高性能混凝土技术在公路桥梁工程施工中的应用研究

唐 凌

(中国能源建设集团广东火电工程有限公司,广东 广州 510000)

0 引言

高性能混凝土在满足结构要求的各项力学性能基础上，其耐用性远远高于普通混凝土，因此深受施工单位的青睐。在公路桥梁工程中，高性能混凝土可以充分发挥其高耐久性、高工作性和高体积稳定性的优点，保证结构使用寿命，是当前公路桥梁建设的首选。道路桥梁是我国社会经济发展的重要纽带，在近几年来随着道路桥梁建设项目的日益增多，交通运输行业也得到了快速发展。对于道路桥梁施工建设单位来讲，高性能混凝土对施工来说是一种安全且能保障施工质量的有效材料，因此，在道路桥梁施工中应用高性能混凝土技术，将极大地提高公路桥梁的结构耐久性，保证施工质量。

1 高性能混凝土的特点

1.1 物理性能优良

高性能混凝土的力学性能良好，它的最大特点就是抗压强度很高，可以承受很大的压力而不会开裂，同时其抗拉强度相比普通混凝土也有较大的提升。此外，通过掺入引气剂和混凝土专用纤维，高性能混凝土会表现出极强的韧性，可以有效地承受地震荷载、疲劳荷载和短时冲击荷载。

国内外相关研究也表明，通过适量掺入粉煤灰等矿物质粉能够使同龄期标养或蒸养的高性能混凝土表现出较低的徐变度，从而保证高性能混凝土抗压强度、抗拉强度和弹性模量等物理力学性能的长期稳定性。由于其优异的力学性能，使用高性能混凝土可以大幅降低公路桥梁结构的维护工作量，节省大量的人力物力。

1.2 结构耐久性强

高性能混凝土的耐用性极强，即便是在恶劣的气候条件下，也能保持良好的稳定性。由于表面经受长期的风吹日晒，再加上大气二氧化碳的影响，普通混凝土会发生碳化及剥离现象，从而危及到公路桥梁的结构稳定性。而高性能混凝土由于其密实的界面结构和较低的总孔隙率，具有良好的抗渗性能，可以有效地减少这种损伤，保证其在使用中的长期稳定性。

另外，现在的高性能混凝土会掺入一定配比的超细矿粉，这会进一步减少水泥和骨料之间的孔隙，改善孔隙结构，在高性能混凝土早期强化过程中显著提高其抗裂性能。因此，高性能混凝土的抗冻融、抗硫酸盐腐蚀及其它酸性和盐类腐蚀的性能相比普通混凝土有较大的提升。有试验表明，经过250次冻融处理后，高性能混凝土的力学性能几乎没有变化，表明该高性能混凝土可以抵御外界温度的改变，并能维持其优异的性能[1]。

同时，高性能混凝土通过较高的原材料选择标准以及在拌合、振捣、浇筑过程中严格的工艺控制，使混凝土在硬化过程中更加均匀、致密，保证其体积稳定性的优点，有效避免公路桥梁形变，确保公路桥梁的长期使用。

1.3 性价比高

同等强度的高性能混凝土与普通混凝土相比，通过高性能减水剂的掺入，用水量减少，在同等水胶比情况下，水泥用量更少，粉煤灰的掺入也使混凝土材料成本进一步降低。在工程实际施工中，通过高强高性能混凝土的使用，能够减少混凝土和配筋用量，减少工程直接材料成本。

2 道路桥梁施工中高性能混凝土应用存在的弊端

2.1 高性能混凝土在道路建设中存在的弊端

在公路工程中，由于造价高昂、工程造价大、工期长，往往建设单位会被迫缩短工期、降低投资，导致道路建设施工中，高性能混凝土的强度和耐久度得不到保障。另一方面，高性能混凝土施工要求有很高的材料品质和技术水平，但因受生产人员及有关技术人员业务水平的局限，导致了高强混凝土的配比不够好，从而降低了混凝土的抗压能力和耐久性。

2.2 高性能混凝土在桥梁建设中存在的弊端

在高架桥的施工中，由于其承载力要求较高，因此对其支撑的稳定性要求较高。由于暴雨和其他自然灾害造成的桥面侵蚀，会导致桥体承载力下降，易发生断裂、损坏等问题，从而增大了行车安全隐患。高性能混凝土自身的防腐蚀、防潮、高温等特性使得其耐久性能得到了极大的提高，然而随着荷载的增大，其承受的压力也越来越大，因此其磨损问题也越来越明显，维修费用很高，而在维修上，政府并没有太多的关注，导致高性能混凝土的耐久性下降。

