高性能混凝土技術(shù)在公路橋梁工程施工中的應(yīng)用研究

唐 凌

(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

高性能混凝土在滿足結(jié)構(gòu)要求的各項(xiàng)力學(xué)性能基礎(chǔ)上，其耐用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土，因此深受施工單位的青睞。在公路橋梁工程中，高性能混凝土可以充分發(fā)揮其高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)使用壽命，是當(dāng)前公路橋梁建設(shè)的首選。道路橋梁是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要紐帶，在近幾年來隨著道路橋梁建設(shè)項(xiàng)目的日益增多，交通運(yùn)輸行業(yè)也得到了快速發(fā)展。對(duì)于道路橋梁施工建設(shè)單位來講，高性能混凝土對(duì)施工來說是一種安全且能保障施工質(zhì)量的有效材料，因此，在道路橋梁施工中應(yīng)用高性能混凝土技術(shù)，將極大地提高公路橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性，保證施工質(zhì)量。

1 高性能混凝土的特點(diǎn)

1.1 物理性能優(yōu)良

高性能混凝土的力學(xué)性能良好，它的最大特點(diǎn)就是抗壓強(qiáng)度很高，可以承受很大的壓力而不會(huì)開裂，同時(shí)其抗拉強(qiáng)度相比普通混凝土也有較大的提升。此外，通過摻入引氣劑和混凝土專用纖維，高性能混凝土?xí)憩F(xiàn)出極強(qiáng)的韌性，可以有效地承受地震荷載、疲勞荷載和短時(shí)沖擊荷載。

國內(nèi)外相關(guān)研究也表明，通過適量摻入粉煤灰等礦物質(zhì)粉能夠使同齡期標(biāo)養(yǎng)或蒸養(yǎng)的高性能混凝土表現(xiàn)出較低的徐變度，從而保證高性能混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量等物理力學(xué)性能的長期穩(wěn)定性。由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，使用高性能混凝土可以大幅降低公路橋梁結(jié)構(gòu)的維護(hù)工作量，節(jié)省大量的人力物力。

1.2 結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)

高性能混凝土的耐用性極強(qiáng)，即便是在惡劣的氣候條件下，也能保持良好的穩(wěn)定性。由于表面經(jīng)受長期的風(fēng)吹日曬，再加上大氣二氧化碳的影響，普通混凝土?xí)l(fā)生碳化及剝離現(xiàn)象，從而危及到公路橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而高性能混凝土由于其密實(shí)的界面結(jié)構(gòu)和較低的總孔隙率，具有良好的抗?jié)B性能，可以有效地減少這種損傷，保證其在使用中的長期穩(wěn)定性。

另外，現(xiàn)在的高性能混凝土?xí)饺胍欢ㄅ浔鹊某?xì)礦粉，這會(huì)進(jìn)一步減少水泥和骨料之間的孔隙，改善孔隙結(jié)構(gòu)，在高性能混凝土早期強(qiáng)化過程中顯著提高其抗裂性能。因此，高性能混凝土的抗凍融、抗硫酸鹽腐蝕及其它酸性和鹽類腐蝕的性能相比普通混凝土有較大的提升。有試驗(yàn)表明，經(jīng)過250次凍融處理后，高性能混凝土的力學(xué)性能幾乎沒有變化，表明該高性能混凝土可以抵御外界溫度的改變，并能維持其優(yōu)異的性能[1]。

同時(shí)，高性能混凝土通過較高的原材料選擇標(biāo)準(zhǔn)以及在拌合、振搗、澆筑過程中嚴(yán)格的工藝控制，使混凝土在硬化過程中更加均勻、致密，保證其體積穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，有效避免公路橋梁形變，確保公路橋梁的長期使用。

1.3 性價(jià)比高

同等強(qiáng)度的高性能混凝土與普通混凝土相比，通過高性能減水劑的摻入，用水量減少，在同等水膠比情況下，水泥用量更少，粉煤灰的摻入也使混凝土材料成本進(jìn)一步降低。在工程實(shí)際施工中，通過高強(qiáng)高性能混凝土的使用，能夠減少混凝土和配筋用量，減少工程直接材料成本。

