高性能混凝土在公路桥梁施工中的应用

马海燕

（山西路桥第一工程有限责任公司六处，山西 太原 030006）

经济的飞速发展给公路桥梁工程建设带来机遇，同时也带来了很大挑战。以往，普通混凝土在使用过程中存在弹性差、强度不足、耐久性不佳、易变形等诸多问题，给公路桥梁工程质量带来了一定影响。高性能混凝土的出现和使用很好地解决了以上问题，并很快受到公路桥梁工程建设者的青睐。如今，高性能混凝土已经是公路桥梁施工建设中不可或缺的材料，它弥补了普通混凝土的不足，在保障公路桥梁建设质量方面发挥着重要的作用。

1 工程概况

某高速公路桥梁全长818m，主桥长610m，桥孔跨布置为3×4m+（80m+3×150m+80m）+2×40m。该桥梁为截面预应力混凝土连续刚结构，引桥长40m，采用预应力混凝土T梁，先简后支结构。主跨长150m，最大墩高105m，桥宽13m。本文将主要阐述该公路桥梁工程主墩高性能混凝土的配制与施工问题，目的是通过高性能混凝土试验，配制出符合工程需要的混凝土材料，合理施工，最终达到提升桥梁稳定性、延长桥梁使用寿命的目的。

2 高性能混凝土在公路桥梁工程中的应用特点与优势分析

高性能混凝土相对于普通混凝土材料，在公路桥梁工程建设中有以下几项优势。

（1）高强度

高性能混凝土相对于普通混凝土材料具有更高的强度，因而将其应用于公路桥梁工程构建中，能够使构造物具备更好的抗拉性能、抗剪性能和抗压性能，从而能够在较高的荷载下保持结构的稳定和安全。

（2）耐久性

高性能混凝土具有很强的耐久性，这得益于高性能混凝土优良的抗腐蚀性能、抗冻性能、抗裂性能、抗渗性能，将其应用于公路桥梁工程能够更好地保障公路桥梁建设的使用寿命。

（3）稳固性

一般的混凝土在受力时或温度影响下极易发生变形，出现裂缝。高性能混凝土的体积具有高稳固性，即使受到高温或高强度外力影响，也不容易变形，能有效保证公路桥梁施工质量。

因此，将高性能混凝土应用于公路桥梁工程有着很强的可行性，而实际施工中应结合工程具体情况对高性能混凝土的配比和施工工艺进行优化，本工程选用C50高性能混凝土，并通过多次试验优化了其配制工艺，取得了理想的应用效果。

3 高性能混凝土试验方案

本工程中，高性能混凝土的主要原材料包括：邯郸P.O42.5级水泥，I级粉煤灰，S95级矿渣粉；细骨料为河北内丘马河砂；粗骨料为5～20mm两种级配碎石，分别为石a和石b；主要外掺剂采用减水率为26.5%的减水剂。

本次试验主要分为原材料常规性能试验和混凝土表面渗透性试验两部分。

（1）常规性能试验。主要是依据《公路工程集料试验规程》对集料的强度、级配、空隙率等进行试验检验，依据《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》对混凝土的早期收缩量、抗冻性能等进行试验检验。

（2）混凝土表面渗透性能试验。制作600mm×600mm×600mm的高性能混凝土试件，成型后洒水养护约14d，通过Permit离子渗透仪以及混凝土表面氯离子扩散系数公式检测和计算高性能混凝土试件的渗透性。式中：Dmig表示氯离子迁移系数；T表示稳态下外室溶液平均绝对温度；R表示通用气体常数；Z表示例子原子价；C表示离子原溶液浓度；F表示法拉第常数；E表示正负极电势差；L/A表示流动长度与外部面积比。

本工程施工中结合上述试验情况对高性能混凝土的配合比、矿料掺加、骨料采用、表面强化等因素进行了进一步的研究、优化和试验。

4 高性能混凝土施工方案

结合上述试验所得结果以及相关技术标准及本工程项目施工实际情况，认为应就高性能混凝土构件施工采取以下方案。

（1）矿料的掺加

C50高性能混凝土的基准配合比为：水泥∶水∶砂∶碎石∶减水剂=460∶44∶690∶1126∶4.6。由于每个高速公路桥梁工程项目对混凝土构件的强度、密实度、稳定性和耐久性的要求不同，而本工程为特大桥梁工程，其桥墩混凝土构件的性能对整座桥梁的稳定性、安全性影响较大，因此，对各种粗、细骨料对混凝土的性能影响，以及外加剂剂量对混凝土性能的影响进行了深入研究，认为本次施工中有必要在基准配合比的基础上进一步优化配合料的掺加。采用煤粉灰与矿渣双掺的方式，将矿料的掺和量控制在40%，经过试验检测，发现双掺的方式能够有效提升混凝土的密实度。此外，这种掺加方式能够在一定程度上降低高性能混凝土的水灰比，进而进一步提高混凝土密实度。

（2）骨料紧密堆积

提升骨料堆积的紧密性对于提高混凝土的密度和强度有着重要的意义，通过优化骨料堆积形式，使其紧密度提高，能够较大幅度地减小胶材的用量，进而改善混凝土的力学性质，延长其使用寿命。

本工程施工中，通过激光粒度分析等方法对混凝土粗、细骨料和胶料进行测试，在此基础上利用Andreasen模型P=(d/dmax)q（其中P代表累计筛余百分数；dmax代表最大粒径；q代表Fuller指数）计算出较为理想的配比。对经计算所得配合比的C50高性能混凝土进行紧密堆积试验，发现与预期成果存在一定的误差，对其进行人工修正后，得出并采用了以下配比：水泥∶粉煤灰∶矿渣粉∶砂∶石a∶石b=326∶84∶52∶690∶676∶450（该比例为体积比）。施工中发现这一方式有效降低了胶料用量，混凝土的各项性能得到显著提高。

（3）采用透水模板布

通过对以往的公路桥梁工程混凝土构件病害的观察发现，剥蚀、裂缝等问题通常是由混凝土构件的表面逐渐发展至钢筋部位的，可见混凝土构件表面的抗裂性能、强度、抗腐蚀性能，在很大程度上决定着混凝土构件的安全性和耐久性。而混凝土的孔隙率是决定其表面质量的一个重要因素，采取有效的措施来降低混凝土构件表面孔隙率，对于减少裂缝、剥蚀等病害的发生有着重要的意义。

本次施工中采用了透水模板布，旨在进一步强化混凝土构件的表面。通过Permit测试仪和公式（1）测试和计算透水模板布的使用效果，发现混凝土表面的氯离子扩散系数由未加透水模板布前的0.78×10-12m2/s下降至0.11×10-12m2/s，说明混凝土表面结构得到了显著强化，可见透水模板布的使用产生了理想的效果。

5 结论

将上述方案应用于本工程项目主桥墩混凝土构件的施工中，取得了良好的施工效果，适应了工程实际施工条件，达到了工程设计的相关要求，因而认为高性能混凝土在公路桥梁工程中的应用效果很好。此外通过采取一定的措施提升了高性能混凝土的性能，这些措施包括：采用矿渣、煤粉灰双掺，将矿料分量控制在40%左右；采用Andreasen模型的应用提升混凝土骨料堆积密度；将透水模板布应用于高性能混凝土构件。

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