道路橋梁工程施工中高性能混凝土的應(yīng)用探究

■常志航 ■內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024005

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技水平的提升，混凝土在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，例如在高層與超高層建筑、大型跨海橋梁、構(gòu)筑物以及極為復(fù)雜條件下的混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用極為廣泛。道路橋架建設(shè)在交通系統(tǒng)的建設(shè)中具有極為重要的地位，在建筑過程中，必須嚴(yán)格保障工程的質(zhì)量。因此，這就要求施工材料具有優(yōu)良的施工性能、較強(qiáng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及超超長的使用壽命等諸多特點(diǎn)。

1 高性能混凝土的概述

1.1 高性能混凝土的概念分析

高性能混凝土的概念解釋目前國內(nèi)外沒有統(tǒng)一的共識(shí)，各個(gè)國家對其有不同的定論。其中，歐洲混凝土學(xué)會(huì)將高性能混凝土概括為:水膠比小于0.40 的混凝土。而在其他國家中，更加強(qiáng)調(diào)混凝土的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。

在我國，著名專家馮乃謙在其著作中指出，對于高性能混凝土的概念定義必須緊緊圍繞以下展開:高性能混凝土必須具有高強(qiáng)度性與耐久性，并在其物質(zhì)基礎(chǔ)中加入摻合料［1］。因此，從諸多專家以及學(xué)者的文獻(xiàn)著作中，我們可以發(fā)現(xiàn)，針對高性能混凝土的定義中都強(qiáng)調(diào)了高性能混凝土的穩(wěn)定性、適應(yīng)性以及強(qiáng)度性。繼而，我們引用《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于高性能混凝土的定義。

高性能混凝土，是指具有高強(qiáng)度、低滲透性、高彈性模量以及能夠抵抗外界破壞的混凝土。同時(shí)，需要對高強(qiáng)混凝土與高性能混凝土進(jìn)行區(qū)分，高強(qiáng)混凝土強(qiáng)調(diào)的是自身具有的較高抗?jié)B透性，而高性能混凝土強(qiáng)調(diào)自身具有的高耐久性。

1.2 高性能混凝土與普通混凝土之間的異同

1.2.1 高性能混凝土與普通混凝土之間的相同點(diǎn)

(1)兩者使用的材料大致相同，例如都是通過對水泥、砂石以及添加劑進(jìn)行一定程度上的配置而得到的。但是針對混凝土使用過程中的性能指標(biāo)，高性能混凝土要更加嚴(yán)格。(2)兩者在生產(chǎn)過程中所使用的工藝都是相同的，沒有本質(zhì)上的差別。(3)兩者對于自身的體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度以及經(jīng)濟(jì)性等都有著較高的要求。其中，高性能混凝土在耐久性上的要求更高，并相對傳統(tǒng)的混凝土在某些性能上有著大幅度的提升。

1.2.2 高性能混凝土與普通混凝土之間的不同點(diǎn)

(1)高性能混凝土與普通混凝土的最大差別在于對原材料、生產(chǎn)工藝、配置比例以及維護(hù)手段上，高性能混凝土具有更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，并要求在執(zhí)行過程中進(jìn)行精確化的控制。因此，如果在生產(chǎn)高性能混凝土按照原有的生產(chǎn)理論作業(yè)，那么生產(chǎn)出來的混凝土完全不能適應(yīng)相關(guān)的要求。(2)針對于高性能混凝土的施工單位要求極為嚴(yán)格，必須對整個(gè)施工過程進(jìn)行精確控制，對施工過程要嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，對于施工人員的要求也較高，能夠?qū)κ┕すに嚲_掌握，并能夠?qū)κ┕ぶ谐霈F(xiàn)的問題及時(shí)解決，擁有較強(qiáng)的專業(yè)素質(zhì)。(3)高性能混凝土是在普通混凝土之上進(jìn)行研制的，并在其中摻入了大量的活性混合材料。并且，在對高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)上，也有較高的要求。高性能混凝土本身所具有的特點(diǎn)是為了滿足復(fù)雜環(huán)境下對建筑建材要求下所產(chǎn)生的。在施工過程中需要摻入足量的活性混凝土混合劑提升在韌性、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性上的性能。因此，這就需要施工單位具備良好的維護(hù)技術(shù)。

1.3 高性能混凝土的應(yīng)用特點(diǎn)分析

1.3.1 較強(qiáng)的環(huán)保性

高性能混凝土在與傳統(tǒng)混凝土相比，能夠在減少材料使用的前提下，有效降低廢舊材料。同時(shí)，高性能混凝土能夠減少施工周期，提升工程質(zhì)量，降低資源的消耗，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1.3.2 較強(qiáng)的抗壓性

