高強混凝土在城市道路與交通工程中的實踐應用探究

0 引言

隨著我國進一步推動現代化建設進程以及城市化建設進程，當前諸多鐵路高速公路以及公路橋梁等交通基礎設施都在新建過程當中或是準備新建的階段。而在一系列的建筑工程當中，混凝土是其中最為重要也是必不可少的一項基本材料。面對著當前要求的不斷提升，混凝土也需要進一步增強性能及強度。伴隨著科技及社會的不斷發展，在混凝土的生產以及質量控制方面也發生了十分大的改變，尤其是混凝土的性能方面；為了進一步更好地適應當前的現實需求，混凝土的性能實現了一個全新的高度并且應運而生了高強混凝土。高強混凝土的出現及廣泛使用在當今工程結構領域當中，十分重要也是十分具有標志性的，憑借著其諸多的優點開始在諸多的工程建設當中被廣泛地應用。

1 高強混凝土的簡介

高強混凝土顧名思義就是強度較高的混凝土，其與普通混凝土的強度相比約高4倍到6倍左右，可以使得構件截面明顯縮小，因此更適宜在大跨度橋梁及高層建筑當中使用。當前我國現有的相關規程當中明確指出，高強混凝土是使用一系列外加劑與礦物互相摻合，并且通過常規的工藝來進行配制的混凝土，而其級別必須要達到C60~C80。高強混凝土是當今建筑行業當中一種全新型的材料，其優點主要為較低的孔隙率，較大的密度，較強的抗變形能力及較高的抗壓強度，在很多的大跨度橋梁以及高層建筑當中廣泛使用。全世界內不同的國家對高強混凝土的極限強度值進行了不同的規定，具體見表1。

表1 不同國家規范當中的高強混凝土的極限強度值

2 高強混凝土在結構設計方面的特點

①與普通的混凝土相比，高強混凝土雖然在強度方面明顯提升，但是高強混凝土會更易受外界相關影響因素的干擾。因此，在進行現場實踐應用過程當中，高強混凝土的建筑強度可能會比標養條件下的試塊強度明顯更低，在進行有關城市道路與交通工程的設計過程當中，一定要充分地考慮相關干擾因素。

②與普通的混凝土相比，高強混凝土在耐火性方面也存在著明顯的區別。環境溫度較高的條件之下，普通混凝土與高強混凝土在損失強度值的水平方面是能夠基本維持一致的。在溫度為95℃到300℃的環境之下，高強度混凝土損失強度的比率，約為25%~35%左右，而此時普通混凝土的強度損失比率會明顯略低，由此可知高強混凝土雖然強度方面表現優異，但是其耐火性并不十分理想。

③在水化熱的階段當中，高強混凝土十分容易出現裂縫，因此在針對城市道路與交通施工的方案設計以及施工過程當中，都需要對設計方案以及施工方案進行優化及探討，科學合理地計算收縮開裂，確保施工方法以及構造措施都能夠滿足實際的道路需求。

④高強混凝土的彈性模量以及抗拉強度會受到配合比及原材料的影響。高強混凝土的等級相同時，其砂率、外加劑、水膠比、礦物摻合料、水泥、骨料比率之間是可以完全不同的，同時其彈性模量也會存在較大的差異。因此，在對高強混凝土的彈性模量或抗拉強度進行設計時，一定要對其范圍水平進行科學合理的設定。較為理想的方法就是通過試驗來測量得到結果。

⑤大部分高強混凝土都是在受壓構件當中使用，十分容易受壓而發生斷裂，因此在對鋼筋搭錨固以及構件局壓等進行設計時，一定要強化對箍筋的設計。不僅如此，高強混凝土相對來說脆性比較大，在變形性能方面相對較小，在搭接鋼筋時會可能出現應力集中的現象；在鋼筋彎曲的邊角點位置，同樣的也可能會因為局部壓力過大而出現高強混凝土開裂的現象。

⑥在等值橫向力的約束當中，相比普通混凝土，高強混凝土的縱向力承載性能要明顯較弱，所以在進行城市道路與交通工程的設計過程當中，一定要設計具有復合螺旋箍筋的局部壓力承載力或柱子，要對橫向力的約束作用進行修改。

⑦高強混凝土的強度升高時，其抗拉能力、抗剪能力及粘結力也會隨之不斷升高，但是高強混凝土的抗壓能力與抗拉能力、抗剪能力、粘接力之間的比值會不斷縮小，所以在進行城市道路與交通工程的規劃設計過程當中，一定要對構件的抗剪、抗沖切及抗扭等系列問題進行重點解決。

