公路工程高性能混凝土应用探究

刘文君

烟台高新技术产业开发区公路建设养护中心 山东烟台 264003

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。随着经济社会的不断发展和许多特殊建筑物的不断建造，对混凝土的强度和性能要求也越来越高。普通混凝土已无法满足工程材料质量以及施工技术水平要求，因此，高性能混凝土 （HighPerformance Concrete，简称HPC）的出现填补了这一空白，推动了混凝土技术的发展。

1 高性能混凝土的性能及发展趋势

1.1 高耐久性

混凝土结构的耐久性应根据结构的设计使用年限、结构所处的环境类别及作用等级进行设计。混凝土结构的耐久性直接影响到混凝土结构能否承受设计荷载。高性能混凝土是一种不同于普通混凝土的建筑材料，最显著的特点是它的高耐久性。高耐久性高性能混凝土在建筑工程中的应用，可以显著提高使用寿命和工程寿命，大大节约资源和保护环境。

近年来，我国高耐久性混凝土的应用取得了重大的成就。例如三峡大坝、港珠澳大桥等设计使用年限都达到了100年。未来重点大型工程都将广泛使用高耐久性混凝土，有效提高建设项目的经济效益和社会效益。

1.2 高工作性

混凝土的工作性又称和易性，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能。工作性是一项综合技术指标，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。坍落度主要是指混凝土的塑化性能和可泵性能，是评价混凝土工作性的主要指标。高性能混凝土具有良好的塌落度控制能力，通过掺加高效减水剂和硫化剂，能抑制混凝土坍落度损失。同时由于高性能混凝土水灰比低，游离水少，加入超细粉末，基本不出油，水泥浆黏度高，离析现象很少产生。今后，大力推广高效工作性混凝土的使用将获得更大的综合效益。

1.3 高经济性

在工程实施过程中，高性能混凝土良好的耐久性、高工作性和高强度使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性使结构有较长的使用寿命，减少了维护成本，同时增加了经济效益。随着工程结构的发展和需求，高性能混凝土通过发挥自身的高性能，可以大大提高工作效率，并且减少材料的使用，从而体现出高经济性。未来随着科技进步以及可持续发展的要求，高性能混凝土正逐渐朝着高经济性方向发展。

2 公路工程应用高性能混凝土技术的现实价值

简单来说，高性能混凝土就是融入先进科学技术优化传统混凝土性能的混凝土类型，即改进传统混凝土配合比，加入适量外加剂。经过试验验证发现，改良后的混凝土能够从根本上提高混凝土施工强度，无论是耐久性还是抗压性能均比传统混凝土有大幅度提升，获得市场一致好评，具有较好的应用前景[1]。高性能混凝土的力学性能不仅具有较高的稳定性，而且将其应用于公路工程，能够让该类工程在规定时间内完成预期建设任务，其优异的应用性能最大限度地降低外界不良因素对工程施工进度的影响，继而起到提高工程整体结构稳定性、保证其最终使用性能的重要作用。

高性能混凝土施工技术在众多工程中都表现出极佳的应用优势，不仅提升工程质量，还明显降低工程建设成本。因此，施工单位不仅要做好施工人员的施工教育工作，提升其技能水平，充分发挥先进混凝土技术的应用优势，而且要确保工作人员在实际操作过程中严格遵循既定的工作流程和要求。对于在高性能混凝土施工过程中可能产生的难题，应采取有效措施确保处理对策落实的有效性与及时性，从而最大限度地减少混凝土材料浪费。该技术应用由于充分联系了各部分工程的结构建设技术，在提升结构稳定性的同时，提高其基础性能，为延长其使用寿命奠定了坚实基础[2]。

3 高性能混凝土原材料

3.1 水泥

水泥作为混凝土中的重要原材料，其会和水形成某种反应，从而变成一种十分坚硬的水泥石，可以促进部分松散状材料彼此组合胶结，形成统一整体。相关研究试验证明，水泥材料选择会直接影响混凝土材料的应用性能和应用成本。

