高强混凝土在城市道路与交通工程中的实践应用探究

0 引言

随着我国进一步推动现代化建设进程以及城市化建设进程，当前诸多铁路高速公路以及公路桥梁等交通基础设施都在新建过程当中或是准备新建的阶段。而在一系列的建筑工程当中，混凝土是其中最为重要也是必不可少的一项基本材料。面对着当前要求的不断提升，混凝土也需要进一步增强性能及强度。伴随着科技及社会的不断发展，在混凝土的生产以及质量控制方面也发生了十分大的改变，尤其是混凝土的性能方面；为了进一步更好地适应当前的现实需求，混凝土的性能实现了一个全新的高度并且应运而生了高强混凝土。高强混凝土的出现及广泛使用在当今工程结构领域当中，十分重要也是十分具有标志性的，凭借着其诸多的优点开始在诸多的工程建设当中被广泛地应用。

1 高强混凝土的简介

高强混凝土顾名思义就是强度较高的混凝土，其与普通混凝土的强度相比约高4倍到6倍左右，可以使得构件截面明显缩小，因此更适宜在大跨度桥梁及高层建筑当中使用。当前我国现有的相关规程当中明确指出，高强混凝土是使用一系列外加剂与矿物互相掺合，并且通过常规的工艺来进行配制的混凝土，而其级别必须要达到C60~C80。高强混凝土是当今建筑行业当中一种全新型的材料，其优点主要为较低的孔隙率，较大的密度，较强的抗变形能力及较高的抗压强度，在很多的大跨度桥梁以及高层建筑当中广泛使用。全世界内不同的国家对高强混凝土的极限强度值进行了不同的规定，具体见表1。

表1 不同国家规范当中的高强混凝土的极限强度值

2 高强混凝土在结构设计方面的特点

①与普通的混凝土相比，高强混凝土虽然在强度方面明显提升，但是高强混凝土会更易受外界相关影响因素的干扰。因此，在进行现场实践应用过程当中，高强混凝土的建筑强度可能会比标养条件下的试块强度明显更低，在进行有关城市道路与交通工程的设计过程当中，一定要充分地考虑相关干扰因素。

②与普通的混凝土相比，高强混凝土在耐火性方面也存在着明显的区别。环境温度较高的条件之下，普通混凝土与高强混凝土在损失强度值的水平方面是能够基本维持一致的。在温度为95℃到300℃的环境之下，高强度混凝土损失强度的比率，约为25%~35%左右，而此时普通混凝土的强度损失比率会明显略低，由此可知高强混凝土虽然强度方面表现优异，但是其耐火性并不十分理想。

③在水化热的阶段当中，高强混凝土十分容易出现裂缝，因此在针对城市道路与交通施工的方案设计以及施工过程当中，都需要对设计方案以及施工方案进行优化及探讨，科学合理地计算收缩开裂，确保施工方法以及构造措施都能够满足实际的道路需求。

④高强混凝土的弹性模量以及抗拉强度会受到配合比及原材料的影响。高强混凝土的等级相同时，其砂率、外加剂、水胶比、矿物掺合料、水泥、骨料比率之间是可以完全不同的，同时其弹性模量也会存在较大的差异。因此，在对高强混凝土的弹性模量或抗拉强度进行设计时，一定要对其范围水平进行科学合理的设定。较为理想的方法就是通过试验来测量得到结果。

⑤大部分高强混凝土都是在受压构件当中使用，十分容易受压而发生断裂，因此在对钢筋搭锚固以及构件局压等进行设计时，一定要强化对箍筋的设计。不仅如此，高强混凝土相对来说脆性比较大，在变形性能方面相对较小，在搭接钢筋时会可能出现应力集中的现象；在钢筋弯曲的边角点位置，同样的也可能会因为局部压力过大而出现高强混凝土开裂的现象。

⑥在等值横向力的约束当中，相比普通混凝土，高强混凝土的纵向力承载性能要明显较弱，所以在进行城市道路与交通工程的设计过程当中，一定要设计具有复合螺旋箍筋的局部压力承载力或柱子，要对横向力的约束作用进行修改。

⑦高强混凝土的强度升高时，其抗拉能力、抗剪能力及粘结力也会随之不断升高，但是高强混凝土的抗压能力与抗拉能力、抗剪能力、粘接力之间的比值会不断缩小，所以在进行城市道路与交通工程的规划设计过程当中，一定要对构件的抗剪、抗冲切及抗扭等系列问题进行重点解决。

