■Ｉ现代公路Ｉ ＨＩＧＨＷＡＹ】 高性能混凝土技术在高速公路上的研 究及应用 河北省高速公路石黄管理处 张贵宗 引言 高性能混凝土是一种耐久性优异的 久性也同时降低。目前减少孔隙率的途 大幅提高混凝土的强度和耐久性 径往往是掺入高效减水剂。 尽管强度与耐久性是不同概念．但 混凝土，耐久性可达百年之久．是普通混 凝土的３～１Ｏ倍。对于桥梁工程的一些部 位，控制结构设计的不是混凝土的强度， 而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠 地工作１Ｏ０年以上，是高性能混凝土应用 的主要目的。高速公路桥隧比高，为更好 的满足结构功能要求，需要提高混凝土 的耐久性．改善混凝土的施工性能和耐久 性．在桥梁主体结构中对高性能混凝土进 行了一系列的研究及应用。 高性能混凝土概述 高性能混凝土是２０世纪８０年代末 ９Ｏ年代初．一些发达国家给予混凝土结 构耐久性设计提出的一种全新概念的混 凝土．它以耐久性作为首要设计指标。 混凝土的耐久性即抵抗劣化的能力．主 要包括：抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性． 耐磨性、抗碳化性．抗碱一骨料反应 等。区别于传统混凝土，高性能混凝土 由于具有高耐久性、高工作性、高强 度、高体积稳定性等许多优良特性，被 认为是性能全面的混凝土。 高速公路提高混凝土耐久性 的技术途径 要提高混凝土的耐久性．必须降 低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙 率．最主要的方法是降低混凝土的拌和 用水量。但是如果纯粹的降低用水量 混凝土的工作性将随之降低，又会导致 捣实成型工作困难．同样造成混凝土结 构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷， 不但混凝土强度降低．而且混凝土的耐 掺入高效减水剂 在保证混凝土拌和物所需流动性 的同时，尽可能降低用水量 减小水灰 比．使混凝土的总孔隙，特别是毛细管 孑Ｌ隙率大幅度降低。 水泥在加水搅拌后．会产生一种絮 凝状结构。在这些絮凝状结构中．包裹着 许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工 作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需 的工作性，就必须在拌和时相应地增加用 水量，这样就会促使水泥石结构中形成过 多的孔隙。当加入减水剂后，减水剂的定 向排列，使水泥质点表面均带有相同电 荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体 系处于相对稳定的悬浮状态．还在水泥颗 粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥 絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来，因 而达到减水的目的。 掺入高效活性矿物掺料 普通水泥混凝土的水泥石中水化 物稳定性的不足．是混凝土不能超耐久 的另一主要因素。在普通混凝土中掺入 活性矿物的目的，在于改善混凝土中水 泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料 （矿渣、粉煤灰等）中含有大量活性ＳｉＯ： 及活性ＡＩ ｏ。，它们能和水泥水化过程 中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙 产生二次反应．生成强度更高，稳定性 更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改 善水化胶凝物质的组成．消除游离石灰 的目的。有些超细矿物掺料，其平均粒 径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于 水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构 更为致密，并阻断可能形成的渗透路。 又密切相关．它们之间的本质联系是基于 混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素 直接相关。在混凝土能充分密实条件下， 随着水灰比的降低．混凝土的孔隙率降 低．混凝土的强度不断提高．与此同时． 随着孔隙率降低．混凝土的抗渗性提高． 因而各种耐久性指标也随之提高。在现 代的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂 外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增 加了混凝土的致密性，而且也降低或消除 了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝 土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土 的耐久性。 对高性能混凝土来说 混凝土本 体的抗裂性是首要考虑因素，基于对水 化热和体积稳定性的考虑决定了应积极 选择粉煤灰和磨细矿粉作为辅助胶凝材 料 并选择适应施工的兼有低收缩、早 强、缓凝性能的聚羧酸系高性能外加剂 配制混凝土成为关键技术措施。 