2.3 高性能混凝土得不到创新和推广，发展缓慢

目前，我国的高性能砼由于施工技术落后，无法达到工程建设的要求，导致其工作效率和工程品质下降，同时其性能指标也在不断地改变。相关技术单位的投入程度低、工作积极性不高、工作人员缺乏沟通等因素制约了高性能水泥的发展，致使高性能混凝土的应用革新缓慢。另外，在某些边远的地方，公路和桥梁仍在使用着普通水泥，没有普及到优质水泥，导致了我国的城市发展不够健全。在科学技术突飞猛进的发展过程中，车辆的大量应用给公路、桥梁带来了更大的负荷，而高性能混凝土的抗压强度已经远远落后于时代，导致路面、桥梁的损坏和断裂现象十分普遍，给城市交通带来了极大的不便。

3 公路桥梁工程中高性能混凝土的使用策略

3.1 公路工程高性能混凝土的使用对策

高性能混凝土的可塑性和耐用性都很强，而且它的体积也非常的稳定，可以很好地处理雨水冲刷、冰冻等恶劣的气候条件。因此，在公路建设中应注意控制高性能混凝土搅拌材料的流动。在保证高性能砼的良好品质的前提下，保证其具有较低的分离和较高的流动状态。鉴于塌落程度是混凝土的关键因素，因此，在设计高性能砼时，应充分重视塌落程度的因素，从而确保公路工程的安全运行，确保公路的长期利用，同时也为国家的发展和现代化奠定坚实的基石。

3.2 高强砼在桥梁建设中的应用对策

高性能混凝土力学性能好，容易浇注，并且具有良好的体积稳定性和低离析能力，因此，在桥梁建设中，高性能混凝土得到了广泛的应用。因为气候、土壤、环境、人为等因素对桥梁的性能造成了很大的影响，因此高性能混凝土的这些特点可以有效地保障桥梁的使用寿命。由于其自身的特点，在施工时应注意浇注后的润湿保温，使它能最大限度地发挥高性能混凝土的特点，以确保结构的稳定性，避免结构开裂，这也是桥梁建设的关键。

3.3 符合桥梁施工的各项要求

在桥梁施工中使用高性能混凝土，不仅可以增强桥梁的强度、耐用性和稳定性，同时，在建筑中大量使用高质量的水泥，既能充分利用它的优点，又能保证桥梁的安全性，加速施工，保证工程的工期。在结构体系中，自重是结构中的重要组成部分，高性能混凝土在降低结构重量、减小截面高度、增加耐久性、增强结构强度方面具有重要意义[2]。

3.4 增强桥梁跨预应力

随着科技水平的提高，人们对桥梁的需求也随之提高，我国的交通运输也有了很大的发展。高性能混凝土对桥梁进行了加固，使其预应力性能和强度得到了明显的改善，从而保证了施工中的安全。

3.5 满足桥梁施工的要求

在桥梁施工中，采用优质的水泥是十分必要的，从而使其在结构、强度、耐久性、刚度等方面都能得到极大的改善，并能完成自动化的抽水和工业用的预混合料的生产和建造。为了满足现代建筑技术的需要，在桥梁建设中引入了高性能混凝土，以达到增强结构强度的目的。此外，利用高性能混凝土还可以有效地改善其结构的稳定，降低造价，减少资源的利用，加强结构的刚度，提高桥面的寿命。

4 高性能混凝土的施工质量控制

高性能混凝土配合不仅要达到设计强度、耐久性、工作性能等指标，还要考虑到原材料质量控制、配合比优化、施工控制、加强养护等四个方面。

4.1 原材料控制

高性能水泥的组成成分一般如下：水泥、粗骨料、细骨料、掺合料、水、添加剂等。水泥可以选用普通或42.5级的硅酸钙，也可以选择粉煤灰和矿渣水泥，其标号要统一，质量要稳定，不要一味追求高标号。粗集料选用粒度合理、级配良好、洁净的小块，颗粒尺寸通常小于25mm，否则有可能会导致离析等问题。细骨料一般用结构均匀、吸水性好、干净自然的天然或人造中粗砂。高性能混凝土添加的掺合料主要有粉煤灰、矿渣、硅灰等。大量掺合料的加入能有效提高高性能混凝土的抗渗性，同时也能降低混凝土原材料成本，控制工程造价。拌合用水对高性能混凝土也有较大影响，一般应要求纯净无毒，使用之前进行PH值、CL-及SO4等检测，避免对混凝土和易性和耐久性产生影响。高性能混凝土混合料的质量必须满足《混凝土拌合物用水标准》(JGJ63-89)中有关规定。

