉能力、抗剪能力、粘接力之間的比值會不斷縮小，所以在進行城市道路與交通工程的規(guī)劃設(shè)計過程當(dāng)中，一定要對構(gòu)件的抗剪、抗沖切及抗扭等系列問題進行重點解決。

⑧超強混凝土的脆性較高，假如構(gòu)件受力較大時，需要采用一定的措施來使得其延性進一步加強。

3 在城市道路及交通工程中高強混凝土的實踐應(yīng)用要點

3.1 混合料的配比及攪拌

混合料配比是道路工程施工的一項重要基礎(chǔ)，因此其會對施工質(zhì)量以及施工的工期產(chǎn)生十分重要的影響。在進行混合料配比的過程當(dāng)中，一定要根據(jù)道路工程的施工情況來進行動態(tài)性的隨機調(diào)整，并且還需要確保在投入混合料的過程當(dāng)中，把控相應(yīng)的溫度及配比。有關(guān)工作人員一定要在進行配比之前認真核查每一種材料的用量以及種類，同時還需要再三明確混合料配比時的相關(guān)要求，從而對高強混凝土當(dāng)中的材料配比情況進行明確及核查，確保其不會對工程施工產(chǎn)生影響。

在施工過程當(dāng)中，混凝土攪拌是其中的一項重要環(huán)節(jié)，高強混凝土的攪拌質(zhì)量可對城市道路與交通工程的建設(shè)質(zhì)量及建設(shè)工期產(chǎn)生直接的影響。因此有關(guān)工作人員在進行攪拌施工之前，一定要對相關(guān)材料的配比及用量進行嚴格的核查，并且對攪拌用料的使用量進行準(zhǔn)確的核算，確保能夠獲得最高性能的高強混凝土。在高強混凝土當(dāng)中存在著一系列的配料，比如說石灰、水泥、沙以及外加劑等，每一個不同的配料，其在攪拌過程當(dāng)中都有一定的配比，如果說比例發(fā)生錯誤時，即會對高強混凝土的堅固性及韌性產(chǎn)生直接性的影響，從而導(dǎo)致其無法達到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2 澆筑及振搗

澆筑混凝土是施工過程當(dāng)中的一個重要步驟，在進行施工的過程當(dāng)中，一定要對高強混凝土進行充分的振搗，從而確保能夠均勻地澆筑高強混凝土。在進行高強混凝土的振搗過程當(dāng)中，一定要使用頻率較高的振動器，振搗一定要密實，盡可能地避免過度振搗，但是也不得漏振搗，以高強混凝土表面呈泛漿平坦?fàn)顬檫m宜。每一個位置的振搗時間維持在30秒左右，不宜過長，假如高強混凝土的粘度較高時，可將振搗的點適當(dāng)加密。在進行澆筑施工之前，一定要確?；炷帘怀浞值卣駬v，避免未被振搗的高強混凝土被澆筑施工。不僅如此，還需要對施工完成之后的止水帶周圍的高強混凝土進行密實的振搗，確保在振搗過程當(dāng)中止水帶不會發(fā)生位置偏移，而在對其他物件進行調(diào)運或者是拆模的過程當(dāng)中，嚴禁損壞止水帶。

3.3 施工過程中的注意事項

在泵送高強混凝土?xí)r，一定要選用優(yōu)異性能的設(shè)備最大泵送，高強混凝土的壓力，必須要小于最高泵壓的80%。為了預(yù)防高強混凝土因為外界因素的影響而發(fā)生裂縫，從原材料方面就要進行溫度保護及溫度控制，不僅如此，在施工現(xiàn)場還需要使用木模板來進行保溫，確保高強混凝土的表層溫度與中心內(nèi)部溫度之間的溫度差小于25℃；確保高強混凝土周邊氣溫與表層溫度的溫差小于25℃。

在進行施工之前，一定要對施工當(dāng)天的天氣情況進行了解并掌握，盡可能地避免在不良天氣下施工，比如說雨天及雪天都是不適合施工的，不僅如此，還需要在現(xiàn)場準(zhǔn)備相應(yīng)的覆蓋物，比如說塑料薄膜等，確保在緊急出現(xiàn)惡劣天氣時，可以對高強混凝土進行有效的保護，避免其受到雨水的沖刷而影響質(zhì)量。

4 實例分析

4.1 實例概述

本次研究所列舉的九龍河交通工程隸屬于貊皮嶺分洪道工程，位于九龍河水道與公路的交叉位置。本次工程的設(shè)計主體單位是上?？睖y設(shè)計研究院。九龍河交通橋工程的每跨長為20m，交通橋一共分成三個不同的跨段，橋面的寬度為8m，橋面高為25.6m，右側(cè)橋臺與左側(cè)橋臺均為70m。整個橋身的跨梁為空心板跨梁，使用預(yù)應(yīng)力后張法，擴大基礎(chǔ)，肋板式結(jié)構(gòu)作為橋臺，承臺底標(biāo)高為13m，矩形承臺，矩形立柱橋墩?？招陌蹇缌汗?8根，每一單根梁長度為20m，重量為32噸，斷面面積為1.24m×1.0m，每根梁的右側(cè)和左側(cè)平行分別埋設(shè)鋼絞線拔管2根，拔管直徑為15cm，鋼絞線的直徑為0.7cm。

