浅谈高性能混凝土在桥梁工程中的运用

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【摘要】通常情况下，高性能混凝土由于其具有高强度、高耐久性以及高体积稳定性等众多的优秀特性，而因此被认为是当今世上一种性能最全面的混凝土。目前已在许多重要工程中被广泛使用，尤其是公路、桥梁以及海港建筑等的工程中，呈现出了其特有的优越性。

【关键词】高性能混凝土；公路；桥梁；运用

中图分类号：X734文献标识码： A 文章编号：

1.前言

桥梁作为物流输送的主要动脉，其对于交通的正常运行能够起到不可缺少的支撑保障作用，可以称得上是世纪伟大的工程。为了能使桥梁混凝土结构的耐久性得到保证，在桥梁工程的具体施工过程中，相关施工人员应该要掌握以高性能混凝土技术作为核心的综合型耐久性技术方法。所谓高性能混凝土，是指一种比较容易浇筑和振捣的耐久性混凝土。本文主要从高性能混凝土的历史演变过程及其特性来分析，研究其在桥梁施工中的应用，以期对同行有所帮助。

2.高性能混凝土的概念及其历史的演变过程

高性能混凝土主要是指按照工程或者结构构件的实际要求，必须要满足强度、工作性以及耐久性三项基本要求，而且要按照工程或者结构构件的一些特殊需求，具有某一种特殊性能的现代新型高技术混凝土。在上个世纪的80年代，为了解清楚当时混凝土在不同的用途中仍然存在的缺点及薄弱点，美国曾经向许多的土建工程单位进行广泛的综合调查分析，工程的类别涉及到基础、板、柱、公路、隧道、桥梁以及海港等，调查中提出了迫切改进以及提高混凝土性能的排序为：体积的稳定性、抗渗性、流动性、抗拉强度、护筋性、线膨胀系数等，此外，还需降低工程的成本[1]。

上述各种混凝土性能经过总结归纳之后就是强度、工作性以及耐久性三大类，美国最初为创造建设高性能的混凝土奠定了基础，指出了混凝土未来发展的方向。而后日本开始“利用高强度的混凝土以及增强措施，开发出先进的混凝土新技术”的五年计划。法国也提出了关于“混凝土新法”的国家科学研究项目。在这三个国家之中，美国对于高性能混凝土的投入力度为最大。最近几年来，我国也在国家的自然基金会和建设部的大力支持下，由清华大学进行组织科研、设计以及施工等单位制定出了高性能混凝土的研究开发计划，并且取得了多项良好的应用成果，近期还被建设部列入推广应用的新技术行列。

3.高性能混凝土的特性

3.1采用矿物掺合料

高性能混凝土通常都会含有矿物掺和料硅粉、粉煤灰或者磨细矿渣，通过国内外一些大型桥梁的实践应用表明，用硅粉来提高强度与耐久性的效果最为明显。其中硅粉是一种高活性和无定性的二氧化硅微小颗粒，其颗粒直径是水泥颗粒直径的1%，能够在水泥颗粒之间进行填充，同时还能把水泥水化生成的Ca(OH)2转变成CSH凝胶（也就是通常所说的火山灰反应），以便能够大幅度地提高混凝土的强度以及降低混凝土的渗透性，硅粉是一种高性能混凝土的必要组成成分。在十分恶劣的环境中要求混凝土的结构具有比较长的寿命，或者混凝土的强度等级一定要超过C80。质量比较好的粉煤灰有物理减水的作用，而高细度的矿渣有增强的作用。这两种的掺和料均有火山灰反应的活性，可以在一定的程度上降低混凝土的渗透性；但是粉煤灰与矿渣也会降低混凝土的早期强度。同时加入硅粉与优质粉煤灰或者高强度的矿渣，如此便可配置出高强度且同时又耐久的混凝土。目前为止，该种水泥+硅粉+粉煤灰或者矿渣的三种组份胶相互结合的高性能混凝土在桥梁工程中的运用越来越广泛[2]。

3.2低水胶比

只有在水胶比低的情况下，混凝土的渗透性或者孔隙率才会低，所以低水胶比是确保混凝土高耐久性和较高强度的前提之一。至今已经形成了一种共识，即水胶比不超过0.45的混凝土，不可能在恶劣的环境下拥有高的耐久性，在桥梁的实际应用中，高性能混凝土的水胶比通常是在0.25至0.40之间。