⑧超强混凝土的脆性较高，假如构件受力较大时，需要采用一定的措施来使得其延性进一步加强。

3 在城市道路及交通工程中高强混凝土的实践应用要点

3.1 混合料的配比及搅拌

混合料配比是道路工程施工的一项重要基础，因此其会对施工质量以及施工的工期产生十分重要的影响。在进行混合料配比的过程当中，一定要根据道路工程的施工情况来进行动态性的随机调整，并且还需要确保在投入混合料的过程当中，把控相应的温度及配比。有关工作人员一定要在进行配比之前认真核查每一种材料的用量以及种类，同时还需要再三明确混合料配比时的相关要求，从而对高强混凝土当中的材料配比情况进行明确及核查，确保其不会对工程施工产生影响。

在施工过程当中，混凝土搅拌是其中的一项重要环节，高强混凝土的搅拌质量可对城市道路与交通工程的建设质量及建设工期产生直接的影响。因此有关工作人员在进行搅拌施工之前，一定要对相关材料的配比及用量进行严格的核查，并且对搅拌用料的使用量进行准确的核算，确保能够获得最高性能的高强混凝土。在高强混凝土当中存在着一系列的配料，比如说石灰、水泥、沙以及外加剂等，每一个不同的配料，其在搅拌过程当中都有一定的配比，如果说比例发生错误时，即会对高强混凝土的坚固性及韧性产生直接性的影响，从而导致其无法达到质量标准的要求。

3.2 浇筑及振捣

浇筑混凝土是施工过程当中的一个重要步骤，在进行施工的过程当中，一定要对高强混凝土进行充分的振捣，从而确保能够均匀地浇筑高强混凝土。在进行高强混凝土的振捣过程当中，一定要使用频率较高的振动器，振捣一定要密实，尽可能地避免过度振捣，但是也不得漏振捣，以高强混凝土表面呈泛浆平坦状为适宜。每一个位置的振捣时间维持在30秒左右，不宜过长，假如高强混凝土的粘度较高时，可将振捣的点适当加密。在进行浇筑施工之前，一定要确保混凝土被充分地振捣，避免未被振捣的高强混凝土被浇筑施工。不仅如此，还需要对施工完成之后的止水带周围的高强混凝土进行密实的振捣，确保在振捣过程当中止水带不会发生位置偏移，而在对其他物件进行调运或者是拆模的过程当中，严禁损坏止水带。

3.3 施工过程中的注意事项

在泵送高强混凝土时，一定要选用优异性能的设备最大泵送，高强混凝土的压力，必须要小于最高泵压的80%。为了预防高强混凝土因为外界因素的影响而发生裂缝，从原材料方面就要进行温度保护及温度控制，不仅如此，在施工现场还需要使用木模板来进行保温，确保高强混凝土的表层温度与中心内部温度之间的温度差小于25℃；确保高强混凝土周边气温与表层温度的温差小于25℃。

在进行施工之前，一定要对施工当天的天气情况进行了解并掌握，尽可能地避免在不良天气下施工，比如说雨天及雪天都是不适合施工的，不仅如此，还需要在现场准备相应的覆盖物，比如说塑料薄膜等，确保在紧急出现恶劣天气时，可以对高强混凝土进行有效的保护，避免其受到雨水的冲刷而影响质量。

4 实例分析

4.1 实例概述

本次研究所列举的九龙河交通工程隶属于貊皮岭分洪道工程，位于九龙河水道与公路的交叉位置。本次工程的设计主体单位是上海勘测设计研究院。九龙河交通桥工程的每跨长为20m，交通桥一共分成三个不同的跨段，桥面的宽度为8m，桥面高为25.6m，右侧桥台与左侧桥台均为70m。整个桥身的跨梁为空心板跨梁，使用预应力后张法，扩大基础，肋板式结构作为桥台，承台底标高为13m，矩形承台，矩形立柱桥墩。空心板跨梁共18根，每一单根梁长度为20m，重量为32吨，断面面积为1.24m×1.0m，每根梁的右侧和左侧平行分别埋设钢绞线拔管2根，拔管直径为15cm，钢绞线的直径为0.7cm。

