橋梁設計中高性能混凝土的應用解析

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在橋梁設計中高性能混凝土在近年混凝土發展上應用比較廣泛，也是今后未來發展的主要方向。高性能混凝土之所以發展的如此迅速與其本身所特有的特性密不可分既勻質。這一高性能混凝土必須要選用優質的原材料配制，加之嚴格的施工工藝才才能配制而成，高性能混凝土具有澆搗不離析力學性能穩定的特性。正因為高性能混凝土所擁有的上述特性，所以自被采用以來就快速的取代了傳統施工中所使用的強度高、強韌性、體積穩定性等性能的耐久混凝土。高性能混凝土的優異表現廣泛的受到了來自國內外眾多材料商與工程界的追捧。經過10 多年的發展，如今世界上許多國家也陸續對高性能混凝土進行了技術攻關，使得高性能混凝土的本身得到了長足的進步與發展。

1 高性能混凝土的定義

總所周知，傳統意義上的混凝土通常是指以水泥為主要凝膠材料，伴有砂、石子、水，必要時摻入化學外加劑和礦物摻合料，按適當比例配合，經過均勻攪拌、密實成型及養護硬化而成的人造石材。高性能混凝土這一說法最早是在上世紀90 年代出現的，英文名稱High Performnace Concerte 簡稱H P C。其在原有傳統混凝土的基礎上加入了化學外添加劑和優質礦物摻合料。但是人們對其具體的定義卻一直未能給出一個準確的答案。上世紀90 年代在Singapore 召開了第一屆全球高性能混凝土國際研討會，在此次會議上眾多行業權威都一致認為高性能混凝土本身要有高質量和長耐久度的特點、特性。但是就針對上述這兩個特點、特性的具體的量化指標在此次國際研討會議上并未給出準確的答案。但是我們從現在國際研究者的研究方向以及相關研究成果和發表的文章方面可以看出對高性能混凝土的具體要求。現階段HPC的發展是在原有傳統混凝土的條件下，利用新技術、選用優質原材料，除原有材料外還要加入活性細摻料和高效外添加劑而形成的一種新型高性能混凝土。其具體的量化指標也會隨之產生。在實際的生產施工中，往往會根據不同的施工要求，會對高性能混凝土的某些方面進行有側重的突出，比如耐久性、實用性、強度性、施工性、穩定性、體積和成本控制方面。

2 研究高性能混凝土在橋梁設計中應用的意義

隨著改革開放的快速發展，經濟發展的速度對交通運輸行業也有著越來越高的要求，未來路面混凝土發展的方向必然是耐久度、高強度、少維護。不斷提高路面表面的致密性、抗滲透性對此都是很重要的影響因素，而上述這一切目標都需要通過高性能混凝土來實現。

2.1 高性能路面混凝土的強度

高性能路面的一個重要特性便是路面的抗承載能力，延長路面使用年限或者降低鋪設厚度以控制建造成本。具有這樣能力的唯有高性能混凝土可以達到上述要求，而且在應用于路面情況下，其具有高抗折強度。

2.2 高性能路面混凝土的耐久性

另一方面鋪設路面時對高性能混凝土耐久度有很高的要求，而且要求其可以在極端天氣氣候和極端環境下能夠經受住長久的破壞，進而保證路面在設計時所要求的在設計使用年限內高性能混凝土可以正常工作。

