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公路桥梁施工之中的高性能混凝土的实践霍秀华

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第4期作者：霍秀华

[导读] 摘要：公路桥梁工程施工是公共工程建设的重要组成部分，而混凝土是公路桥梁建设过程中十分常见的一种原材料，高性能混凝土的应用可有效提高公路桥梁工程的质量和性能，同时也可避免工程施工和使用过程中出现路面开裂的问题，进而有效保证工程的安全运行。

        中铁十九局第五工程有限公司 116110
        摘要：公路桥梁工程施工是公共工程建设的重要组成部分，而混凝土是公路桥梁建设过程中十分常见的一种原材料，高性能混凝土的应用可有效提高公路桥梁工程的质量和性能，同时也可避免工程施工和使用过程中出现路面开裂的问题，进而有效保证工程的安全运行。
        关键字：公路桥梁；施工；高性能；混凝土
        1 高性能混凝土概述
        高性能混凝土也被人们称为HPC，这种混凝土可有效提高工程的耐久性，而且其是结合工程实际，优选原材料和外加剂，从而减少水胶含量的一种新型的高性能混凝土。高性能混凝土比普通混凝土成本低，且稳定性和实用性强，因此高性能混凝土在应用过程中发挥出了十分明显的优势，这也是该类型混凝土应用范围越来越广的重要原因。
        2 高性能混凝土优势分析
        高性能混凝土自身存在着十分明显的优势，其在公路桥梁建设中的应用也越来越广，可以说高性能混凝土已经成为了公路桥梁建设中的首选材料。
        2.1良好的耐久性
        高性能混凝土是一种按照特定比例应用原材料和外加剂，并使用低比胶水配置而成的新型混凝土，这种材料自身具有混凝土所有的特性，另外，我国公路桥梁使用的时间较长，同时由于其长期受到外界因素的干扰，容易出现损坏和腐蚀等多种问题，而高性能混凝土可有效抵御多种因素的负面影响，从而增强工程的耐久性，修复工程破损位置，进而延长道桥的使用寿命。
        2.2 较强的抗压性
        与其他工程建设相比，公路桥梁建设对材料抗压性有着非常高的要求。因为公路桥梁工程建成后需要长期承受较大的荷载，因此在公路桥梁建设使用的过程中经常出现桥面断裂的问题，为了有效解决这一问题，保证工程运行的质量，应严格选择工程施工的材料，首选高性能混凝土，这样才能最大程度的避免桥梁变形甚至断裂问题，保证公路桥梁建设的整体质量。
        2.3显著的稳定性
        公路桥梁工程施工中，对工程外形也有着非常严格的要求，因此在选择材料时应选择质量有保证的材料。高性能混凝土在性能上有着其他混凝土材料所不具备的特点和优势，其能够有效增强工程的美观性，一方面能够提高工程的稳定性，另一方面也能够保证工程的质量，提升工程的实用价值。
        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。
        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。
        4.1 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。

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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。
        4.2 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。
        4.3 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。
        4.4配合比控制
        制作高性能混凝土时首先要注意控制水灰比，这个因素对混凝土的抗渗性能影响很大，同时也在一定程度上影响工程的强度和耐久性，如果水灰比太大的话，会降低混凝土的抗渗性，也会造成结构的控制过大，必须严格按照标准
        来控制水灰比；然后就是注意水泥的使用量，如果使用的水泥过多，会降低混凝土的抗腐蚀性，也会使制作过程中温度过高，造成混凝土的前期使用强度低，相对于普通的混凝土来说，水泥的使用量要减少；另外还注意砂率，砂率小的时候就应该少使用些水泥，利于增加混凝土的强度和耐久性，砂率大的时候会导致水泥的黏性也增大，影响泵送的工作效率。所以，在制作高性能混凝土时注意好配合比控制，确保混凝土的性能能够更好地发挥出来。
        4.5高性能混凝土的养护
        高性能混凝土的养护工作十分重要，其中的水胶比很低并且加入了减水剂，需要保证混凝土内部的水分，减少内部水分的挥发，也要不断从外界的环境补水，避免出现混凝土收缩的现象。在夏天时，注意给高性能混凝土进行补水养护，防止混凝土温度裂缝。
        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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