浅谈高性能混凝土在公路桥梁施工中的应用

浅谈高性能混凝土在公路桥梁施工中的应用摘要:高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性,被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土,至今已在不少重要工程中被采用,特别是在公路,桥梁、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性,在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益,因此被各国学者所接受,被认为是今后混凝土技术的发展方向。

关键词:高性能混凝土公路桥梁

1 高性能混凝土的概念及历史演变

高性能混凝土是指根据工程或结构构件的要求,必须满足强度、工作性、耐久性三项基本要求。且根据工程或结构构件的特殊要求,具有某种特殊性能的新型高技术混凝土。上个世纪80年代,为了弄清当前混凝土在不同用途中存在的缺点和薄弱环节,美国曾对很多土建工程单位进行广泛综合调查,工程类别涉及基础、柱、板、桥梁、隧道、公路、海港等,提出亟待改进和提高的混凝土性能依次为:体积稳定性、抗渗性、流动性、抗拉强度、护筋性、线膨胀系数等,还要降低工程成本。上述各种性能归纳起来就是强度、工作性和耐久性三大类,美国最初为创建高性能混凝土奠定了基础,提出了混凝土发展的方向。1988年日本开始“利用高强度混凝土和增强措施,开发先进混凝土技术”的五年计划。法国也提出了“混凝土新法”的国家科研项目。其

中以美国对高性能混凝土投入的力量最大。近年来我国在国家自然基金会与建设部的支持下,由清华大学组织科研、设计、施工等单位制定了高性能混凝土的研究开发计划,并取得多项应用成果,近期被建设部列入推广应用新技术。

2 高性能混凝土的特性

与普通混凝土相比,高性能混凝土在组成与配合比方面有如下特点:(1)使用矿物掺合料。高性能混凝土一般都含有矿物掺和料硅粉、粉煤灰或磨细矿渣,经过国内外大型桥梁中的实际应用表明,其中以硅粉提高强度和耐久性的效果最显著。硅粉为高活性、无定性SiO2微小颗粒,粒径是水泥粒径的1/100,可以填充在水泥颗粒之间,同时能将水泥水化产生的Ca(OH)2转化为CSH凝胶(即火山灰反应),从而大幅度提高混凝土强度和降低混凝土渗透性。在非常恶劣环境中要求混凝土结构具有长寿命,或混凝土强度等级在C80以上,硅粉是高性能混凝土的必要组成部分。优质粉煤灰具有物理减水作用,高细度矿渣具有增强作用。这两种掺和料也都有火山灰反应活性,能够在一定程度上降低混凝土渗透性;但粉煤灰和矿渣会降低混凝土早期强度。同时掺加硅粉和优质粉煤灰或高强度矿渣,可以配置高强同时耐久的混凝土。目前这种水泥+硅粉+粉煤灰或矿渣的三组份胶结材的高性能混凝土正在获得越来越多的应用。(2)低水胶比。只有水胶比低,混凝土的孔隙率或渗透性才可能低,因此低水胶比是保证混凝土高耐久性于较高强度的前提条件之一。目前已形成共识:水胶比低于0.45的混凝土,

不可能在严酷环境中具有高耐久性,实际应用的高性能混凝土水胶比常常介于0.25～0.40之间。(3)最大骨料粒径小。高性能混凝土骨料的最大粒径宜在10～20mm。有两个原因,其一:最大粒径较小,则骨料与水泥浆界面应力差较小,一位应力差可能引起裂缝;其二:较小骨料颗粒强度比大颗粒强度高,因为岩石破碎时消除了内部裂隙。(4)高效减水剂与水泥的相容性好。低水胶比和含有硅粉的高性能混凝土除必须使用高效减水剂以外,高效减水剂和水泥之间的相容性还必须好,这样才能保证混凝土拌和物有良好的工作性。

3 混凝土在公路中的应用

高性能混凝土具有高施工性、高体积稳定性、高耐久性及足够的力学强度,为此它能相对长时间承受随冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入、侵蚀等恶劣环境,高性能混凝土在公路应用中,其耐久性优点极为突出,一方面它可以提高路基施工质量,确保路基不下沉;另一方面需解决公路混凝土强度等级低,水泥用量少,从而形成了水泥用量少与耐久性要求之间的矛盾。

高性能混凝土是以耐久性为主要指标,同时要具有高强、高早强、高施工性(高流动、高粘聚性、高可浇注性)等优异性能。其配制的基本思想是:通过对原材料进行选择,优化混凝土配比,掺入复合高效外加剂。同时其耐久性要大大好于普通混凝土。公路高性能混凝土应

根据公路混凝土的特点,结合高性能混凝土的优点,综合考虑其各方面的性能要求来进行开发研究。但如果能从改变公路混凝土的施工工艺出发,不采用滑模摊铺施工,而采用高流态(接近自流平),坍落度达240～270mm的混凝土来施工,则该方法进一步丰富了公路高性能混凝土的内涵,其带来的经济效益和社会效益将是不可估量的。

4 高性能混凝土在桥梁中的应用

高性能混凝土广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造,包括长大跨桥梁所用的拌合物。它们主要用于主梁、墩部和墩基,硅粉混合水泥。高性能混凝土有广泛的应用性,具有易于浇注、捣实而不离析、能长期保持的力学性能,早期强度高,韧性高和体积稳定性好,在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性与优异的耐久性。推广高性能混凝土在桥梁中的应用,延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益。人们所关注的是高性能混凝土,而不仅仅是高强度混凝土。耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建设的目标。当前国内应用较好的如上海东海大桥用的混凝土,设计寿命100年,使用的“高性能海工混凝土”是粉煤灰、矿粉等废料化腐朽为神奇,成为特殊的掺和材料,使海工混凝土既有高强度、耐久性、抗腐蚀等特性,又易于施工,直接节约材料成本2000万元。不仅效果稳定,还能提前感知混凝土的过度疲劳。高性能混凝土在桥梁工程中应用的优点是:a）跨径更长;b）主梁间距更大;c）构件更薄;d）耐久性增强;e）力学性能加

强。

5 高性能混凝土在施工中需注意的问题

高性能混凝土的特点是低水胶比、高矿物掺和料、复掺外加剂,这与普通混凝土是不同的,这使得高性能混凝土在施工的质量控制、养护措施都与普通混凝土不同。低水胶比决定于混凝土的粘性变大,在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制,有的施工人员为方便施工而掺水,结果强度、耐久性大幅度下降;高矿物掺和料要求混凝土的养护必须到位,普通混凝土早期强度高水化快,对养护不是很敏感,但高性能混凝土则不同,高性能混凝土用水量低,易发生自身收缩而产生裂缝,所以浇筑捣实后,盖上湿布或草帘进行早期养护。保证水化反应的正常进行是保证高性能混凝土高性能的重要工艺措施,在混凝土浇筑完毕后12小时以内,通过湿润养护,使混凝土在良好的条件下进行水化反应。因为掺和料的活性比水泥小得多,对硅粉混凝土,要求潮湿养护14d,而粉煤灰混凝土则要养护21d才能达到预期效果,否则会发生表面掉面、耐磨性差等;复掺外加剂要求混凝土的拌合时间必须要长,外加剂的用量很小,若不保证拌合时间,根本分散不开,均匀性变差,致使外加剂不仅起不到作用,反而使混凝土表面质量下降。总之,在高性能混凝土在公路桥梁工程应用过程中,设计者和施工者应该在围绕公路桥梁施工要求和混凝土的具体特征的基础上,注重优化资源配置,以最大限度发挥高性能混凝土的性能特征,为提高桥梁施工工程质量奠定必要的物质基础。