公路橋梁施工中高性能混凝土的應用分析

王 斌 吉安市公路局吉水分局，江西 吉水 331600

1990 年，HPC 被定義為性能和勻質性都符合要求的混凝土。在惡劣的條件下，也可以保持長久的壽命。雖然不同的學派對HPC 的看法有所不同，但是HPC 的高性能是受到共同認可的。

1 HPC的配合比

混凝土的強度是混凝土性能的重要指標，而HPC 配合比的公認方法目前國內外都處于設計中。

1.1 HPC配合比原則

研究發現，HPC 的水膠比大于0.45 時，在嚴酷的環境中不可能具有耐久性，它的水膠比范圍通常在0.20～0.40 之間。［1］

在配合過程中，往往還由于最大粒徑較小，骨料與水泥漿的應力就會較差，引起裂縫，所以HPC 骨料的最大粒徑通常在10～20mm。

1.2 HPC配合比方法

近年來，國內外針對HPC 配合比方法，提出了多種配合設計方法。在美國混凝土協會《使用粉煤灰和硅酸鹽水泥的高強混凝土設計指南》一文中，提出了摻入煤灰的設計方法，能夠用于41～83Mpa 見的普重非引起混凝土中。［2］

武漢工業大學的陳建奎提出了一種全新的配合比設計方法，首次建立了一種普遍適用的混凝土體積模型，經推導，可得出混凝土用水量的Vw 計算公式:

以及砂率Sp 計算公式SP=砂的用量S/(砂的用量S +石子用量G)×100%

上述公式揭示出混凝土材料內的客觀規律以及聯系。這種方法使得HPC 配合比從半定量走向定量，從實際經驗走向了科學，是配合比上的一次大的進步。

1.3 配合比設計思路

HPC 的配比在參數上與普通混凝土有很大不同。當前國內設計配合中很少使用VG(膠凝材料漿體體積)這個參數，它主要與混凝土的體積穩定性有關。Mehta 提出VG 的值不能超過30%，骨料的粒徑Dmax≤40mm。VG 應該在28%～32%。

在設計混凝土配合比過程中，我們應該嚴格注意下面的問題:(1)水泥石的強度以及耐久性。水泥石的強度與耐久性歸結于水灰比的高低以及施工過程中施工工藝的選擇，在實際的施工過程中，我們采用低水灰比的方法來提高水泥石的強度與耐久性。(2)集料的強度。使用高強度的集料從而保證施工質量。

1.4 配合比設計小結

HPC 的設計要求較高，需要考慮到很多因素。隨著科技的發展，HPC 運用的經驗也就越來越豐富，建立配合比設計的數據庫以及數學物理模型，是今后HPC 配合比發展的未來方向。

2 公路HPC梁的設計

有關公路HPC 梁的設計，國內外都有規定且存在著不同，故本節將以《橋規意見稿》以及《高強混凝土結構技術規程》(CECS104:99)等規范和文件進行設計。

2.1 公路HPC梁的設計原則

與普通混凝土土梁設計原則一樣，HPC 梁也要進行承載力極限狀態與正常狀態下的計算，在構造工藝方面都要滿足要求。

(1)當構件彎曲后，截面仍需要保持平面。

(2)截面受壓后的應力圖簡化為矩形，壓力強度取混凝土的軸心抗強值。

(3)拉鋼筋的極限應變應取0.01.極限狀態時，受壓區應取抗壓強度設計值。

2.2 HPC設計參數的取值

根據《橋規意見稿》，我們通過對混凝土強度標準值(MPa)的分析從而得到相關的數據?；炷翉姸瓤梢苑譃檩S心抗壓以及軸心抗拉。其符號分別為fck 和ftk，其中兩種強度類型的強度等級又分為C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。軸心抗壓的的強度等級的標準值分別為C50:32.40;C55:35.50;C60:38.50;C65:41.50;C70:44.50;C75:47.40;C80:50.20。而軸心抗拉的強度等級的標準值分別為C50:2.65;C55:2.47;C60:41.50;C65:2.93;C70:3.00;C75:3.05;C80:3.10.