本次工程当中所使用的混凝土标号有四种：C15、C20、C25、C40。设计空心板跨梁砼为C40等级，与施工的具体需求相结合，这一个混凝土能够缓凝超过6小时，且能表现出高流态、高强度等特点。但是，如果按照常规的方法来配比高强混凝土，无法确保高强混凝土能够满足高流态、高强度等一系列的需求。因此在设计混凝土的配合比时，与当地的具体可使用材料进行有机结合，通过外掺加来对混凝土进行优化，使得混凝土的实际需求得到有效解决，结果较为理想。

4.2 混凝土试验原材料及结果

4.2.1 水泥

本次工程当中所使用的水泥来自于江西水泥厂所生产，其物理性能具体可参考表2。

表2 水泥物理性能

4.2.2 细骨料

本次工程当中所使用的细骨料生产地为信江大西乡码头，经多次试验结果证实，自然级配理想，细骨料的细度模数为2.64，具体物理性能见表3。

表3 细骨料物理性能

4.2.3 碎石粗骨料

在开始施工之前，调查了供应粗骨料的情况，并进行了检测，物理性能见表4。

表4 粗骨料物理性能

进一步分析表4当中的粗骨料物理性能可知，人工碎石粗骨料存在着较大的比重，且强度较高，颗粒的配置也十分均匀，压碎指标则相对偏小，较为适合用于高强混凝土的配置当中。

4.2.4 外掺剂

在对混凝土进行配置的过程当中，需要掺加外加剂，其主要目的是为了使得混凝土的性能得到进一步的提升及改善，从而能够与工程施工的具体需求相满足。通常来说，如果高强度混凝土的配置和易性较好时，通常选用碱水剂来进行添加，确保混凝土当中的水分可以进一步减少，和易性更加理想，同时还能够使得混凝土的强度得到进一步的提升。如果对早强而又缓凝的混凝土进行配置时，可添加早强剂和缓凝剂，既能够使得混凝土的早期强度得到进一步提升，同时还能够明显延长混凝土的凝结时间。而本次工程当中依据实际的需求选择的为早强减水剂。

在确定外掺剂的最优使用量时，通常参考厂家所提出的推荐量，进行试验后来确定。厂家所提供的推荐量为0.75%。而经实验结果可知，随着外掺剂含量的不断增大，混凝土的坍落度也会明显随之变大；当外掺剂的掺量达到一定水平时，混凝土的坍落度没有发生明显的改变。

4.3 混凝土配合比

经过一系列的试验之后，最终确定了混凝土的水灰比为0.45，具体的混凝土配合比见表5。

表5 混凝土配合比

需要注意的是，因为各种不同的原材料其存在的非均质性会导致混凝土的质量产生一定的波动，因此在实际的施工过程当中，需要依据实际的情况来进行适当调整，从而确保混凝土能够满足工程的实际需求。

4.4 效果

工程在施工过程中配比混凝土时选择了就近原则，因此，混凝土的运输时间相对较短，未能发生较为明显的坍落度损失。混凝土的配合比经过了批准之后正式投入使用，配比得到的混凝土存在着较为理想的和易性，能够与施工的实际需求相符合。混凝土入膜之后浑然一体，没有发生泌水、离析及分层等不良现象。通过进一步的取样检测之后，确保配比得到的混凝土强度为50~53MPa，与设计的实际要求完全相符合。

在对设计进行不断优化及完善的过程当中，采取了一系列的措施，经过工程实际检验，确保高强混凝土为工程的施工带来了很多不同方面的经济效益及技术效益：第一，确保满足设计指标的基础上，此次研究所配比的混凝土可以节约近80kg/m的水泥，同时还能够减水约20%。第二，配比得到的混凝土，明显增加了终凝之后的前期强度，从而使得施工模板的周转速度明显加快，利于施工进度的进一步加快。第三，作业条件完全相同的基础上，此次研究所配比的混凝土在后期强度方面明显提升，使得施工的强度质量得到了有效保障。第四，配比的混凝土明显改善了其和易性，为施工操作也提供了更多的便利。第五，配比得到的混凝土存在着十分良好的缓凝作用，凝聚性及保水性，可以充分保障整个施工的工程质量。

综上所述，高强混凝土在城市道路以及交通施工当中的重要作用，开始越发的凸显，而伴随着社会的不断发展及技术的不断进步，有关施工人员一定要与时俱进进一步的强化自身素养及自身能力，并且学习各种先进理念及先进知识，确保能够使得城市道路与交通施工的质量得到进一步提升，确保能够更高效、更高质地使用高强混凝土，使得高强混凝土能够在道路工程及城市道路的施工过程当中发挥其应有的作用及价值。