高强混凝土在城市道路与交通工程中的实践应用探究

2021-05-31栾远亮

建筑与装饰 2021年14期

栾远亮

晟远工程设计集团有限公司山东烟台 264000

1 高强混凝土在道路与交通工程应用中的作用

（1）减小体积。在道路与交通工程中，高强混凝土结构与常规混凝土结构相比，能在减小建筑构件截面尺寸的基础上，确保建筑构件仍然满足道路与交通工程的各项质量与性能要求，使道路与交通工程中的相关构件能够在使用高强混凝土的情况下，达到有效降低构件自重、缩小截面尺寸的目的。比如道路与交通工程中的某些受弯构件可以使用高强混凝土浇筑，通过更高的配筋率有效缩小截面高度，使其满足道路与交通工程的设计要求[1]。

（2）提升刚度。与常规混凝土结构相比，高强混凝土结构的刚度较大、变形较小。在道路与交通工程施工中，对于部分有特殊刚度、特殊变形等要求的结构可以采用高强混凝土材料，以满足道路与交通工程结构设计的全面要求。

（3）延长寿命。高强混凝土结构与常规混凝土结构相比还具有更长的使用寿命，尤其是当前以高强混凝土材料为基础的预应力技术，其在道路与交通工程中通过人为控制应力而充分使道路与交通结构中部分受弯构件的抗弯刚度与抗裂缝能力得以提升，有效预防道路结构因长期在露天、潮湿等环境下发生的结构变形、结构裂缝等问题，对提升道路与交通工程的建造质量与延长使用寿命具有重要意义。

（4）提高安全性。由于高强混凝土本身掺杂了矿渣、矿粉、硅粉等诸多材料，因此高强混凝土结构的刚度、抗压强度、抗震能力等均优于常规混凝土结构。同时，硅粉等材料也使得高强混凝土结构的耐磨能力、耐冲刷能力等得以提升，使其在道路与交通工程中具有更好的抗河流冲刷能力，对确保道路与交通工程的安全性、耐久性起到非常重要的作用。

2 影响高强度混凝土施工质量的几个因素

第一，水灰比因素。结合高强度混凝土特点可以得知，如果其水灰比比较大，会降低其自身强度。第二，外加剂和矿物混合料。在高强度混凝土当中，加入适量的减水剂和缓凝剂，能够有效提高混凝土施工强度。同时，加入一定量的矿粉，能够提升混凝土密实度，确保混凝土密实度得到有效提高。第三，集料。如果集料强度比较低，会降低高强度混凝土的施工强度，若水泥和集料间的黏结力较小，会严重影响混凝土坍落度，出现此种现象的主要原因是集料表面存在较多杂质，清洁度比较差。同时，如果高强度混凝土的水泥用量相同，在此条件下，若水泥用量过少，需要适当提升集料粒径，进而有效提高混凝土施工强度。

3 高强混凝土在城市道路与交通工程中的实践应用

在将高强混凝土结构应用于道路与交通工程的过程中，必须分析高强混凝土材料的诸多特性，同时要结合当前道路与交通工程的实际设计要求，做好对高强混凝土材料各项参数特征的计算，确保高强混凝土结构能够充分满足道路与交通工程的质量与性能需求。总体上，在将高强混凝土结构应用于道路与交通工程中时，应当依照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）中的有关要求，充分计算高强混凝土的各项力学性能指标，并注意以下事项。

3.1 高强混凝土配比

在进行高强混凝土配比时，必须确保其中各类原材料的综合性能和质量，发挥各类原材料在高强混凝土配比中的作用，促使高强混凝土的实际质量和应用价值得以保障。就目前来看，在道路与交通工程中高强混凝土配比原材料主要包括水泥、复合材料、细集料、石英砂、粗集料和外加剂等。其中水泥材料多为普通硅酸盐水泥，在高强混凝土配比时要保证水泥材料的使用性能。