高性能混凝土通過對原材料合理的配置，在抗壓性能上具備了良好的性能，是傳統(tǒng)混凝土抗壓能力的一倍。并且，高性能混凝土相對于普通混凝土具有較輕的自重［2］。因此，高性能混凝土被廣泛適用于橋梁的建設(shè)中，保障橋梁具有足夠高的跨徑，從而降低工程的造價(jià)。

1.3.3 較強(qiáng)的耐久性

道路橋梁的建設(shè)目的之一就是為了滿足區(qū)域內(nèi)的最大車流量，因此，這就對施工材料的耐久性有了更高的要求。高性能混凝土在橋梁中的應(yīng)用還要求橋梁具有較高的抗風(fēng)荷載能力，在強(qiáng)風(fēng)的作用下，橋梁也不會(huì)受到較高的損害。

1.3.4 較低的坍落度

與傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土具有更小的坍落度，因此，在高性能混凝土的運(yùn)輸過程中，離析現(xiàn)象較為少見。另外，高性能混凝土在投入使用的過程中，在充分保障施工工藝符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋以及縫隙的現(xiàn)象較為少見。因此，也保障了道路橋梁的工程質(zhì)量。

2 道路橋梁工程施工中高性能混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的確定

2.1 高性能混凝土的凝結(jié)時(shí)間

高性能混凝土在道路橋梁的施工建設(shè)中，通常都會(huì)有較大的作業(yè)面，增加了施工的難度。但是，為了保證施工過程中高性能混凝土有效成型，為維護(hù)工作提供更多的便利，需要將凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行科學(xué)控制。建筑施工單位要根據(jù)現(xiàn)場的施工環(huán)境，例如氣候、溫度、濕度等方面的自然因素，在符合相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)的情況下，科學(xué)確定混凝土的冷凝時(shí)間。在中國北方地區(qū)，冬季的初凝時(shí)間宜延長到10～12h 之間，將終凝時(shí)間延長到12～14h 之間;在夏季，將初凝時(shí)間延長至12～14 小時(shí)，終凝時(shí)間延長至15～18 小時(shí)之間，從而充分保障高性能混凝土的體積穩(wěn)定性以及密實(shí)性。同時(shí)，為了防止溫度應(yīng)力過大，從而影響高性能混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要將水化熱峰值控制在15%～20%之間。

2.2 高性能混凝土的坍落度

對高性能混凝土的和易性進(jìn)行檢測，需要利用到坍落度。混凝土的坍落度主要包括三個(gè)方面，分別是流動(dòng)性、粘聚性以及保水性。作為衡量高性能混凝土的重要指標(biāo)，坍落度能夠?qū)炷恋暮鸵仔跃C合反映。因此，需要對坍落度進(jìn)行科學(xué)、合理設(shè)計(jì)。一般來講，高性能混凝土表現(xiàn)出較強(qiáng)的高流態(tài)，因而，將坍落度的值設(shè)定稍微偏大，大約在20cm～24cm 之間。同時(shí)，合理控制混凝土出機(jī)到澆灌的時(shí)間內(nèi)的坍落度損失，一般不能超過2cm，并且在出機(jī)后的兩個(gè)小時(shí)之后，使其擴(kuò)展度在500mm×500mm。最后，要保證高性能混凝土始終具備較強(qiáng)的黏聚性、保水性以及密實(shí)性。

3 道路橋梁工程施工中高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)分析

高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)直接關(guān)系到工程的質(zhì)量，也是高性能混凝土區(qū)分普通混凝土的重要關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)原則

3.1.1 合理使用引氣劑

在進(jìn)行配置高性能混凝土?xí)r，應(yīng)該在配置過程中加入一定量的引氣劑，從而使得混凝土拌合物的和易性得到一定程度上的改善，提升混凝土在抗?jié)B性、抗凍性等方面的性能。根據(jù)有關(guān)資料我們得知，對混凝土中的含氣量應(yīng)該科學(xué)合理設(shè)計(jì)，嚴(yán)格根據(jù)抗凍等級確定在混凝土中添加的引氣劑含量。

3.1.2 合理配置水灰比

作為混凝土配合比中的一個(gè)重要參數(shù)，水灰比在進(jìn)行配合時(shí)要將水膠比設(shè)計(jì)在0.2～0.4 之間。其中，原因在于如果在配置過程中水灰比過大，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的粘結(jié)力下降，混凝土在硬化過程中就會(huì)在表面以及內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，使混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出現(xiàn)下降，影響了混凝土的質(zhì)量。同時(shí)，如果水灰比過小，導(dǎo)致較差的和易性，澆筑過程較為困難，從而使混凝土產(chǎn)生麻面、空洞等極為嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