3.2 集料

针对混凝土材料实施综合配置中，其中的集料所占比例大概在70%左右，属于混凝土中的重要组成内容，具体可以分成细集料和粗集料两种类型，而粗集料中还包括卵石、碎石等内容，相关粒径在5-150毫米之间。细集料涵盖天然砂以及石屑等内容，对应粒径在0.15-5毫米之间。通过合理选择集料能够提升高性能混凝土的配置质量，优化混凝土应用效果。

3.3 掺合料

矿物掺合料的突出特征便是能够优化改善混凝土质量性能，提高混凝土的抗腐蚀性、抗渗性，提高混凝土整体强度。此外，大部分掺合料都是工业粉尘，其应用到混凝土搅拌制中，能够有效保护环境、节约资源，也是因为如此，其逐渐成为混凝土中的不可或缺材料。

3.4 拌和用水

在混凝土搅拌制中，水泥会和水之间产生水化反应，导致混凝土出现凝结、硬化现象，从而达到某种强度要求。相关研究证明，水分对于拌合料的体积变化以及性能变化具有重大影响。

3.5 外加剂

在混凝土拌和过程中所应用的外加剂材料主要可以分成两类，一种是有机材料，一种是无机材料，结合外加剂的功能差异，还可以进一步分为早强剂、速凝剂、膨胀剂和减水剂等。通过添加外加剂还能够优化混凝土自身性能。

4 高性能混凝土在公路工程施工中的应用

4.1 原材料选择

（1）水泥材料。可利用普通硅酸盐水泥来完成高性能混凝土的配制，同时其性能应符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的相关要求，避免采用早强水泥；表观密度控制在350kg/m3之内，同时对水泥比表面积进行控制，应控制在0.6%之内；对游离氧化钙的含量进行控制，应控制在1.5%之内；水泥熟料内C3A的含量应控制在8%之内。

（2）骨料材料。粗骨料的选择非常重要，应当选取粒形较好、质地优良的小碎石，还可以采用碎卵石，避免使用砂岩碎石。细骨料可以选取质地优良、级配符合要求的天然中粗河砂。选取级配骨料，将其对应的最大直径控制在31.5mm之内，并且应当在钢筋保护层厚度的2/3之内、钢筋最小间距的3/4之内，如混凝土强度较高，所使用的骨料粒径应控制在25mm之内。粗骨料的松散堆积密度应当控制在1500kg/cm3之内。将吸水率控制在2%之内，将空隙率控制在40%之内。

（3）拌和用水。应当根据相应的行业规定来选取比较合理的拌和用水，一般使用自来水即可。

（4）外加剂。应当科学合理地选取外加剂，根据混凝土的具体用途分别添加相应的外加剂。

4.2 搅拌施工

在施工过程中，高性能混凝土的性能会受到不同搅拌工艺带来的影响。对高性能混凝土进行搅拌时，除应当搅拌均匀外，搅拌后应使混凝土达到良好的塑性效果。在搅拌过程中，通常选用强制式搅拌机进行搅拌。在搅拌环节应控制用水量，需专业的技术人员计算水灰比，选取合适的高性能减水剂，且应当对搅拌时间进行科学的控制。如山西省某公路工程，搅拌混凝土时使用了锥形反转混凝土搅拌机，先将石子等材料集中搅拌30min，然后加入高效减水剂搅拌150s，搅拌成符合相关要求的高性能混凝土，搅拌后的混凝土具有保水性强等优势，应用后至今未发现道路出现较为明显的开裂等现象。