⑧超強混凝土的脆性較高，假如構件受力較大時，需要采用一定的措施來使得其延性進一步加強。

3 在城市道路及交通工程中高強混凝土的實踐應用要點

3.1 混合料的配比及攪拌

混合料配比是道路工程施工的一項重要基礎，因此其會對施工質量以及施工的工期產生十分重要的影響。在進行混合料配比的過程當中，一定要根據道路工程的施工情況來進行動態性的隨機調整，并且還需要確保在投入混合料的過程當中，把控相應的溫度及配比。有關工作人員一定要在進行配比之前認真核查每一種材料的用量以及種類，同時還需要再三明確混合料配比時的相關要求，從而對高強混凝土當中的材料配比情況進行明確及核查，確保其不會對工程施工產生影響。

在施工過程當中，混凝土攪拌是其中的一項重要環節，高強混凝土的攪拌質量可對城市道路與交通工程的建設質量及建設工期產生直接的影響。因此有關工作人員在進行攪拌施工之前，一定要對相關材料的配比及用量進行嚴格的核查，并且對攪拌用料的使用量進行準確的核算，確保能夠獲得最高性能的高強混凝土。在高強混凝土當中存在著一系列的配料，比如說石灰、水泥、沙以及外加劑等，每一個不同的配料，其在攪拌過程當中都有一定的配比，如果說比例發生錯誤時，即會對高強混凝土的堅固性及韌性產生直接性的影響，從而導致其無法達到質量標準的要求。

3.2 澆筑及振搗

澆筑混凝土是施工過程當中的一個重要步驟，在進行施工的過程當中，一定要對高強混凝土進行充分的振搗，從而確保能夠均勻地澆筑高強混凝土。在進行高強混凝土的振搗過程當中，一定要使用頻率較高的振動器，振搗一定要密實，盡可能地避免過度振搗，但是也不得漏振搗，以高強混凝土表面呈泛漿平坦狀為適宜。每一個位置的振搗時間維持在30秒左右，不宜過長，假如高強混凝土的粘度較高時，可將振搗的點適當加密。在進行澆筑施工之前，一定要確保混凝土被充分地振搗，避免未被振搗的高強混凝土被澆筑施工。不僅如此，還需要對施工完成之后的止水帶周圍的高強混凝土進行密實的振搗，確保在振搗過程當中止水帶不會發生位置偏移，而在對其他物件進行調運或者是拆模的過程當中，嚴禁損壞止水帶。

3.3 施工過程中的注意事項

在泵送高強混凝土時，一定要選用優異性能的設備最大泵送，高強混凝土的壓力，必須要小于最高泵壓的80%。為了預防高強混凝土因為外界因素的影響而發生裂縫，從原材料方面就要進行溫度保護及溫度控制，不僅如此，在施工現場還需要使用木模板來進行保溫，確保高強混凝土的表層溫度與中心內部溫度之間的溫度差小于25℃；確保高強混凝土周邊氣溫與表層溫度的溫差小于25℃。

在進行施工之前，一定要對施工當天的天氣情況進行了解并掌握，盡可能地避免在不良天氣下施工，比如說雨天及雪天都是不適合施工的，不僅如此，還需要在現場準備相應的覆蓋物，比如說塑料薄膜等，確保在緊急出現惡劣天氣時，可以對高強混凝土進行有效的保護，避免其受到雨水的沖刷而影響質量。

4 實例分析

4.1 實例概述

本次研究所列舉的九龍河交通工程隸屬于貊皮嶺分洪道工程，位于九龍河水道與公路的交叉位置。本次工程的設計主體單位是上海勘測設計研究院。九龍河交通橋工程的每跨長為20m，交通橋一共分成三個不同的跨段，橋面的寬度為8m，橋面高為25.6m，右側橋臺與左側橋臺均為70m。整個橋身的跨梁為空心板跨梁，使用預應力后張法，擴大基礎，肋板式結構作為橋臺，承臺底標高為13m，矩形承臺，矩形立柱橋墩。空心板跨梁共18根，每一單根梁長度為20m，重量為32噸，斷面面積為1.24m×1.0m，每根梁的右側和左側平行分別埋設鋼絞線拔管2根，拔管直徑為15cm，鋼絞線的直徑為0.7cm。