2 道路橋梁施工中高性能混凝土應(yīng)用存在的弊端

2.1 高性能混凝土在道路建設(shè)中存在的弊端

在公路工程中，由于造價(jià)高昂、工程造價(jià)大、工期長，往往建設(shè)單位會(huì)被迫縮短工期、降低投資，導(dǎo)致道路建設(shè)施工中，高性能混凝土的強(qiáng)度和耐久度得不到保障。另一方面，高性能混凝土施工要求有很高的材料品質(zhì)和技術(shù)水平，但因受生產(chǎn)人員及有關(guān)技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平的局限，導(dǎo)致了高強(qiáng)混凝土的配比不夠好，從而降低了混凝土的抗壓能力和耐久性。

2.2 高性能混凝土在橋梁建設(shè)中存在的弊端

在高架橋的施工中，由于其承載力要求較高，因此對(duì)其支撐的穩(wěn)定性要求較高。由于暴雨和其他自然災(zāi)害造成的橋面侵蝕，會(huì)導(dǎo)致橋體承載力下降，易發(fā)生斷裂、損壞等問題，從而增大了行車安全隱患。高性能混凝土自身的防腐蝕、防潮、高溫等特性使得其耐久性能得到了極大的提高，然而隨著荷載的增大，其承受的壓力也越來越大，因此其磨損問題也越來越明顯，維修費(fèi)用很高，而在維修上，政府并沒有太多的關(guān)注，導(dǎo)致高性能混凝土的耐久性下降。

2.3 高性能混凝土得不到創(chuàng)新和推廣，發(fā)展緩慢

目前，我國的高性能砼由于施工技術(shù)落后，無法達(dá)到工程建設(shè)的要求，導(dǎo)致其工作效率和工程品質(zhì)下降，同時(shí)其性能指標(biāo)也在不斷地改變。相關(guān)技術(shù)單位的投入程度低、工作積極性不高、工作人員缺乏溝通等因素制約了高性能水泥的發(fā)展，致使高性能混凝土的應(yīng)用革新緩慢。另外，在某些邊遠(yuǎn)的地方，公路和橋梁仍在使用著普通水泥，沒有普及到優(yōu)質(zhì)水泥，導(dǎo)致了我國的城市發(fā)展不夠健全。在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展過程中，車輛的大量應(yīng)用給公路、橋梁帶來了更大的負(fù)荷，而高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代，導(dǎo)致路面、橋梁的損壞和斷裂現(xiàn)象十分普遍，給城市交通帶來了極大的不便。

3 公路橋梁工程中高性能混凝土的使用策略

3.1 公路工程高性能混凝土的使用對(duì)策

高性能混凝土的可塑性和耐用性都很強(qiáng)，而且它的體積也非常的穩(wěn)定，可以很好地處理雨水沖刷、冰凍等惡劣的氣候條件。因此，在公路建設(shè)中應(yīng)注意控制高性能混凝土攪拌材料的流動(dòng)。在保證高性能砼的良好品質(zhì)的前提下，保證其具有較低的分離和較高的流動(dòng)狀態(tài)。鑒于塌落程度是混凝土的關(guān)鍵因素，因此，在設(shè)計(jì)高性能砼時(shí)，應(yīng)充分重視塌落程度的因素，從而確保公路工程的安全運(yùn)行，確保公路的長期利用，同時(shí)也為國家的發(fā)展和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的基石。

3.2 高強(qiáng)砼在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用對(duì)策

高性能混凝土力學(xué)性能好，容易澆注，并且具有良好的體積穩(wěn)定性和低離析能力，因此，在橋梁建設(shè)中，高性能混凝土得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)闅夂?、土壤、環(huán)境、人為等因素對(duì)橋梁的性能造成了很大的影響，因此高性能混凝土的這些特點(diǎn)可以有效地保障橋梁的使用壽命。由于其自身的特點(diǎn)，在施工時(shí)應(yīng)注意澆注后的潤濕保溫，使它能最大限度地發(fā)揮高性能混凝土的特點(diǎn)，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)開裂，這也是橋梁建設(shè)的關(guān)鍵。

