橋梁高性能混凝土配合比設計及應用

顧玉洪　張莉荷

（1.內蒙古聯手路橋有限公司，內蒙古　巴彥淖爾　015000；2.內蒙古科日達路橋設計咨詢有限責任公司，內蒙古　巴彥淖爾　015000）

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橋梁高性能混凝土配合比設計及應用

顧玉洪1張莉荷2

（1.內蒙古聯手路橋有限公司，內蒙古巴彥淖爾015000；
2.內蒙古科日達路橋設計咨詢有限責任公司，內蒙古巴彥淖爾015000）

摘要：本文主要是對高性能混凝土配合比的設計情況及在橋梁工程中的應用進行了分析，以便更好的應用在工程實際中。

關鍵詞：橋梁；高性能混凝土；配合比設計；應用

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡稱HPC）最早在20 世紀80 年代末開始出現。高性能混凝土的研發和應用使得現代橋梁材料更高性能的需求得到了很好的滿足，它是現代橋梁混凝土技術不斷進步和發展的體現。對高混凝土的眾多設計參數來說，耐久性是最重要的一項指標。高混凝土應該保證混合料在硬化后具備一定的強度等級，整體材料具有較好的工作性，而且在投入使用后能夠保證一定的耐久性和使用壽命。高性能混凝土是選用優質原材料，在較低的水膠比下進行配置的。除了基礎的水泥、集料和水之外，還需要摻加一定比例的高效外加劑和礦物細摻料等。本文主要對配制橋梁工程高性能混凝土的主要指標（包括耐久性、強度以及工作性）以及影響因素進行了簡單概述。

一、高性能混凝土配制指標及影響因素分析

1 耐久性

對橋梁工程高性能混凝土配合比進行設計時，首先要考慮的也是最重要的指標就是耐久性。這也是高性能混凝土配制與普通混凝土配制的不同之處。耐久性直接影響著混凝土材料的各項使用功能和使用壽命，它包括混凝土的抗凍性、抗碳化性、抗滲性、堿集料反應、抗化學侵蝕性以及體積穩定性等一系列的性能。由于在實際工程中，引起混凝土各項性能發生改變進而減少混凝土使用壽命的原因多是因為混凝土混合料的水中滲入了有害物質造成的。因此，混凝土的耐久性最主要的影響因素就是混凝土混合料的抗滲性。

2 強度

在現代大跨度橋梁工程中，都對混凝土的強度等級要求更高。混凝土材料的最基本的特征就是強度。影響混凝土強度的主要影響因素是混凝土中礦物細摻料的用量和混合料的水膠比。一般情況下，只要混凝土的水膠比在0.4 以下，則混凝土的性能就能符合較高要求的建筑使用功能，因此認為，無論混凝土的強度大小，只要是0.4 以下水膠比的混凝土，就是高性能混凝土。

3 工作性

高性能混凝土的工作性是混凝土澆筑質量的重要指標。它對高性能混凝土的性能影響更甚于強度影響。高性能混凝土的工作性主要是指混凝土拌合物具有一定的不泌水、不離析的特性，具備一定的體積穩定性和可泵性，而且坍落度在120mm 以上，具有較好的流動性。混凝土混合料中的外加劑種類和摻量、集料級配等級以及水泥砂漿用量都會影響高性能混凝土的工作性。

二、配制技術途徑

1 礦物細摻料

在高性能混凝土中摻入一定的具有活性成分二氧化硅的礦物細摻料，能夠有效改善橋梁工程混凝土的孔結構，減少混凝土的溫度裂縫，提升混凝土的抗滲性。這是因為摻入高性能混凝土中的礦物細摻料（如優質粉煤灰、磨細礦渣以及硅粉等）中均含有活性成分二氧化硅。混凝土界面上的水泥水化產物氫氧化鈣遇二氧化硅后會發生二次化學反應，反應化學式如下：

xCa（OH）2＋SiO2＋mH2O＝xCaOSiO2· nH2O

2 高效減水劑

為了保證橋梁工程高性能混凝土的水膠比較低，獲取較高的混凝土強度，必須在高性能混凝土中添加一定的高效減水劑。高效減水劑會在表面活性基團的作用下，使混凝土凝膠材料顆粒表面呈負電荷并在電性排斥力作用下得以充分分散，從而使得高性能混凝土的流動性得到很好地改善。

三、配合比參數

1 水膠比

高性能混凝土最顯著地特點就是具有較低的水膠比。試驗表明，混凝土的水膠比降到0.4以下時，強度能夠隨著水膠比的減小而繼續增強。水膠比是高性能混凝土的關鍵質量控制因素。在建設工程中可以參照表1進行進行選用。

2 漿集比

漿集比即高性能混凝土中水泥漿和集料的比例。美國Aitcin和Mehta經過研究分析，得出結論，當漿集體積比例為35∶65時，高性能混凝土的尺寸穩定性、工作性以及強度等均具有較好的性能。在實際工程應用中，混凝土的強度等級越低，摻加的膠凝材料應該越少，且膠凝材料用量最好控制在300kg/m3～550kg/m3以內。

3 砂率

一般情況下，橋梁工程高性能混凝土的砂率越大，其強度也越大，而彈性模量則不斷減小。可以通過混凝土中的集料級配等級、膠凝材料用量、泵送要求等綜合進行考量混凝土的砂率。高性能混凝土的砂率選用見表2。

4 高效減水劑用量

在實際工程中，應該根據坍落度決定高性能混凝土中高效減水劑的摻量。一般情況下，高效減水劑在1%～2%用量時效果最為明顯。

結語

通過對高性能混凝土配合比的設計能夠有效提高橋梁工程混凝土的綜合性能，但是在實際工程中，由于高性能混凝土添加了多種添加劑，橋梁工程應該建立相應的品質評價體系，應該加快混凝土配合比設計的規范化進程，同時應該充分利用各種先進的計算機計算手段等用于配合比的設計，提升橋梁工程高性能混凝土配合設計的工作效率和整體優化設計效果。

表1　高性能混凝土推薦選用水膠比表

表2　砂率選用表（kg/m3）

參考文獻

[1]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]黃世敏，劉連新.高性能混凝土配合比設計[J].青海大學學報：自然科學版，2002，20（01）：8-11.

中圖分類號：U44

文獻標識碼：A