高性能混凝土在公路橋梁施工中的應用

馬海燕

（山西路橋第一工程有限責任公司六處，山西 太原 030006）

經濟的飛速發展給公路橋梁工程建設帶來機遇，同時也帶來了很大挑戰。以往，普通混凝土在使用過程中存在彈性差、強度不足、耐久性不佳、易變形等諸多問題，給公路橋梁工程質量帶來了一定影響。高性能混凝土的出現和使用很好地解決了以上問題，并很快受到公路橋梁工程建設者的青睞。如今，高性能混凝土已經是公路橋梁施工建設中不可或缺的材料，它彌補了普通混凝土的不足，在保障公路橋梁建設質量方面發揮著重要的作用。

1 工程概況

某高速公路橋梁全長818m，主橋長610m，橋孔跨布置為3×4m+（80m+3×150m+80m）+2×40m。該橋梁為截面預應力混凝土連續剛結構，引橋長40m，采用預應力混凝土T梁，先簡后支結構。主跨長150m，最大墩高105m，橋寬13m。本文將主要闡述該公路橋梁工程主墩高性能混凝土的配制與施工問題，目的是通過高性能混凝土試驗，配制出符合工程需要的混凝土材料，合理施工，最終達到提升橋梁穩定性、延長橋梁使用壽命的目的。

2 高性能混凝土在公路橋梁工程中的應用特點與優勢分析

高性能混凝土相對于普通混凝土材料，在公路橋梁工程建設中有以下幾項優勢。

（1）高強度

高性能混凝土相對于普通混凝土材料具有更高的強度，因而將其應用于公路橋梁工程構建中，能夠使構造物具備更好的抗拉性能、抗剪性能和抗壓性能，從而能夠在較高的荷載下保持結構的穩定和安全。

（2）耐久性

高性能混凝土具有很強的耐久性，這得益于高性能混凝土優良的抗腐蝕性能、抗凍性能、抗裂性能、抗滲性能，將其應用于公路橋梁工程能夠更好地保障公路橋梁建設的使用壽命。

（3）穩固性

一般的混凝土在受力時或溫度影響下極易發生變形，出現裂縫。高性能混凝土的體積具有高穩固性，即使受到高溫或高強度外力影響，也不容易變形，能有效保證公路橋梁施工質量。

因此，將高性能混凝土應用于公路橋梁工程有著很強的可行性，而實際施工中應結合工程具體情況對高性能混凝土的配比和施工工藝進行優化，本工程選用C50高性能混凝土，并通過多次試驗優化了其配制工藝，取得了理想的應用效果。

3 高性能混凝土試驗方案

本工程中，高性能混凝土的主要原材料包括：邯鄲P.O42.5級水泥，I級粉煤灰，S95級礦渣粉；細骨料為河北內丘馬河砂；粗骨料為5～20mm兩種級配碎石，分別為石a和石b；主要外摻劑采用減水率為26.5%的減水劑。

本次試驗主要分為原材料常規性能試驗和混凝土表面滲透性試驗兩部分。

（1）常規性能試驗。主要是依據《公路工程集料試驗規程》對集料的強度、級配、空隙率等進行試驗檢驗，依據《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準》對混凝土的早期收縮量、抗凍性能等進行試驗檢驗。

（2）混凝土表面滲透性能試驗。制作600mm×600mm×600mm的高性能混凝土試件，成型后灑水養護約14d，通過Permit離子滲透儀以及混凝土表面氯離子擴散系數公式檢測和計算高性能混凝土試件的滲透性。式中：Dmig表示氯離子遷移系數；T表示穩態下外室溶液平均絕對溫度；R表示通用氣體常數；Z表示例子原子價；C表示離子原溶液濃度；F表示法拉第常數；E表示正負極電勢差；L/A表示流動長度與外部面積比。