4.3 运输及浇筑振捣

搅拌完混凝土后，应当第一时间将其运输到施工现场，在运输环节，运输车应以合理的搅拌速度进行搅拌。整个流程中，应当分层次完成浇筑及振捣。振捣施工时采用插入式高频振捣器，局部振捣时使用平板振捣器和插入式振捣器共同施工，使混凝土拌合物达到共振，实现较好的振捣效果。在整个振捣环节，当振捣到混凝土的表面不冒泡及不存在漂浮的浆液时则停止振捣。在施工过程中，当搅拌的位置和施工现场的位置距离较近且混凝土的单次需求量较小时，为降低花费，可使用较小的自卸车进行运输。整个浇筑振捣环节通常是利用振动棒进行小幅度的振捣，后续经过人工抹面，完成最终的施工。

4.4 养护施工

在公路工程施工过程中，为了将高性能混凝土的优点充分发挥出来，混凝土后期养护应当得到足够的重视。由于高性能混凝土具有水灰比小等优势，相比于普通混凝土，养护的作用就更加凸显。在完成高性能混凝土浇筑之后，应当立即喷洒养护剂，确保混凝土外表面的湿润。为使浇筑的混凝土满足相关规范的要求，避免出现裂缝等缺陷，在养护过程中应当对混凝土的内部温度进行控制，同时采取科学的方式降低混凝土表面温差和内部温差[3]。

5 高性能混凝土应用于公路工程时的注意事项

5.1 优化材料选用

公路工程中使用高性能混凝土时，首先是要做好对各原材料的选择与配置。在选择水泥时，要对水泥地和易性进行检测，确保水泥能与外加剂有效相容。除此之外，也需检测水泥的流动性等各项指标，确保水泥各项指标完全符合工程施工要求。除了做好水泥这一基础材料的选择外，也需对水、骨料、添加剂的选用加以注意。如制备高性能混凝土的水不应是废水、污水，要使用自来水。添加在水泥中的骨料要有粗细之分，细骨料的含泥量、细度模数等分别控制在2%、2.6左右，骨料要选用天然河砂、粗砂或是中砂，骨料的级配要能达到要求。细骨料添加进水泥之前，还应对进行过筛处理。选用的粗骨料在添加前首先要检查其抗压强度以及粒径、粒形与级配等，要保证各方面满足施工要求。在外加剂的选用方面，要重点考虑其的减水性，防止在拌制过程中出现外加剂与水泥不相容的情况。为了保证高性能混凝土的性能质量，还应在制备环节添入适量的掺和剂量，利用掺合剂来降低水灰比，使高性能混凝土的抗腐蚀性、抗渗性、耐久性等得到提升[4]。

5.2 控制材料配比

高性能混凝土应用于公路工程时，需要对各原材料的添加比例做严格控制。水泥、粗细骨料以及掺合剂、水等的添加比例要与相关要求相符，从而保证最终的混凝土性能质量能满足工程施工要求。一般来说，在制备高性能混凝土时，水的用量不宜过多，在制备时主要是利用减水来调节与改善材料的和易性。添加外加剂时，严格按照相关说明进行，确保外加剂的用量合理。在制备过程中，要通过检查材料的流动性来判断外加剂用量是否合理，并对计划用量作出相应调整。

5.3 规范材料备制

为了能使高性能混凝土在公路工程中得到更好地应用，需在材料备制环节选择性能良好的搅拌设备，并严格规范搅拌工艺来提升材料的性能质量，让材料的性能作用能得到充分发挥。如在搅拌材料时选择卧轴式搅拌机或逆流式搅拌机，这两类设备能在较短时间内将材料搅拌均匀，使各材料充分融合。除了选用专门的、性能良好的搅拌设备外，还需根据相关规范与要求对材料的搅拌力度、搅拌时间等做合理控制，从而实现对材料各性能质量的有效把控[5]。

6 结语

在公路工程的建设发展中，应该合理应用各种高性能混凝土，实现提高公路工程建设安全性和建设质量的目标，进一步延长公路的应用年限，促进国内经济建设实现蓬勃发展。高性能混凝土相关施工质量控制是针对高性能混凝土进行强度验收，分析所配置的混凝土强度是否满足施工要求和设计要求，在需要的条件下，可以针对影响耐久性的抗渗性和抗冻性等实施准确实验。