3.3 符合橋梁施工的各項(xiàng)要求

在橋梁施工中使用高性能混凝土，不僅可以增強(qiáng)橋梁的強(qiáng)度、耐用性和穩(wěn)定性，同時(shí)，在建筑中大量使用高質(zhì)量的水泥，既能充分利用它的優(yōu)點(diǎn)，又能保證橋梁的安全性，加速施工，保證工程的工期。在結(jié)構(gòu)體系中，自重是結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，高性能混凝土在降低結(jié)構(gòu)重量、減小截面高度、增加耐久性、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面具有重要意義[2]。

3.4 增強(qiáng)橋梁跨預(yù)應(yīng)力

隨著科技水平的提高，人們對(duì)橋梁的需求也隨之提高，我國的交通運(yùn)輸也有了很大的發(fā)展。高性能混凝土對(duì)橋梁進(jìn)行了加固，使其預(yù)應(yīng)力性能和強(qiáng)度得到了明顯的改善，從而保證了施工中的安全。

3.5 滿足橋梁施工的要求

在橋梁施工中，采用優(yōu)質(zhì)的水泥是十分必要的，從而使其在結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、耐久性、剛度等方面都能得到極大的改善，并能完成自動(dòng)化的抽水和工業(yè)用的預(yù)混合料的生產(chǎn)和建造。為了滿足現(xiàn)代建筑技術(shù)的需要，在橋梁建設(shè)中引入了高性能混凝土，以達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。此外，利用高性能混凝土還可以有效地改善其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，降低造價(jià)，減少資源的利用，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，提高橋面的壽命。

4 高性能混凝土的施工質(zhì)量控制

高性能混凝土配合不僅要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性、工作性能等指標(biāo)，還要考慮到原材料質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、施工控制、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等四個(gè)方面。

4.1 原材料控制

高性能水泥的組成成分一般如下：水泥、粗骨料、細(xì)骨料、摻合料、水、添加劑等。水泥可以選用普通或42.5級(jí)的硅酸鈣，也可以選擇粉煤灰和礦渣水泥，其標(biāo)號(hào)要統(tǒng)一，質(zhì)量要穩(wěn)定，不要一味追求高標(biāo)號(hào)。粗集料選用粒度合理、級(jí)配良好、潔凈的小塊，顆粒尺寸通常小于25mm，否則有可能會(huì)導(dǎo)致離析等問題。細(xì)骨料一般用結(jié)構(gòu)均勻、吸水性好、干凈自然的天然或人造中粗砂。高性能混凝土添加的摻合料主要有粉煤灰、礦渣、硅灰等。大量摻合料的加入能有效提高高性能混凝土的抗?jié)B性，同時(shí)也能降低混凝土原材料成本，控制工程造價(jià)。拌合用水對(duì)高性能混凝土也有較大影響，一般應(yīng)要求純凈無毒，使用之前進(jìn)行PH值、CL-及SO4等檢測，避免對(duì)混凝土和易性和耐久性產(chǎn)生影響。高性能混凝土混合料的質(zhì)量必須滿足《混凝土拌合物用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63-89)中有關(guān)規(guī)定。

4.2 配合比控制

水膠比的控制對(duì)提高高性能混凝土的抗?jié)B性、耐久性和抗壓強(qiáng)度具有十分關(guān)鍵的作用。當(dāng)水泥配比太大，會(huì)減弱混凝土的抗?jié)B性能，所以必須嚴(yán)格控制水泥配比，同時(shí)過量使用水泥會(huì)導(dǎo)致高溫、低的耐蝕性、初期的低強(qiáng)度，因此，在高性能混凝土中，應(yīng)該降低水泥用量。水泥用量降低，為了保證膠凝材料量，可以選擇粉煤灰、礦粉等摻合料替代。粉煤灰含有大量的玻璃微珠，可以分散水泥顆粒，一方面可以減少同稠度下的用水量，另一方面粉煤灰細(xì)度較小可以改善集料的顆粒級(jí)配，填充混凝土內(nèi)部空隙，保證混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度[3]。