高性能混凝土在桥梁结构中 的应用 原材料选择与室内试验 ・选择合适的原材料．考察工程所 在地周边各种地材．河砂、碎石、矿渣 粉、粉煤灰等．选择水泥、外加剂等厂 家，并且到厂家实地考察．取样对原材 料各项指标进行检测．找出最适合高性 能混凝土需要的原材料。 ０选择好原材料后．在试验室进行 配合比设计，如果查找相关资料没有找 到适合高性能混凝土配合比的试验方 法，只能够粗略的计算具体的配合比． 然后通过试验．确定最终配合比。 ・进行大量的配合比试拌后．确定 基本的几个配合比换算工地配合比，在 工地进行混凝土构件试生产，对配合比 终保持土工布处于湿润状态。 凝土不仅仅是高强度．而且普通混凝土 不能长久作用的环境，如：许多混凝土 应用效果验证及研究结论 道路在不该开裂的地方开裂或者由于冰 通过对高性能混凝土的应用研 冻和融化而剥落 许多桥面遭受严重破 的可行性进行验证。由铁科院专家进行 究．找到了可大幅度提高水泥混凝土强 坏；采用高性能混凝土可避免这些不该 技术指导。 度及耐久性的配合比，研究了满足施工 发生的事故。 ｏ各项检测指标满足要求，认可配 需要的水泥混凝土配合比；提出了一套 节能减排 合比后．进行高速公路的桥梁施工 总 适宜高速公路使用的高性能水泥混凝土 高性能混凝土由于胶凝材料中采 结各项试验数据．验证其效果。 现场施工应用 混凝土拌制和运输 混凝土集中在搅拌站拌制．在拌 制过程中，始终注意混凝土稠度，严格 控制水胶比，倘若不符合规定．应立即 查明原因，予以纠正。箱梁梁体空间较 小．钢筋稠密，保证灌注时混凝土不发 生离析。混凝土采用混凝土罐车水平运 输，龙门架起吊吊斗垂直运输。混凝土 运至施工现场后，首先做坍落度，满足 要求后方可施工。 混凝土浇筑、振捣 混凝土的浇筑方法直接影响混凝 土密实度．主要从两方面来控制．一是 浇筑层的厚度与浇筑顺序，另外是良好 的振捣．两方面互为影响。 拌和混凝土出机后，用混凝土罐 车运至现场卸入１．Ｏｍ 料斗 再由５ｔ小 龙门吊将料斗吊至箱梁顶上的预留槽孔 上方．卸入箱梁底板开口处混凝土仓内 进行浇筑。 拆模后测温与养生 高性能混凝土的拆模时间，宜控 制在混凝土内外温差小于２０。Ｃ，否则 在混凝土表面容易产生裂纹。通过在箱 梁内预埋测温点，每隔半小时连续量测 混凝土温度，绘制混凝土温度一时间曲 线．来找寻最佳拆模时间点。 为了降低混凝土内外温差．防止 表面裂纹，必须认真细致的做好混凝土 养护工作，混凝土浇筑完成后及时对外 露面进行覆盖．先覆盖一层土工布 洒 水．再用篷布覆盖，覆盖应严密，箱梁 内部严禁积水．安排专人负责养生．始 配合比，并应用于预制箱梁对水泥混凝 土配合比进行实际验证 通过掺加矿物 掺和料粉煤灰、矿渣粉及高性能聚羧酸 减水剂，解决了高速公路高性能水泥混 凝土的水泥用量过高问题。推荐配合比 如下。 Ｃ５０高性能混凝土配合比数据 水泥：河砂：碎石：粉煤灰：矿 渣粉：水：减水￣Ｊ＝３５６：６５５：１１６５： ６２．５：６２．５：１４９：５．７７２。 技术指标远远高于普通水泥混凝土 通过标准养生试件，高性能水泥 混凝土同普通水泥混凝土相比 ７ｄ抗压 强度分别是６０．４Ｍｐａ￣Ｄ５２．１ ＭＰａ．２８ｄ 抗压强度分别是７２．３Ｍｐａ和６２．１ ＭＰａ， ５６ｄ抗压强度分别是８０．６Ｍ Ｐａ和 ６５．８ＭＰａ．５６ｄ电通量达￣［Ｊ７７０Ｃ。高性 能混凝土２８ｄ抗压强度比普通混凝土提 高了１ ６％左右 并且５６ｄ强度仍在大幅 度增长，比普通混凝土抗压强度提高了 ２２．５％。电通量满足要求，耐久性得到 保证。各项指标均优于普通混凝土。 改善混凝土工作性 在施工中．高性能混凝土拌和物 具有较高的流动性、混凝土在成型过程 中不分层、不离析 易充满模型．拆模 后混凝土颜色一致，无蜂窝麻面现象。 较高的体积稳定性 高性能混凝土在硬化早期具有较 低的水化热．硬化过程中不开裂，收缩 徐变小ｉ硬化后期具有较小的收缩变 形，不易产生施工裂缝。 相当高的刚度 弹性模量和耐久性 高性能混凝土往往被人们将其与 高强度混凝土联系起来．其实高性能混 用了粉煤灰及矿渣粉，使水泥用量减 少，可以节约土地、煤等能源和资源的 消耗量，从而减少有害气体和废渣的排 放，使用阶段可减少养护维修费用，实 现节能 带来可观的社会效益。 降低成本 从以上配合比数据分析，采用矿 物掺合料粉煤灰和矿渣粉替代水泥， Ｃ５０高性能水泥混凝土比普通水泥混凝 土节约水泥用量１ ３０ｋｇ／ｍ。．水泥的单 价远远高于矿物掺合料，水泥用量的减 少降低了水泥混凝土的单价，体现了高 性能混凝土的经济性。 结束语 高性能混凝土的配合比与施工关 键技术的研究，对于提高桥梁结构的耐 久性 降低工程造价都具有重要的理论 意义和工程应用价值，将使河北省在高 性能混凝土技术的配合比和施工方面处 于全国公路建设的前列，故该项研究将 会填补河北省的这一空白，为河北省公 路桥梁建设做出重要贡献。 目前河北省高速公路通车里程正 在大幅增高，大型桥梁也有很多正在建 设中 高性能混凝土具有广泛的应用 性，在恶劣的使用条件下寿命长、高强 度与优异的耐久性．研究成熟后推广高 性能混凝土将会带来很大的社会效益与 经济效益。 高性能混凝土是一种经济、合 理、高效的现代混凝土。随着河北省对 高性能混凝土研究的不断深入和应用技 术的成熟，它将在河北省的桥梁工程中 得到愈来愈广泛的应用。 ２０１ ４年第１ ９期（ 月±）《交通世界》 ８５