本次工程當(dāng)中所使用的混凝土標(biāo)號有四種：C15、C20、C25、C40。設(shè)計空心板跨梁砼為C40等級，與施工的具體需求相結(jié)合，這一個混凝土能夠緩凝超過6小時，且能表現(xiàn)出高流態(tài)、高強度等特點。但是，如果按照常規(guī)的方法來配比高強混凝土，無法確保高強混凝土能夠滿足高流態(tài)、高強度等一系列的需求。因此在設(shè)計混凝土的配合比時，與當(dāng)?shù)氐木唧w可使用材料進行有機結(jié)合，通過外摻加來對混凝土進行優(yōu)化，使得混凝土的實際需求得到有效解決，結(jié)果較為理想。

4.2 混凝土試驗原材料及結(jié)果

4.2.1 水泥

本次工程當(dāng)中所使用的水泥來自于江西水泥廠所生產(chǎn)，其物理性能具體可參考表2。

表2 水泥物理性能

4.2.2 細骨料

本次工程當(dāng)中所使用的細骨料生產(chǎn)地為信江大西鄉(xiāng)碼頭，經(jīng)多次試驗結(jié)果證實，自然級配理想，細骨料的細度模數(shù)為2.64，具體物理性能見表3。

表3 細骨料物理性能

4.2.3 碎石粗骨料

在開始施工之前，調(diào)查了供應(yīng)粗骨料的情況，并進行了檢測，物理性能見表4。

表4 粗骨料物理性能

進一步分析表4當(dāng)中的粗骨料物理性能可知，人工碎石粗骨料存在著較大的比重，且強度較高，顆粒的配置也十分均勻，壓碎指標(biāo)則相對偏小，較為適合用于高強混凝土的配置當(dāng)中。

4.2.4 外摻劑

在對混凝土進行配置的過程當(dāng)中，需要摻加外加劑，其主要目的是為了使得混凝土的性能得到進一步的提升及改善，從而能夠與工程施工的具體需求相滿足。通常來說，如果高強度混凝土的配置和易性較好時，通常選用堿水劑來進行添加，確?；炷廉?dāng)中的水分可以進一步減少，和易性更加理想，同時還能夠使得混凝土的強度得到進一步的提升。如果對早強而又緩凝的混凝土進行配置時，可添加早強劑和緩凝劑，既能夠使得混凝土的早期強度得到進一步提升，同時還能夠明顯延長混凝土的凝結(jié)時間。而本次工程當(dāng)中依據(jù)實際的需求選擇的為早強減水劑。

在確定外摻劑的最優(yōu)使用量時，通常參考廠家所提出的推薦量，進行試驗后來確定。廠家所提供的推薦量為0.75%。而經(jīng)實驗結(jié)果可知，隨著外摻劑含量的不斷增大，混凝土的坍落度也會明顯隨之變大；當(dāng)外摻劑的摻量達到一定水平時，混凝土的坍落度沒有發(fā)生明顯的改變。

4.3 混凝土配合比

經(jīng)過一系列的試驗之后，最終確定了混凝土的水灰比為0.45，具體的混凝土配合比見表5。

表5 混凝土配合比

需要注意的是，因為各種不同的原材料其存在的非均質(zhì)性會導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生一定的波動，因此在實際的施工過程當(dāng)中，需要依據(jù)實際的情況來進行適當(dāng)調(diào)整，從而確?；炷聊軌驖M足工程的實際需求。

4.4 效果

工程在施工過程中配比混凝土?xí)r選擇了就近原則，因此，混凝土的運輸時間相對較短，未能發(fā)生較為明顯的坍落度損失?；炷恋呐浜媳冉?jīng)過了批準(zhǔn)之后正式投入使用，配比得到的混凝土存在著較為理想的和易性，能夠與施工的實際需求相符合?；炷寥肽ぶ鬁喨灰惑w，沒有發(fā)生泌水、離析及分層等不良現(xiàn)象。通過進一步的取樣檢測之后，確保配比得到的混凝土強度為50~53MPa，與設(shè)計的實際要求完全相符合。

在對設(shè)計進行不斷優(yōu)化及完善的過程當(dāng)中，采取了一系列的措施，經(jīng)過工程實際檢驗，確保高強混凝土為工程的施工帶來了很多不同方面的經(jīng)濟效益及技術(shù)效益：第一，確保滿足設(shè)計指標(biāo)的基礎(chǔ)上，此次研究所配比的混凝土可以節(jié)約近80kg/m的水泥，同時還能夠減水約20%。第二，配比得到的混凝土，明顯增加了終凝之后的前期強度，從而使得施工模板的周轉(zhuǎn)速度明顯加快，利于施工進度的進一步加快。第三，作業(yè)條件完全相同的基礎(chǔ)上，此次研究所配比的混凝土在后期強度方面明顯提升，使得施工的強度質(zhì)量得到了有效保障。第四，配比的混凝土明顯改善了其和易性，為施工操作也提供了更多的便利。第五，配比得到的混凝土存在著十分良好的緩凝作用，凝聚性及保水性，可以充分保障整個施工的工程質(zhì)量。

綜上所述，高強混凝土在城市道路以及交通施工當(dāng)中的重要作用，開始越發(fā)的凸顯，而伴隨著社會的不斷發(fā)展及技術(shù)的不斷進步，有關(guān)施工人員一定要與時俱進進一步的強化自身素養(yǎng)及自身能力，并且學(xué)習(xí)各種先進理念及先進知識，確保能夠使得城市道路與交通施工的質(zhì)量得到進一步提升，確保能夠更高效、更高質(zhì)地使用高強混凝土，使得高強混凝土能夠在道路工程及城市道路的施工過程當(dāng)中發(fā)揮其應(yīng)有的作用及價值。