4.3 施工控制

攪拌過程控制。相比普通混凝土，高性能混凝土攪拌時(shí)間較長，攪拌前需要有預(yù)攪工序，攪拌使用的原材料必須嚴(yán)格按照施工配合比要求進(jìn)行稱量，稱量偏差一般要符合如下規(guī)定：水泥和摻合料≤±1%，集料≤±2%，水≤±1%，外加劑≤±1%。

澆筑過程控制。澆筑前應(yīng)檢測坍落度、水膠比、溫度等高性能混凝土的工作性能。混凝土下料應(yīng)該控制自由下落的布料高度不大于2m，以免發(fā)生混凝土離析。在澆筑期間，監(jiān)理工程師應(yīng)主動(dòng)檢查模板，確保其尺寸、平整、清潔度符合要求，并定期復(fù)查鋼筋的各項(xiàng)指標(biāo)，確保其符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在施工中必須遵守施工規(guī)范，混凝土不得與模板、鋼筋發(fā)生碰撞。

振搗過程控制。在高性能混凝土施工中，振搗是一個(gè)質(zhì)量控制關(guān)鍵工序。因此需要根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況選擇振搗設(shè)備，不漏振和過振，確保混凝土中的粗集料重新被分散搗實(shí)，減少混凝土蜂窩麻面現(xiàn)象，有效提高澆筑質(zhì)量。

4.4 高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是混凝土成形過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其對(duì)水泥的力學(xué)性能有很大的影響。相較于普通混凝土，高性能混凝土具有較低的水灰比，這會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水分不足，在初期凝固后由于混凝土表面水分的損失，產(chǎn)生微小的收縮裂紋。同時(shí)高性能混凝土早期強(qiáng)度提升快，3d強(qiáng)度一般能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%，因此必須加強(qiáng)其早期養(yǎng)護(hù)，以確保其在適當(dāng)?shù)那闆r下能正常硬化，并使其強(qiáng)度快速增加。

高性能混凝土在實(shí)際施工中主要還是以濕養(yǎng)和涂養(yǎng)護(hù)劑為主，通過帶模養(yǎng)護(hù)和澆水養(yǎng)護(hù)輔助結(jié)合的養(yǎng)護(hù)方法保證其工藝質(zhì)量。初期養(yǎng)護(hù)應(yīng)從高性能混凝土澆筑完成后立即開始，在終凝完成后通過濕養(yǎng)護(hù)避免混凝土過早脫水，同時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)混凝土進(jìn)行溫度控制，防止混凝土內(nèi)外部溫差以及環(huán)境溫差過大，從而降低其強(qiáng)度和耐用性。

5 結(jié) 語

目前，高性能混凝土技術(shù)發(fā)展迅猛，已廣泛用于公路、橋梁等領(lǐng)域，對(duì)國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)開發(fā)有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。結(jié)合工程建設(shè)的需要，應(yīng)充分利用高性能混凝土自身特性，通過高強(qiáng)水泥研發(fā)，礦物摻合料配比優(yōu)化，復(fù)合高效外加劑摻入，優(yōu)質(zhì)集料選擇等多種技術(shù)措施使高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)不斷完善發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在公路橋梁工程中，混凝土的使用越來越普及，其綜合性能也越來越好，而高性能混凝土甚至超高性能混凝土的推廣使用，不僅能夠節(jié)約大量的建設(shè)成本，而且還能促進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)際工程施工中，我們需要對(duì)高性能混凝土在道路橋梁工程施工中的特點(diǎn)來進(jìn)行全面剖析，在最大限度挖掘高性能混凝土應(yīng)用在道路橋梁工程施工中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還要規(guī)避影響道路橋梁混凝土施工工程質(zhì)量的不良因素，進(jìn)一步提升其在道路橋梁工程施工中的耐久性和安全性，以促進(jìn)道路橋梁工程施工順利實(shí)施，保障工程質(zhì)量。