3.1.3 增加減水劑的使用量

在進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)中，要將高效能減水劑的減水率控制在20%以上。同時(shí)，為了減少在混凝土塌落度上的損失程度，在高效能減水劑中加入緩凝成分，從而提升工作性，減少高性能混凝土的收縮。

3.1.4 增加膠凝材料的使用量

在進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)中，過高的使用膠凝材料不僅僅增加工程的造價(jià)，也會(huì)降低高性能混凝土的整體穩(wěn)定性。因此，對膠凝材料的使用量進(jìn)行合理控制，對配置中使用的粗細(xì)骨料進(jìn)行合理調(diào)整。

3.2 簡易配合比設(shè)計(jì)方法

3.2.1 高性能混凝土常用性能指標(biāo)的選擇

在進(jìn)行高性能混凝土的常用指標(biāo)選擇時(shí)，將道路橋梁施工工程所要求的性能標(biāo)準(zhǔn)作為基準(zhǔn)，并進(jìn)行試配與調(diào)整。

3.2.2 準(zhǔn)確計(jì)算出砂石混合空隙率

在計(jì)算砂石的混合空隙率是，當(dāng)砂率在38%～40%之間時(shí)開始，并將具有不同砂石比的砂石進(jìn)行混合后，將其裝入容重筒中，要求容重筒的體積在15～20L 范圍之間［3］。將直徑在15mm 的圓頭搗棒在容重筒中進(jìn)行三十下的插搗作業(yè)，然后刮平表面后進(jìn)行稱量作業(yè)，最后換算成松椎密度。通過計(jì)算后我們可以得到最具有經(jīng)濟(jì)性的混合空隙率，大約在16%左右。

3.2.3 準(zhǔn)確計(jì)算出凝膠材料的漿量

將砂石混合空隙的體積加上富余量就可以算出膠凝材料的漿量。混凝土的工作性以及外加劑性質(zhì)決定了膠凝材料漿富余量，可以按照坍落度的8%～10%進(jìn)行試拌。

3.2.4 計(jì)算各組分用量

在計(jì)算過程中，我們可以進(jìn)行選用水膠比的假設(shè)，從而有利于計(jì)算的進(jìn)行。將水膠比設(shè)定為0.4，并摻入30%的磨細(xì)礦渣，水泥密度取3.15g/cm3，選取磨細(xì)礦渣密度時(shí)可以將其設(shè)定為2.5g/cm3。則我們可以利用如下公式進(jìn)行計(jì)算:

膠凝材料用量/漿體積=1/(0.7/3.15 +0.3/2.5 +0.4)=1.35

因此，我們就可以大致推算出膠凝材料1.35kg。

4 道路橋梁工程施工過程中高性能混凝土性能提升的措施分析

4.1 提高高性能混凝土強(qiáng)度

當(dāng)前，在我國在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)C60 以及C80 的混凝土施工已經(jīng)不存在技術(shù)問題，并能夠保障施工結(jié)果的高質(zhì)量。通常我國將高于C60 強(qiáng)度等級的混凝土叫做高強(qiáng)混凝土，但是，在大型建筑中，尤其是在道路以及橋梁中大量應(yīng)用混凝土的工程施工中，還存在著一定的技術(shù)上的制約。因此，高性能混凝土在提高強(qiáng)度的同時(shí)，還要對施工現(xiàn)場的環(huán)境金鑫綜合考慮。

4.1.1 加強(qiáng)對原材料的控制能力

在進(jìn)行高性能混凝土的配置過程中，應(yīng)該選用52.2 級以上的硅酸鹽進(jìn)行配置。并且粗骨料應(yīng)該采用巖石立方體在抗壓強(qiáng)度性能上高于1.5 倍混凝土強(qiáng)度等級的碎石材料。并且，碎石材料應(yīng)該具有粒型好以及針片狀含量低等特點(diǎn)。而細(xì)骨料的選擇應(yīng)該采用細(xì)度模數(shù)高于2.6 具有良好級配的中砂，并且其含泥量應(yīng)該控制在1%以下。

4.1.2 適量添加活性摻合料

在進(jìn)行高性能混凝土的攪拌過程中，適當(dāng)加入活性摻合料可以有效提升混凝土的強(qiáng)度。其中，重要的原因在于高活性摻合料所具有的“形態(tài)效應(yīng)”。一般來說，常見的高活性摻合料以硅灰、磨細(xì)礦渣等為主。另外，高活性摻合料具有的“活性效應(yīng)”，活性材料中的物質(zhì)能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成的水化鋁酸鈣能夠使混凝土的強(qiáng)度增加。同時(shí)，在高性能混凝土加入的活性摻合料能夠減少混凝土的收縮，從而改善高性能混凝土的工作性。并且，加入的活性摻合料能夠有效調(diào)整混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低水化熱，進(jìn)而能夠使高性能混凝土的抗腐蝕能力大大提高。活性摻合料在高性能混凝土中的使用能夠?qū)A-集料反應(yīng)有著不錯(cuò)的抑制作用，從而有效提升了混凝土的耐久性。

