高性能混凝土在公路桥梁建设中的应用

赵 山

（甘肃第六建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

高性能混凝土属于全新的建筑材料，相对于传统混凝土其性能有了较大提升，特别是耐久性能够提升了100%，能够较大程度提升混凝土结构的安全性，进一步降低维护保养的频次，减少建筑垃圾的产生，可以实现更好的环境保护功能。另外，高性能混凝土具有较小的收缩徐变，非常适合应用在大体积、长跨距的桥梁以及高速公路等建筑中。随着近些年对于交通运输安全性、公路桥梁使用寿命要求越来越高，采取高性能混凝土进行公路桥梁建设，从而提升整体建筑的抗折强度以及耐久性已经成为行业发展方向，对其进行研究具有现实意义。

1 高性能混凝土特性分析

1.1 体积稳定性

体积稳定性是混凝土最为关键的技术指标之一，高性能混凝土的变形性能较低，其具有非常高的体积稳定性。一般情况下常规的混凝土的弹性模量仅为23 GPa，而高性能混凝土由于所用材料和配比都有所调整，其具有更高的弹性模量（≥40 GPa）。在确保混凝土稳定性指标时最为主要的影响因素为“干缩值”，一般情况下由于高性能混凝土具有较高的弹性模量和较低的水泥浆体，因此其干缩值在90天内始终保持＜0.04%的状态。

1.2 强度

一般情况下常规的混凝土平均抗压强度仅为100 MPa，而高性能混凝土的平均抗压强度则要高出一倍（可以达到200 MPa）。相对于常规混凝土来说，高性能混凝土无论是在抗拉强度还是在抗压强度方面都具有较大提升，其对于提升建筑设施强度具有重要作用。下表1所示为高性能混凝土的性能参数，以坍落度作为参数时，指标为180～240 mm；以凝结时间作为参数时，则是3～8 h。

表1 高性能混凝土的性能参数

1.3 自密实性

高性能混凝土具有比较好的流动性，其不容易发生离析问题，所以在实际应用时无需大量添加水分，因此高性能混凝土大流动性搭配拌匀后具有较好的自密实性，更便于浇筑施工。

1.4 水热化

石灰是混凝土中的材料之一，石灰会对水化反应和水热情况造成影响，同时石灰值与水化热具有正比例关系，随着石灰值的下降水化热也会有所下降，也更便于混凝土施工。对于高性能混凝土来说，其石灰含量较小，因此水化反应也能够稳定进行，不会产生大量水化热。

1.5 收缩以及徐变

对于混凝土来说，收缩与徐变刚好是相反发展的技术指标，对于高性能混凝土来说，其变化呈现出非常明显的阶段性差异特性。对于高性能混凝土来说，在收缩率方面，初期会随着强度的提升而有所增加，但是在中后阶段则会产生绝对相反状态的变化。而对于收缩性来说，相对温湿度对于其具有非常显著的影响，相对于普通混凝土来说，高性能混凝土无论是在徐变总量还是在速度方面都更低，性能更强。

1.6 耐久性

耐久性是高性能混凝土最为关键的指标之一，高性能混凝土由于具有非常高的密实性，所以其抗化学腐蚀性能更强，无论是在防渗还是在抗冻等方面都具有较好的性能。

1.7 耐高温性

受到较高温度影响，常规的混凝土容易产生爆裂的问题，此问题是影响建筑行业最为严重的问题之一。之所以会产生混凝土爆破的情况，主要原因在于混凝土密度对于内部水分有效排除有所限定，因此随着温度的上升内部气压也有所升高，进而形成非常大的内部拉伸力，从而产生爆破问题。而高性能混凝土内部存在一定量有机纤维，可以在内部形成较大的空隙，能够有效减少内部蒸汽压力，避免在高温情况下出现爆破的情况。

2 高性能混凝土在公路桥梁建设中的应用

2.1 工程基本概况

某桥梁工程是在已有桥梁靠海一侧新建一座双车道桥梁，同时要新建接线道路和某道路进行连接，施工内容主要包括：桥梁工程、接线道路的路基、路面、排水、交叉工程以及相关安全设施等等，除此之外也要在北部接线区域进行公交站台的建设。此桥梁工程以及相应接线路线总体长度约400 m，桥梁长度为85 m。该桥梁采取的是钻孔灌注桩基础，此桥梁上下部结构有所差异，其中上部结构主要采取的是预制预应力混凝土工型梁整体现浇桥面板，为了保证强度在横向方向设置6片工型梁，而下部结构主要采取的是钢筋混凝土双柱墩的方式，桥台主要采取的为钢筋混凝土座板台。