本次工程當中所使用的混凝土標號有四種：C15、C20、C25、C40。設計空心板跨梁砼為C40等級，與施工的具體需求相結合，這一個混凝土能夠緩凝超過6小時，且能表現出高流態、高強度等特點。但是，如果按照常規的方法來配比高強混凝土，無法確保高強混凝土能夠滿足高流態、高強度等一系列的需求。因此在設計混凝土的配合比時，與當地的具體可使用材料進行有機結合，通過外摻加來對混凝土進行優化，使得混凝土的實際需求得到有效解決，結果較為理想。

4.2 混凝土試驗原材料及結果

4.2.1 水泥

本次工程當中所使用的水泥來自于江西水泥廠所生產，其物理性能具體可參考表2。

表2 水泥物理性能

4.2.2 細骨料

本次工程當中所使用的細骨料生產地為信江大西鄉碼頭，經多次試驗結果證實，自然級配理想，細骨料的細度模數為2.64，具體物理性能見表3。

表3 細骨料物理性能

4.2.3 碎石粗骨料

在開始施工之前，調查了供應粗骨料的情況，并進行了檢測，物理性能見表4。

表4 粗骨料物理性能

進一步分析表4當中的粗骨料物理性能可知，人工碎石粗骨料存在著較大的比重，且強度較高，顆粒的配置也十分均勻，壓碎指標則相對偏小，較為適合用于高強混凝土的配置當中。

4.2.4 外摻劑

在對混凝土進行配置的過程當中，需要摻加外加劑，其主要目的是為了使得混凝土的性能得到進一步的提升及改善，從而能夠與工程施工的具體需求相滿足。通常來說，如果高強度混凝土的配置和易性較好時，通常選用堿水劑來進行添加，確保混凝土當中的水分可以進一步減少，和易性更加理想，同時還能夠使得混凝土的強度得到進一步的提升。如果對早強而又緩凝的混凝土進行配置時，可添加早強劑和緩凝劑，既能夠使得混凝土的早期強度得到進一步提升，同時還能夠明顯延長混凝土的凝結時間。而本次工程當中依據實際的需求選擇的為早強減水劑。

在確定外摻劑的最優使用量時，通常參考廠家所提出的推薦量，進行試驗后來確定。廠家所提供的推薦量為0.75%。而經實驗結果可知，隨著外摻劑含量的不斷增大，混凝土的坍落度也會明顯隨之變大；當外摻劑的摻量達到一定水平時，混凝土的坍落度沒有發生明顯的改變。

4.3 混凝土配合比

經過一系列的試驗之后，最終確定了混凝土的水灰比為0.45，具體的混凝土配合比見表5。

表5 混凝土配合比

需要注意的是，因為各種不同的原材料其存在的非均質性會導致混凝土的質量產生一定的波動，因此在實際的施工過程當中，需要依據實際的情況來進行適當調整，從而確保混凝土能夠滿足工程的實際需求。

4.4 效果

工程在施工過程中配比混凝土時選擇了就近原則，因此，混凝土的運輸時間相對較短，未能發生較為明顯的坍落度損失。混凝土的配合比經過了批準之后正式投入使用，配比得到的混凝土存在著較為理想的和易性，能夠與施工的實際需求相符合。混凝土入膜之后渾然一體，沒有發生泌水、離析及分層等不良現象。通過進一步的取樣檢測之后，確保配比得到的混凝土強度為50~53MPa，與設計的實際要求完全相符合。

在對設計進行不斷優化及完善的過程當中，采取了一系列的措施，經過工程實際檢驗，確保高強混凝土為工程的施工帶來了很多不同方面的經濟效益及技術效益：第一，確保滿足設計指標的基礎上，此次研究所配比的混凝土可以節約近80kg/m的水泥，同時還能夠減水約20%。第二，配比得到的混凝土，明顯增加了終凝之后的前期強度，從而使得施工模板的周轉速度明顯加快，利于施工進度的進一步加快。第三，作業條件完全相同的基礎上，此次研究所配比的混凝土在后期強度方面明顯提升，使得施工的強度質量得到了有效保障。第四，配比的混凝土明顯改善了其和易性，為施工操作也提供了更多的便利。第五，配比得到的混凝土存在著十分良好的緩凝作用，凝聚性及保水性，可以充分保障整個施工的工程質量。

綜上所述，高強混凝土在城市道路以及交通施工當中的重要作用，開始越發的凸顯，而伴隨著社會的不斷發展及技術的不斷進步，有關施工人員一定要與時俱進進一步的強化自身素養及自身能力，并且學習各種先進理念及先進知識，確保能夠使得城市道路與交通施工的質量得到進一步提升，確保能夠更高效、更高質地使用高強混凝土，使得高強混凝土能夠在道路工程及城市道路的施工過程當中發揮其應有的作用及價值。