高性能混凝土在桥梁工程中的应用

刘运昭

（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司石衡分公司，河北 石家庄 050000）

一、研究目的

高性能混凝土是一种可以满足特定功能与匀质性综合需要的混凝土。通过一般的传统材料和方法进行混合、铸造和养护都不能满足高性能混凝土的要求，它必须通过铸造和压实等方法来提高混凝土的长期力学性能、初始强度、刚度和体积稳定性，并延长其在恶劣环境中的使用寿命。

高性能混凝土通常与高强度混凝土有关。严格来说高性能混凝土不仅具有高强度，同时还具有较高的刚度、弹性模量与耐久性。使用一般混凝土建造的车道，由于其缺乏耐久性等性能，车道在使用过程中会出现不同程度的断裂、剥落等。而使用高性能混凝土能避免上述路面病害的出现。

二、研究方法

高性能混凝土的研究基于《混凝土配合比设计规范》（CJGJ 55-2011）、《普通混凝土混合物的性能测试标准》（CGB / T 50080-2002）、《普通混凝土力学性能测试方法标准》（CGB / T50081-2002）、《常规混凝土的长期性能和耐久性的测试方法》（CGBJ 82-85）。

三、工程原材料

（一）水泥

本研究所用水泥种类为低碱硅32.SR和42.SR。普通硅酸盐水泥化学成分化学成分和工艺性能如表1所示。根据硅酸盐水泥和一般硅酸盐水泥（GB175-99）的规定，MgO，SO3等成分含量和烧损失量符合要求，水泥稳定性合格，3d、28d的抗压强度和抗弯强度符合要求。

表1 普通硅酸盐水泥化学成分/%

（二）粗骨料

实验采用淄博宝山砂砾，其14天膨胀率为0.068%＜0.1%，存在无碱硅酸活性。将浇注桩、连接柱和盖梁的粗骨料混合成为10～30mm和5～10mm的两个等级，形成5～31mm的连续分级碎石。使用最大体积密度法测试，其体积密度在7：3的比率下最高，并且空隙率达到最低可能值。箱梁粗骨料单粒级粒径为10～20mm，符合规范要求。泥浆含量为0.5%，针状颗粒含量为7.75%，堆积密度为1510kg/m3。碎石颗粒的分级如表2所示。

表2 碎石颗粒级配累计筛余量/%

（三）细骨料

实验采用莱芜高庄的中砂，Mx=2.98，体积密度为1584.1kg/m3，其含有的有害物质均低于规定值，没有检测到玻璃岩结构或典型的碱活性组分，由此确定试验所用中砂是非碱性活性聚集料。砂试验结果如表3所示。

表3 砂检测结果

（四）外加剂

DB型氨基磺酸系高效减水剂，其与水泥具有良好的相容性，在60min内基本没有坍落，90min最大坍落度损失为24%。随着超塑化剂用量的增加，坍落度开始减少。加入复合超细粉末更有利于与高效减水剂发挥叠加作用，有效降低坩埚混合物的坍落度。例如，含有20%超细粉末的第一类外加剂在90min内仅损失16%，比不含超细粉末的第二类外加剂效果更好，保水性得到很大的提升。

（五）活性掺和料

活性混合物是粉煤灰和复合超细粉末的混合物；复合超细粉末是磨碎的矿渣和飞灰的混合物。粉煤灰和复合超细粉末的化学成分如表4所示。复合超细粉末可以大大降低混凝土的绝热温升，可以用来制备低水化热的大体积混凝土，有效地解决混凝土早期强度低的缺陷。此外，“双混”混凝土具有优异的耐腐蚀性、抗碳化性、防渗透性等。

表4 粉煤灰和复合超细粉的化学成分/%

通过使用复合超细粉末减少水泥用量来制备水泥浆，并通过测量测试锥的深度得出复合超细粉末的相对需水量。试验表明，随着复合超细粉末代替水泥的比例增加，可相应增加用水量以实现相同的流动性。当复合超细粉末的用量比例为15～25%时，需水量相对稳定；当其用量比例超过30%时，需水量则需要增加。从需水量指数来看，最佳剂量范围为15～25%。复合超细粉末替代水泥的适当比例为20%。水泥浆下沉程度如表5所示。