本工程施工中結合上述試驗情況對高性能混凝土的配合比、礦料摻加、骨料采用、表面強化等因素進行了進一步的研究、優化和試驗。

4 高性能混凝土施工方案

結合上述試驗所得結果以及相關技術標準及本工程項目施工實際情況，認為應就高性能混凝土構件施工采取以下方案。

（1）礦料的摻加

C50高性能混凝土的基準配合比為：水泥∶水∶砂∶碎石∶減水劑=460∶44∶690∶1126∶4.6。由于每個高速公路橋梁工程項目對混凝土構件的強度、密實度、穩定性和耐久性的要求不同，而本工程為特大橋梁工程，其橋墩混凝土構件的性能對整座橋梁的穩定性、安全性影響較大，因此，對各種粗、細骨料對混凝土的性能影響，以及外加劑劑量對混凝土性能的影響進行了深入研究，認為本次施工中有必要在基準配合比的基礎上進一步優化配合料的摻加。采用煤粉灰與礦渣雙摻的方式，將礦料的摻和量控制在40%，經過試驗檢測，發現雙摻的方式能夠有效提升混凝土的密實度。此外，這種摻加方式能夠在一定程度上降低高性能混凝土的水灰比，進而進一步提高混凝土密實度。

（2）骨料緊密堆積

提升骨料堆積的緊密性對于提高混凝土的密度和強度有著重要的意義，通過優化骨料堆積形式，使其緊密度提高，能夠較大幅度地減小膠材的用量，進而改善混凝土的力學性質，延長其使用壽命。

本工程施工中，通過激光粒度分析等方法對混凝土粗、細骨料和膠料進行測試，在此基礎上利用Andreasen模型P=(d/dmax)q（其中P代表累計篩余百分數；dmax代表最大粒徑；q代表Fuller指數）計算出較為理想的配比。對經計算所得配合比的C50高性能混凝土進行緊密堆積試驗，發現與預期成果存在一定的誤差，對其進行人工修正后，得出并采用了以下配比：水泥∶粉煤灰∶礦渣粉∶砂∶石a∶石b=326∶84∶52∶690∶676∶450（該比例為體積比）。施工中發現這一方式有效降低了膠料用量，混凝土的各項性能得到顯著提高。

（3）采用透水模板布

通過對以往的公路橋梁工程混凝土構件病害的觀察發現，剝蝕、裂縫等問題通常是由混凝土構件的表面逐漸發展至鋼筋部位的，可見混凝土構件表面的抗裂性能、強度、抗腐蝕性能，在很大程度上決定著混凝土構件的安全性和耐久性。而混凝土的孔隙率是決定其表面質量的一個重要因素，采取有效的措施來降低混凝土構件表面孔隙率，對于減少裂縫、剝蝕等病害的發生有著重要的意義。

本次施工中采用了透水模板布，旨在進一步強化混凝土構件的表面。通過Permit測試儀和公式（1）測試和計算透水模板布的使用效果，發現混凝土表面的氯離子擴散系數由未加透水模板布前的0.78×10-12m2/s下降至0.11×10-12m2/s，說明混凝土表面結構得到了顯著強化，可見透水模板布的使用產生了理想的效果。

5 結論

將上述方案應用于本工程項目主橋墩混凝土構件的施工中，取得了良好的施工效果，適應了工程實際施工條件，達到了工程設計的相關要求，因而認為高性能混凝土在公路橋梁工程中的應用效果很好。此外通過采取一定的措施提升了高性能混凝土的性能，這些措施包括：采用礦渣、煤粉灰雙摻，將礦料分量控制在40%左右；采用Andreasen模型的應用提升混凝土骨料堆積密度；將透水模板布應用于高性能混凝土構件。

[1]喻樂華，徐建云，楊建平，等.雙摻合料高性能混凝土在公路路面應用研究[J].混凝土，2009（8）：106-108.

[2]沈艷東，崔巖，邢秋鴻.公路高性能混凝土中礦物摻合料適宜摻入量的試驗研究[J].公路交通科技：應用技術版，2011（8）：303-305.

[3]靳振波.高性能混凝土在公路橋梁中的應用[J].交通標準化，2012（23）：81-84.

[4]萇現偉.關于高性能混凝土在我國公路建設行業發展中的展望[J].交通世界，2013（5）：140-141.