4.2 充分保障流動(dòng)性

使高性能混凝土具有優(yōu)質(zhì)的保塑性以及施工性，就要求保障高性能混凝土具有充分的流動(dòng)性。高流態(tài)的混凝土也就具有優(yōu)良的工作性，充分保障混凝土在出機(jī)后的120min 之后具有良好的工作性能［4］。在上文中已經(jīng)敘述過對配合比的設(shè)計(jì)方法，因此，在進(jìn)行配置過程中，要對高效減水劑進(jìn)行合理使用。

4.3 增加體積的穩(wěn)定性以及耐久性

高性能混凝土具有獨(dú)特的優(yōu)勢，例如其具備的高強(qiáng)度以及高流動(dòng)性，同時(shí)具有極好的耐久性。關(guān)于提升高性能混凝土的耐久性，要將混凝土在進(jìn)行配合比的計(jì)算中，充分考慮到混凝土原材料的性能，嚴(yán)格按照相關(guān)的施工工藝進(jìn)行操作。在進(jìn)行相關(guān)的配置過程中，從混凝土的高強(qiáng)、抗碳化等多種角度出發(fā)，從多方面提升混凝土的耐久性。在進(jìn)行道路橋梁的高性能混凝土施工過程中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于混凝土的澆筑。在進(jìn)行澆筑的過程中，現(xiàn)場的監(jiān)理工程師要對模板的尺寸、強(qiáng)度以及剛度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且對于鋼筋以及其他預(yù)埋件的數(shù)量以及位置精確掌握。并且在施工現(xiàn)場中，綜合考慮各種狀況，避免模板在各種狀況下受到污染。因此，提供高性能混凝土的耐久性需要從多方面入手，全方面提升高性能混凝土的耐久度，保障工程的質(zhì)量。

4.4 加強(qiáng)高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)工作

在進(jìn)行高性能混凝土的澆筑振搗作業(yè)完畢之后，進(jìn)行相關(guān)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)。從一定程度上講，養(yǎng)護(hù)作業(yè)與混凝土的配置、澆筑同等重要。作為高性能混凝土成型的最后一道工藝，養(yǎng)護(hù)對混凝土的性能有著重要的保障作用。同時(shí)，養(yǎng)護(hù)工作的重要內(nèi)容在于保持高性能混凝土的正常硬化以及強(qiáng)度上的增長。因此，對于施工環(huán)境就有著較為嚴(yán)格的要求。施工單位應(yīng)該在道路橋梁的建設(shè)中，密切關(guān)注天氣變化，及時(shí)做好強(qiáng)對流天氣的應(yīng)對準(zhǔn)備，避免在雨雪、強(qiáng)風(fēng)天氣下施工，保證施工人員安全的同時(shí)，提升高性能混凝土的性能。另外，由于高性能混凝土在澆筑后，表面難以進(jìn)行有效泌水，其內(nèi)部也常常處于失水狀態(tài)。因此，為了避免混凝土表面出現(xiàn)縫隙，影響到工程的質(zhì)量，就需要對高性能混凝土的表面進(jìn)行覆蓋以及灑水作業(yè)，從而保證道路或者是橋梁因溫度變化而失水過多或者是收縮而產(chǎn)生裂縫，從而造成工程上的安全隱患。

5 結(jié)語

高性能混凝土在道路以及橋梁上的應(yīng)用越來越廣泛，除了施工單位嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行操作之外，相關(guān)的安全監(jiān)管部門也要對施工過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，確保工程質(zhì)量。同時(shí)，科研機(jī)構(gòu)要加強(qiáng)高性能混凝土在設(shè)計(jì)、施工、制備以及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新，提升高性能混凝土的各項(xiàng)性能。

［1］周家強(qiáng).高性能混凝土在道路橋梁工程中的應(yīng)用探討［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014(29):297-297.

［2］桑煒燁.淺談道路橋梁中高性能混凝土的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2014(3):260-260.

［3］趙煜.道路橋梁中高性能混凝土的應(yīng)用［J］.赤子，2014(12):350-350.

［4］馬春鋒.高性能混凝土在道路橋梁中的應(yīng)用［J］.城市建筑，2014(24):315-315，345.