2.2 公路桥梁施工中应用混凝土存在的问题分析

2.2.1 蜂窝和气穴问题

由于公路桥梁施工时会受到天气环境、施工条件、人为因素等影响，很难严格控制施工所用材料的配比，从而发生不符合标准的情况，这就容易造成公路桥梁路面出现蜂窝以及气穴等情况。蜂窝以及气穴会严重影响到公路桥梁混凝土表面平整度，从而破坏混凝土结构的性能，进而影响到公路桥梁自身所具有的承载性能，随着时间的积累会大大降低公路桥梁耐用性以及安全性。

2.2.2 混凝土孔道产生流浆的情况

一般情况下公路桥梁工程建设完工之后都要通过注浆等方式进行孔道的处理，采取此种方式可以最大程度发挥出混凝土的作用，从而有效提升公路桥梁的建设质量。但是在实际操作过程中非常容易产生混凝土孔道流浆的情况，此种问题会对公路桥梁建设质量造成非常大的影响，会大大降低道路桥梁的稳定性，严重影响到工程建设的安全。所以一定要对混凝土孔道流浆情况给予足够的重视，采取针对性措施防止出现此方面的问题。

2.2.3 裂缝的情况

裂缝问题是公路桥梁施工中最为严重的问题之一，公路桥梁在实际使用时会受到自然环境、外部载荷等因素的影响而发生损坏。混凝土是由多种原材料构成的复合材料，很多原材料在外部环境影响下会产生性质的变化，这就容易引发公路桥梁路面或其他位置不均匀变化而形成裂缝。裂缝的出现会对公路桥梁路面稳定性造成非常严重的影响，造成路面所具有的抗压性能大大降低，从而给人们的出行安全造成威胁。

2.3 高性能混凝土在公路桥梁施工中的应用

2.3.1 严格控制高性能混凝土的配合比

为了有效控制高性能混凝土的属性，在配制过程中要选择较低水胶比，只有通过较低水胶比才可以减小混凝土孔隙率，从而有效控制渗透性获取较高性能的混凝土。另外，较低水胶比也是提升混凝土高耐久性、高强度的基础，通过分析可知，若是混凝土水胶比＞0.45，混凝土耐久性会下降，一般情况下高性能混凝土水胶比保持在0.2～0.4之间。在进行高性能混凝土配制过程中要按照具体应用条件掺入不同的拌合料，以此来提升混凝土使用效果。同时，在高性能混凝土配制时减水剂是重要的组成部分，为了确保减水剂和水泥具有较好相容性，要控制减水率＞20%，并且总掺入量≥1%。除此之外，高性能混凝土配制时要严格控制的另一因素就是骨料直径，严禁在其中加入片状或者针状骨料，随着骨料直径的下降混凝土的强度也会有所上升。一般情况下高性能混凝土骨料直径都在20 mm以下。

2.3.2 高性能混凝土在公路桥梁施工方面的应用

公路桥梁施工过程中要充分考量桥梁具体结构、其所处施工环境等方面的影响因素，要求所使用的混凝土不但要具有较高的强度，同时在耐冲击性、抗腐蚀性等方面也要较强。一般情况下在进行离岸结构物、长大跨桥梁等建设时会应用高性能混凝土，其更多应用在主梁、墩基、墩部等方面建设。

第一，混凝土的拌制。高性能混凝土属于多种原材料的混合料，对其进行配料拌制是确保其性能非常关键的工序。混凝土的配料和拌制一般都是连续进行的（高性能混凝土拌制时间≥120 s），对于体积相对较大的混凝土来说，要采取施工区域集中拌制的方式，可以利用混凝土泵以及搅拌车等对其进行运输，之后将拌制完成的混凝土输送到相应施工点，最后利用混凝土布料机将混凝土输送到模板当中并振捣成型。在正式应用拌合前要根据相应标准（《混凝土搅拌机技术条件》）对于混凝土拌合物匀质性进行检验，在进行混凝土搅拌之前要对粗细骨料含水率进行仔细测定，特别是要加强对天气变化的监控，明确粗细骨料含水量的变化情况，从而能够第一时间对配比进行调整。