表5 水泥净桨沉入度/mm

四、结果与讨论

（一）高性能复合超细粉混凝土配制与工作性

在本文中，制备了多种不同的C40和C50混凝土超细粉末。表6中选择了具有代表性的混凝土配合比。第1至3组是C40混合比，第4至6组是C50混合比，第1组和第6组是比较参考混合比，第2至5组是超细粉末高性能混凝土混合比。

表6 混凝土配合比

根据表6的混合比制备的高性能复合超细粉末混凝土的性能试验结果如表7所示。试验结果表明，复合超细粉末的加入改善了混凝土的和易性并降低了混凝土的可加工性，同时也减少了坍落度损失和混凝土的泌水率。

（二）高性能粉煤灰混凝土的力学性能

根据表7和表8中的试验结果可以看出，本文制备的混凝土配合比（第2～5组）符合设计要求（数据参见表8），7d抗压强度达到设计强度的70%，28d达到设计强度100%或更高，90d的强度超过了比较混凝土的强度。压缩弹性模量大于33GPa，压缩弹性模量高于标准。由此说明了混凝土的力学性能。

表7 混凝土拌和物性能

表8 C40和C50混凝土力学性能

（三）高性能复合超细粉混凝土的长期性能与耐久性

根据表6中的配合比制造的高性能复合超细粉末混凝土的长期性能和耐久性试验结果如表9所示。

表9 高性能复合超细粉末混凝土的长期性能和耐久性

从结果可以看出：

（1）复合超细粉末的加入对混凝土的碳化有一定的影响。随着时间和复合超细粉末掺入量的增加，混凝土的碳化深度随之增加。水泥质材料加入量对其碳酸化具有明显的影响，随着混凝土中胶凝材料的用量增加，混凝土的碳化深度明显地降低。

（2）根据显色方法来确定混凝土中氯离子的腐蚀深度。结果表明，20～30%复合超细粉末混凝土中氯离子的渗透深度明显低于对照组。根据菲克扩散的第二定律，如果氯化物层受到环境侵蚀，保护层的厚度为30mm，混凝土的使用寿命可以超过75年。

（3）复合超细粉末混凝土的透水性比对比混凝土高，其最大渗透率小于对比混凝土。

（4）复合超细粉末混凝土的硫酸盐侵蚀性与对比混凝土相似。

五、高性能混凝土的应用

（一）高性能混凝土的概念与标准

高性能混凝土是目前广泛使用的一种新型混凝土，它具有耐用性、可加工性强和高强度的特点，被应用于公路、桥梁等建设中。高性能混凝土的广泛应用通常基于施工技术和要求的改进，并且根据性能的差异，也将在特定应用中进行对应选择。

（二）高性能混凝土在公路桥梁施工中应用的注意事项

高性能混凝土的配比需要考虑很多因素。为了保证混凝土的质量，最好选择用日常所用的自来水。在使用细骨料的情况下，可以选择河砂、粗砂或中砂。在使用粗骨料时，对粒径、颗粒形状等做相应的选择。水泥是混凝土配比中最重要的原料，因此，选择的水泥必须符合相关要求和标准，高兼容性、高分散性和减水性是基本标准。此外，还需要添加某种共混剂以有效降低水灰比，在最终搅拌过程中，还需要选择精密混合器。

六、结语

通过控制原材料的质量，使用双掺杂技术，优化硅比、结构设计、涂层表面防腐材料，加强在施工过程中的控制，可有效提高混凝土的耐久性指标。然而，不同掺和料与不同的掺和剂量对混凝土耐久性的影响程度也是不同的，应综合考虑各种因素对混凝土的影响，确定最佳混合比。