4.2 配合比控制

水胶比的控制对提高高性能混凝土的抗渗性、耐久性和抗压强度具有十分关键的作用。当水泥配比太大，会减弱混凝土的抗渗性能，所以必须严格控制水泥配比，同时过量使用水泥会导致高温、低的耐蚀性、初期的低强度，因此，在高性能混凝土中，应该降低水泥用量。水泥用量降低，为了保证胶凝材料量，可以选择粉煤灰、矿粉等掺合料替代。粉煤灰含有大量的玻璃微珠，可以分散水泥颗粒，一方面可以减少同稠度下的用水量，另一方面粉煤灰细度较小可以改善集料的颗粒级配，填充混凝土内部空隙，保证混凝土的强度和密实度[3]。

4.3 施工控制

搅拌过程控制。相比普通混凝土，高性能混凝土搅拌时间较长，搅拌前需要有预搅工序，搅拌使用的原材料必须严格按照施工配合比要求进行称量，称量偏差一般要符合如下规定：水泥和掺合料≤±1%，集料≤±2%，水≤±1%，外加剂≤±1%。

浇筑过程控制。浇筑前应检测坍落度、水胶比、温度等高性能混凝土的工作性能。混凝土下料应该控制自由下落的布料高度不大于2m，以免发生混凝土离析。在浇筑期间，监理工程师应主动检查模板，确保其尺寸、平整、清洁度符合要求，并定期复查钢筋的各项指标，确保其符合设计规范。在施工中必须遵守施工规范，混凝土不得与模板、钢筋发生碰撞。

振捣过程控制。在高性能混凝土施工中，振捣是一个质量控制关键工序。因此需要根据施工现场实际情况选择振捣设备，不漏振和过振，确保混凝土中的粗集料重新被分散捣实，减少混凝土蜂窝麻面现象，有效提高浇筑质量。

4.4 高性能混凝土的养护

养护是混凝土成形过程中的一个重要环节，其对水泥的力学性能有很大的影响。相较于普通混凝土，高性能混凝土具有较低的水灰比，这会导致混凝土内部水分不足，在初期凝固后由于混凝土表面水分的损失，产生微小的收缩裂纹。同时高性能混凝土早期强度提升快，3d强度一般能达到设计强度的60%，因此必须加强其早期养护，以确保其在适当的情况下能正常硬化，并使其强度快速增加。

高性能混凝土在实际施工中主要还是以湿养和涂养护剂为主，通过带模养护和浇水养护辅助结合的养护方法保证其工艺质量。初期养护应从高性能混凝土浇筑完成后立即开始，在终凝完成后通过湿养护避免混凝土过早脱水，同时要根据设计要求对混凝土进行温度控制，防止混凝土内外部温差以及环境温差过大，从而降低其强度和耐用性。

5 结 语

目前，高性能混凝土技术发展迅猛，已广泛用于公路、桥梁等领域，对国内基础设施建设和国民经济开发有着重要的实际应用价值。结合工程建设的需要，应充分利用高性能混凝土自身特性，通过高强水泥研发，矿物掺合料配比优化，复合高效外加剂掺入，优质集料选择等多种技术措施使高性能混凝土应用技术不断完善发展。随着科学技术的进一步发展，在公路桥梁工程中，混凝土的使用越来越普及，其综合性能也越来越好，而高性能混凝土甚至超高性能混凝土的推广使用，不仅能够节约大量的建设成本，而且还能促进城市基础设施的可持续发展。在实际工程施工中，我们需要对高性能混凝土在道路桥梁工程施工中的特点来进行全面剖析，在最大限度挖掘高性能混凝土应用在道路桥梁工程施工中的技术优势的同时，还要规避影响道路桥梁混凝土施工工程质量的不良因素，进一步提升其在道路桥梁工程施工中的耐久性和安全性，以促进道路桥梁工程施工顺利实施，保障工程质量。