高强混凝土配比中的复合材料主要由硅灰、矿粉和粉煤灰组成，为此需要保证各类基础材料配比达到理想的混合效果，以发挥在高强混凝土配比中的实际作用，使得高强混凝土可以满足道路与交通工程项目建设要求。在进行高强混凝土配比中，对于细集料，应确保其细度模数和含泥量均达到合理状态，发挥细集料在高强混凝土配比中的作用，将高强混凝土综合调配和后期配比试验在具体实施过程中出现问题的概率降到最低；对于石英砂来说，在投入使用前应对石英砂颗粒组成展开研究分析，及时解决具体组成过程中出现的问题，避免石英砂材料在实际应用过程中影响配比；在粗集料选取中，必须保证各项指标均满足高强混凝土配比要求，将其压碎值、针片状含量、含泥量等参数控制在规定范围内，必要时在完全清洗后投入使用，以提升高强混凝土的配比效果[2]。

3.2 深梁抗剪能力计算

设计人员除了要依照规范内容计算常规状态下高强混凝土深梁结构的抗剪能力以外，还需要对极限状态下高强混凝土深梁结构的界面抗剪能力进行计算，以确保高强混凝土深梁结构在极限状态下的抗剪能力，对其整体应用效果有更加全面的把控。

3.3 观察受压区高度界限系数

设计人员要计算钢筋混凝土与预应力混凝土构件在正截面上的极限状态承载能力，尤其是在高强混凝土结构的受压区域，计算人员要依照规范要求并根据抗压设计强度的计算结果，观察受压区域的界限系数是否符合道路与交通工程的设计需求。

3.4 钢筋混凝土轴心受压构件正截面强度计算

由于高强混凝土结构在道路与交通工程应用过程中，其构件中箍筋的约束作用受高强混凝土材料的强度影响，相较于常规混凝土更弱，因此设计人员需要对钢筋混凝土轴心受压构件的正截面强度进行计算，结合箍筋的套箍系数确保计算结果的合理性。

3.5 钢筋混凝土斜截面抗剪强度计算

高强度钢筋混凝土板梁结构的剪切破坏形态同样涵盖了剪压、斜拉等不同类型，同时上述形态均受高强度钢筋混凝土板梁结构的剪跨比与含箍系数影响。因此，相关人员在使用高强度钢筋混凝土的过程中，还要注意预应力对于钢筋混凝土结构的影响，要根据钢筋混凝土斜截面抗剪强度计算结果确定预应力的处理方法。

4 实证研究

（1）工程概况。一座城市路桥交通工程位于城市码头前，毗邻黄海。由于地处海边，时间受海风影响。风力过大时，容易引起局部桥梁混凝土的干缩和裂缝问题。找平层设计厚度6cm，设计强度C50。施工中高强混凝土混合料的选择主要是根据当地材料。施工现场周围有片麻岩和玄武岩两种混合料。前者的破碎值为11%，后者的破碎值为6%。根据本桥交通工程施工的后续要求，最终选用5～16粒级玄武岩作为高强混凝土作业材料。

（2）技术要求研究。在城市道路桥梁交通工程建设中，由于桥梁属于货运专线箱梁，在进行桥梁耐久性标准设计时，应在满足施工要求的基础上，进一步提高施工要求。根据《高强混凝土暂行技术条件》的要求，本桥交通工程在实际应用高强混凝土时，其性能和耐久性按以下标准进行，规范见表1。

（3）施工工艺研究。根据某桥梁交通工程的施工要求，提出了在现场施工中，为促进施工过程中高强度混凝土的施工方法。具体操作步骤如下：①为保证高强混凝土强度，促进水泥用量的降低，选用p.o52.5高性能水泥；②在固定水灰比的基础上，更换10%水泥材料，为避免海洋气候对桥梁交通工程的影响，本工程采用改性材料，造成混凝土裂缝，本施工采用高强混凝土与聚丙烯纤维混合，掺量1kg/m2。④ 聚丙烯纤维掺入后，高强混凝土的流动性和坍落度降低。⑤ 为进一步优化高强混凝土的流动性，在高强混凝土中应加入适量引气剂，引气剂用量不得超过施工规范。