3.3最大的骨料粒直径小

对于高性能的混凝土骨料来说，其骨料的最大颗粒直径比较适宜在10至20毫米之间。究其原因有两个：一是由于最大的粒径比较小，从而骨料和水泥浆界面的应力差也相对较小，因为应力差可能会出现裂缝的现象；二是小的骨料颗粒强度比大的颗粒强度还要高，因为岩石在破碎的时候消除了内部的裂隙。

3.4高效减水剂和水泥的相容性较好

较低的水胶比与含有硅粉的高性能混凝土除了必须要采用高效的减水剂之外（高效减水剂与水泥间的相容性必须要好），如此才可以确保混凝土拌和物具有优秀的工作性能。

4.混凝土在公路桥梁中的应用

较高性能的混凝土具有高耐久性、高体积稳定性、高施工性以及充足的力学强度，因此它可以在相对长的时间内承受住随冲刷、磨损、冷冻、侵蚀以及水渗入等较为恶劣的环境，高性能的混凝土在公路应用过程中，它的耐久性特点尤为突出，一方面它能够提高路基的施工质量，以确保路基不会下沉；另一方面它又要解决公路混凝土强度等级低的情况，即水泥用量较少，从而造成了水泥的用量少和耐久性要求高之间相互矛盾的关系。

高性能混凝土将耐久性作为主要的指标，同时还要有高强、高早强以及高施工性（高流动、高粘聚性、高可浇注性）等优异的性能。其配制的基本想法为：经过对原材料的选择，从而优化混凝土的配比，掺杂复合高效的外加剂。同时还要掺入某些经过处理的工业废料。比如硅灰和粉煤灰等，并且站在混凝土搅和物的流动性和施工工艺的角度考虑，以便能够得到高流态、低离析及质量均匀的高强度混凝土，其耐久性也要比一般的混凝土还要好。公路的高性能混凝土应该按照公路混凝土的特点，联合高性能混凝土的优点，然后综合地考虑其各个方面的性能要求来开发研究。但是若可以从改变公路混凝土的施工工艺着手，不采取滑模摊铺施工，而是采取高流态，即坍落度达到240至270毫米的混凝土来施工，那么该种方法就能进一步的丰富公路高性能混凝土的内涵，给公路施工带来的经济效益以及社会效益将是巨大的[3]。

5.保证高性能混凝土质量的措施

（1）预先质量控制和评估( PreQC&QA)，其主要是在对工程的背景、使用环境、混凝土的材料在所处环境中的性能进行了解的基础上，经过对材料性能的实验研究，创建混凝土结构耐久性设计的数据与依据，并且预测混凝土结构在实际建设中的使用性能。

（2）耐久性方案设计( Design link to SLP)，对各种给钢筋混凝土结构的使用寿命造成影响的因素进行充分考虑，比如环境的温度、混凝土的内应力及裂缝等。以便建立使用寿命预测系统，给耐久性方案的设计提供有效的指导与依据。然后再将使用寿命的预测系统作为基础，做出有针对性的耐久性解决方案。

（3）质量控制和评估( QC&QA)，指在方案的实施中应该如何去控制各个方面的质量和如何对已经完成部分的质量进行评估的一个过程。在质量控制和评估步骤中，主要是确立各类质量的控制措施及实施标准，创建各种性能试验的评价体系，确保混凝土性能与方案的设计要求相符。在实际施工的过程中，质量控制和评估将会是一个非常重要的环节。与其他一般混凝土的质量控制相比，高性能混凝土的施工质量控制主要是涉及到原料的质量、配合比、施工、保护层的厚度以及养护等方面，在此不一一作介绍。

6.结束语

综上所述，随着公路桥梁施工技术的不断发展，高性能混凝土将会是普通混凝土技术的进步标志。在我国，由于高性能混凝土技术的发展还处在起步的阶段，因此这就需要教学、科研、施工等部门共同来携手合作，以便能够促进高性能混凝土技术的发展。此外，公路桥梁中高性能混凝土的耐久性问题，应该要引起相关部门的高度重视。混凝土自身的优异特点以及要求在对开展桥梁高性能混凝土的研究与开发中具有极其重要的意义。

【参考文献】

[1]张超.太中银铁路桥梁工程抗侵蚀性混凝土配合比设计[J].中国水运(理论版),2009,34(5):152-153.

[2]姜霄,郑勇.试析高性能混凝土在路桥施工中的运用[J].黑龙江科技信息.2011,15(18):120-121.

[3]刘野.高性能混凝土在公路桥梁建设中的应用措施[J].民营科技.2011,19(42):15-16.