2.3 小結

在參考了有關規定及文件的基礎后，如《橋規意見稿》，對公路HPC 梁的設計以及參數取值方面給出了具體取值，這是公路HPC 梁設計過程中的重要環節。

3 HPC公路簡支板橋的設計

公路施工中，橋梁建設一直占投資的很大部分。預應力混凝土空心板在結構上具有上部高度低、施工簡單、質量可靠、造價低等優點，一直是橋梁施工中被廣泛運用的結構形式?！邦A應力混凝土空心板的跨徑通常在10m～30m，厚度在0.4m～1.2m，板寬多采用1m 和1.5m。”然而隨著實際施工過程中的需要，“混凝土空心板也需要加強強度等級。”［5］對此，擬用C80HPC 板與普通混凝土板進行比較。

3.1 技術標準與材料準備

(1)技術標準

荷載等級:汽車—超20、掛車—120

板面凈寬:1.0 +11.0 +0.5(m)

空心板板寬:1.05m

跨徑:①標準跨徑10.00m，計算跨徑9.80m;

②標準跨徑13.00m，計算跨徑12.80m;

③標準跨徑16.00m，計算跨徑15.80m。

(2)材料。①混凝土;②預應力鋼絞線(符合國家標準GB/T5224-1995 的鋼絞線)。

3.2 研究思路

采用C80HPC，對上述的三種跨徑空心板進行設計如下:

(1)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究普通標準板板體自重的變化;

(2)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究普通標準板板高的變化;

(3)板寬不變，改變截面的幾何尺寸，計算自重荷載，并且用1860級鋼絞線，研究預應力筋用量的變化。

3.3 計算結果

根據《公路橋涵設計通用規范》，我們可以得到標跨十米的簡支空心板的計算數據。簡支空心板的荷載類別可以分為恒載、汽超20、掛車120 以及掛車120。其彎矩(KN/m)的數據分別為:恒載:161.12;汽超20:176.15;掛車120:203.45;掛車120:335.45.以及剪力(KN)的數據分別為:恒載:0;汽超20:36.25;掛車120:191.02;掛車120:196.39.而標跨13m 的簡支空心板的各類計算數據如下。彎矩(KN/m)的數據分別為:恒載:122.12;汽超20:166.15;掛車120:213.45;掛車120:320.45.以及剪力(KN)的數據分別為:恒載:0;汽超20:38.85;掛車120:188.02;掛車120:198.39.

3.4 結果分析

根據實際實驗結果，相對于標跨10m，13m 的預應力混凝土空心板來說，根據《通用規范意見稿》的計算以及與按照《公路橋涵設計通用規范》得出的計算值相比較，《通用規范意見稿》中的公路橋涵標準值有所提高。同時結合橋涵的設計要求，對結構承載力需要進一步的加強，保證工程的耐久與生命力。

3.5 小結

(1)C80HPC 的使用能夠降低簡支板橋的自重，降低施工難度進一步節約工程投資。

(2)采用C80HPC 和鋼絞線進行設計時，預應力筋用量仍可以降低23%。

(3)C80HPC 的使用可以減小結構尺寸，在較大跨徑中更有優勢。

4 總結

本文通過對HPC 混凝土的分析研究，對HPC 的性能以及在公路施工中的應用做了大致的介紹，總結出了HPC 混凝土在公路施工中的運用情況，當然，其中仍存在不足需要以后進一步解決。

［1］中華人民共和國交通部標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTJ023 一85).北京:人民交通出版社，1985.

［2］中華人民共和國交通部標準.公路橋涵設計通用規范(JTJ021 一89).北京:人民交通出版社，1989.

［3］中交公路規劃設計院.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(送審稿).2000 年12 月.

［4］中華人民共和國交通部標準.公路橋涵標準圖(JT/GGQS011 一84).北京:交通部公路規劃設計院，1992.

［5］徐光輝、胡明義主編.公路橋涵設計手冊·梁橋(上冊).北京:人民交通出版社，1996.