2.3 高性能路面混凝土的抗變形性質

干縮的路面很容易引起路面表面的收縮開裂，由于其表面積大，所以導致蒸發量也很大，因此造成養護成本很高，而高性能路面混凝土抗變形能力強。

3 高性能混凝土的特性與普通混凝土相比

3.1 使用礦物摻合料

高性能混凝土與普通混凝土相比，一般都會摻有礦物摻合料。常用的礦物摻合料有、硅粉、礦渣、粉煤灰。其中尤以硅粉可以提高混凝土的耐久性和強度效果最為明顯，這一結果是通過國內外眾多試驗及實際應用而得出的結論。從硅粉的理化性質來看，硅粉顆粒直徑很小是水泥的百分之一，且無定性、活性高，這樣的結構就具備了其可以填充在水泥顆粒之中。與此同時，硅粉還可以很大程度的提升混凝土的強度以及降低其滲透性，還可以與水泥水化時所產生的氫氧化鈣發生火山灰反應，即把氫氧化鈣轉化為凝膠。從硅粉可以提升耐久度的角度來看，摻混了硅粉的高性能混凝土可以使用在環境惡略的地方或者要求混凝土的強度等級在C80 以上級別。礦渣摻混后可以極大的提升混凝土本身的強度，具有增強的效果。而粉煤灰摻混后可以起到物理減水的功效。礦渣和粉煤灰摻合料也會發生火山灰反應，可以部分降低混凝土本身的滲透性。但是有一點需要指出，那就是如果只摻混了這兩種摻合料則會降低早期的混凝土強度。如果三種摻混料同時進行按比例的摻混話則可以生產出既具有高強度又同時很耐久的高性能混凝土。由于上述特性三種摻合料而制成的高性能混凝土是在實際當中應用最為廣泛。

3.2 低水膠比

若要制成上述的高性能混凝土，還要滿足一個前提條件，即水膠比。因為只有水膠比足夠低高性能的混凝土的滲透性以及孔隙率才可能盡可能的低。就目前現行的行業標準來看，水膠比只有高于0.45 的才有可能在惡略的自然環境下有耐久性的可能性，實際的生產標準一般都執行水膠比在0.25 -0.45 之間。

3.3 最大骨料粒徑小

造成高性能混凝土最大骨料粒徑最佳大小為10 -20 毫米之間，原因有2 點。第一點是骨料粒徑保持在此范圍可以使得骨料與水泥漿的界面應力差變小，應力差的大小直接與裂縫產生有著直接的關系。第二點是由于巖石在被破碎的同時，也消除了內部的裂隙，因此相對較小的骨料顆粒的強度就要優于骨料顆粒大的。

3.4 高效減水劑與水泥的相容性好

若要使得低水膠比和摻有硅粉的混凝土能夠具有高效的性能，那么就會必然的要求減水劑與水泥之間的相容度要高，而且減水劑也必須是要高效能的減水劑。

4 高性能混凝土產生裂縫的原因

4.1 干濕變形裂縫

當高效能混凝土中凝膠粒子表面的毛細管水及吸附水發生減少時，就會造成高性能混凝土的干濕度變化，進而會產生附加的應力，當這一附加應力超出高性能混凝土本身所能承受的抗拉強度時就會產生由干濕變化所引起的變形裂縫。

4.2 塑性裂縫

行業內常稱之為龜裂，造成龜裂的原因主要是高性能混凝土的溫度與環境溫度之間存在很大的差異，或者是高性能混凝土長時間處于高溫狀態，同時環境氣候非常干燥時會出現這種情況。

4.3 溫度裂縫

混凝土施工中，澆筑搗實后的混凝土，在早期凝結硬化階段，受到急劇升溫或急劇降溫，混凝土產生溫差變化。現在施工的高強度混凝土沒有采取測溫手段來掌握混凝土的中心溫度與環境溫度與混凝土表面溫度的溫差變化大小，而只是依靠混凝土強度來控制拆模時間，這樣很容易造成混凝土的溫差裂縫，影響混凝土的耐久性能。

4.4 施工不當造成的裂縫

各種在施工過程不規范的操作、不規范的養護過程、不規范的澆筑操作等等均有可能引起高性能混凝土的裂縫。

4.5 沉陷裂縫

在橋梁臺座設計時，地基承載力設計有偏差，造成地基在荷載的作用下承載力下降，或者橋梁臺座長時間受到水的浸泡也會使地基承載力下降，橋梁臺座中間地基沉陷，裂縫發生在梁體的中部，兩端沉陷裂縫會在距梁端的1/3 -1/4 范圍內。

5 結語

在橋梁設計中若想實現高性能混凝土結構可以使用百年以上，設計是關鍵，施工質量更是重中之重。其中所牽涉到的每一個環節、每一個步驟包括從原材料、摻合料的配比等等都需要在設計之時就要考慮周全。否則任何一個原因都有可能導致建成后的使用年限會大大縮水難以達到設計之初的要求。據此，我在橋梁設計中要充分全面的考慮。

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