谈公路桥梁施工中高性能混凝土的应用
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作者: 马松华 吕新世
摘要：本文针对公路桥梁混凝土出现裂缝和剥落现象，对高性能混凝土的性能和配制进行了论述，提出了在公路桥梁施工中高性能混凝土的应用实例，开展公路桥梁高性能混凝土的研究和开发具有重要的意义。
关键词：高性能；混凝土；公路桥梁；裂缝剥落；应用
在过去的十年间,许多混凝土公路出现了开裂和冰冻剥落现象，许多桥面严重破坏,许多混凝土桥梁在地震中倒塌。这些都与使用的混凝土材料和施工质量是分不开的，因此,只有采用高性能混凝土并不断提高施工质量和监理才有可能避免这些不该发生的事故。
1、高性能混凝土的性能
1.1 高强度
高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。现在普遍认为必须高性能混凝土一定是C50高强混凝土,高强度混凝土未必是高性能混凝土。但另一种观点认为高强度混凝土必须高性能混凝土,诸如水工结构、要求不高(C30左右),但耐久性的需求也很高。
1.2 高耐久性
高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。高性能混凝土是一耐久性混凝土、耐久性可达上百年, 是普通混凝土3至10倍。混凝土的耐久性主要包括:抗渗性、抗蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碳化性、耐碱性等等。
1.3 高体积稳定性
高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。混凝土具体的体积稳定性直接影响结构的受力性能,严重的会影响结构的安全。具体的体积稳定性可以分为三类,一种是混凝土的凝结过程中变形现象,也叫收缩变形,另一种是混凝土在负荷后的体积变形，如后发生的弹性变形、蠕变变形等;还有一种是在温差作用下的体积变形，叫做温度变形。
1.4 高工艺性
混凝土的性能是混凝土质量的重要保证。没有良好的性能、混凝土是很难完成的高强度、高耐用性和高体积稳定性好等特点。混凝土技术包括拌和、运输、水和振动压实作业等各种方式要求,在施工过程中不会产生分离,质量稳定,施工完成后的混凝土密实, 质量均匀、平整、光滑的表面。
概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。
2、高性能混凝土的配制要求
2.1 水泥
高性能混凝土应采用矿物组成合理和细度合格的高标号水泥，尽可能地还应注意的选择标准水体粘度小,低水化热水泥, 这样容易选择超塑化剂并在较小的单位水量下获得良好的流动性。通常用4.25以上的硅酸盐水泥。
2.2 骨料
配制高性能混凝土和普通混凝土满足条件不同的,高性能混凝土骨料本身强度要高,一般选用花岗岩,硬质砂岩、石灰石等矿藏。还需要控制颗粒大小、比表面积等特点、用量、吸水率等指标。
2.3 水灰比
配制高性能混凝土的重要措施是减小水灰比，使混凝土密实性提高，其强度和耐久性可显著曾长。一般水灰比在0.3左右，用水量不大于160kg/m3。
2.4 高效减水剂
高效减水剂是表面活性剂，可以大大提高水泥浆的流动性，使得低水灰比配制的混凝土具有高坍落度。同时，还能促进水泥的水化作用，提高早期强度。高效减水剂赋予混凝土高密实度即高强度、高耐久性，同时具有优异的施工性能。
2.5 矿物掺合料
矿物质掺合料是高性能混凝土的又一必不可少组成材料。这类掺合料可以是优质粉煤灰、超细矿渣与天然沸石粉，或硅粉。可单独添加或同时并用，目的在于改善混凝土拌和物的流变性能，提高混凝土强度和耐久性。
2.6 配合比设计
高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。用于桥梁尤其是大跨度桥梁的高性能混凝土应满足：（1）水胶比≤0.4，（2）强度≥41.4MPa，（3）低徐变率。
3、高性能混凝土在桥梁工程中的应用
桥梁工程、大跨度桥梁的自身重量在总负荷中经常占绝大部分的重量。采用高性能混凝土、可以降低自身重量，减少截面高度,增强耐用性,他的早期强度高、可加快施工进度。我国20世纪70年代中期,在高速公路上已经被广泛应用的桥梁界预应力混凝土,具体的应用等级均为C40标签为主。20世纪80年代,迅速发展的交通运输业、中国公路桥梁混凝土也在快速发展,混凝土强度等级逐步改善。在众多的江河和跨海大桥工程中应用了C50 ~ C65泵送混凝土。如:浙江杭州钱塘江两个桥(80米跨度预应力混凝土连续箱梁桥),广东番禺洛溪桥(180m跨预应力混凝土连续刚构桥)等。进入20世纪90年代,我国已经应用于公路大桥泵送混凝土C55 ~ C60的水平。如:杨浦大桥主要塔台(C50泵送混凝土),四川万县长江公路大桥交叉力量性骨架、广东省虎门大桥，南京长江二桥,杭州湾大桥、东海大桥等。
4、混凝土在公路中的应用
公路高性能混凝土应,结合具体的高速公路高性能混凝土的优点,考虑到各方面的性能要求进行研究和发展。高性能混凝土具有高结构性、高容量稳定性、高耐久性和充足的机械强度,所以它能忍受较长时间的冲刷、磨损、冷冻、水渗透、侵蚀和其他沉重的环境;高性能混凝土在高速公路中的应用,其耐久性是非常显著的优势,一方面它能提高路基施工质量、保证路基不下沉,另一方面需解决的高速公路水泥混凝土强度低，用量少，从而形成了水泥用量少,与经久耐用需求之间的矛盾。高性能混凝土以耐久性为主要指标,也要和高强度、高早期强度高,施工性(大流量、高凝聚力、耐久性高)等优异性能。制备的基本理念是:通过选择原材料、优化砼配合比,把复合有效外加剂的掺合料中。与此同时混合人工业废料处理像硅灰、粉煤灰、矿渣等，由具体掺量的流动性、施工工艺方面考虑,获得高流型、低离析、质量均匀的高强混凝土。同时其耐久性将大大优于普通混凝土。
5、结语
现公路桥梁高性能混凝土的技术途径:应以掺复合高效外加剂。经处理的优质矿物掺合料来改善混凝土内部的孔结构、孔分布等提高混凝土的力学、耐久性、耐磨性等一系列性能。简单地说,就是高强水泥+复合高效外加剂+优质矿物掺合料+优质骨料。高性能混凝土以其优异的性能使得普通混凝土向高性能混凝土发展成为必然趋势。高性能混凝土是混凝土技术进步的标志。我国在发展高性能混凝土方面才刚刚起步，需要科研、教学、设计、施工部门携手协作，共同促进高性能混凝土的发展。
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