混凝土拌合物要保证颜色的一致性，避免产生离析以及泌水的问题。混凝土生产时需要定期对于拌合物的相应指标（包括：坍落度、含气量、入模温度、泌水率等）进行检验，并且要预留试件以便对其力学性能、耐久性等进行试验。

第二，混凝土的输送。相对于常规的混凝土来说，高性能混凝土的水灰比相对较低，具有更大的粘性，不利于其流动，所以对于高性能混凝土进行输送时最关键的问题之一就是泵送问题。在进行混凝土运输时，采用何种设备以及方法主要考量到如下几方面因素，包括：构筑物的结构形式、混凝土的总体积、每天或每小时浇注的混凝土量、水平及垂直运输距离和道路条件以及现有的供应情况、气候条件等。总体来说，高性能混凝土运输要满足如下几方面要求：①运输时需要保证其均匀性，避免出现离析问题，防止浇筑之后产生麻面、蜂窝等问题；②混凝土运输到施工区域后一定要保持原有配比的流动性；③在运输时间方面，需要确保混凝土在初凝之前将其浇入到模板之内并完成振捣；④一旦混凝土运输时出现了离析问题要及时报告给试验负责人，相关工作人员要对具体情况进行分析并处理。

第三，混凝土的浇筑。浇筑之前要做好相应准备工作，重点对模板的位置准确性、构件尺寸、预拱度等进行监测，同时也要明确预埋件的位置和数量。正式浇筑前要将模板内部各种杂物清理干净，浇筑时需要及时完善工程日志。在进行混凝土浇筑过程中，出料时一定要时刻查看混凝土均匀度、和易性、坍落度等情况，若是采取钻孔灌注桩基础，那么要特别关注首次灌注量、导管埋置深度等，要安排专人加强对泵管的检查，避免发生漏水漏浆的情况。将混凝土从料斗内卸出时要控制自由倾落高度≤2 m，而竖向结构进行混凝土浇筑时控制自由倾落高度≤3 m，若是条件不满足的情况下要采取斜槽、溜管等进行下料。同时要对孔内部混凝土面标高进行仔细监测，特别是要对入孔数量、孔深等内容进行检查。在进行承台施工时，由于平面面积较大，所以要采取竖向分层、横向分块的施工方式，要保证混凝土、钢筋、模板等施工工序可以有效衔接。为了确保混凝土施工较高质量，要采取分层的方式进行浇筑，每一层厚度要控制在100 cm之下。另外，混凝土要尽可能保持连续浇筑，要确保在下层混凝土完成初凝之前进行上层混凝土的浇筑及振捣，从而确保两层之间能够有效结合。在混凝土浇筑过程中要多频次观察模板、支架、钢筋、预埋件、预留孔洞的变化，一旦出现变形问题要马上暂停浇筑，并应在已浇筑的混凝土凝结前休整完好。

第四，养护。之所以进行养护，就是要确保混凝土在合适的温湿度情况下进行凝结，最大程度发挥水泥的作用，从而得到高性能混凝土。对于采用高性能混凝土的公路桥梁来说，在进行养护时需要参考类似工程经验并进行优化。目前应用最多的就是低温整齐养护，或者采用水进行养护，可以有效提升工程建设质量，同时也可以节省修复成本。

3 结束语

公路桥梁是社会发展中最为关键的基础设施之一，近些年随着各方面投入的增加，其建设规模越来越大，大大推动了各地区经济的发展。同时对于公路桥梁各方面要求也大大提升，所以要不断优化完善公路桥梁的施工技术。在公路桥梁建设中采用高性能混凝土对于进一步提升工程质量、延长使用寿命具有重要作用。文章主要对高性能混凝土的特性进行了简要概述，同时对于公路桥梁混凝土施工中存在的问题进行了分析，在此基础上提出了高性能混凝土具体应用内容。通过文章的介绍能够对高性能混凝土的实际应用提供一定参考和帮助，对于推动公路桥梁发展具有现实意义。