高強混凝土在道路橋梁施工中的運用方法

陸 曄

江蘇神龍海洋工程有限公司，江蘇 靖江 214500

在工程實踐過程中，為了解決普通混凝土質(zhì)量大的缺點，人們逐漸開發(fā)出了混凝土的新品種——輕質(zhì)混凝土。1913 年美國首先用回旋窯燒制了頁巖陶粒，為輕質(zhì)混凝土的發(fā)展邁出了可喜的第一步。由于輕質(zhì)混凝土是一種比強度高，保溫耐火，抗震性能好，無堿集料反應(yīng)等新型混凝土，可廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)與民用建筑等構(gòu)筑物上，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟價值。

在輕質(zhì)混凝土的發(fā)展初期，由于其強度較低且人們對其力學(xué)性質(zhì)研究較少，使其應(yīng)用的范圍有所局限。隨著研究的深入、高強輕集料即高強陶粒的問世。人們利用高強陶粒配制出了密度等級為1600～1900，強度等級在 LC30 以上的，廣泛用于結(jié)構(gòu)的高強輕集料混凝土。它以優(yōu)良的力學(xué)性能和潛在的好處，在世界各國，特別是在北歐等國被廣泛地應(yīng)用于高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁和城市立交橋及海洋工程中。而在我國，由于對輕質(zhì)高強混凝土的研究還不十分系統(tǒng)，其用于承重結(jié)構(gòu)的還不多。

1 高強混凝土特性分析

1.1 高強混凝土的定義

道橋混凝土是指利用高強輕粗集料（在我國通常稱它為高強陶粒）、普通砂、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于 1950kg/m 3，強度等級為 LC30 以上的結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土。從道橋混凝土的定義我們可以看出，它除了和普通混凝土一樣牽涉到粗、細集料、水泥和水以外，所不同的是還涉及到表觀密度（原稱容重）的最大限值和最小的強度等級限值。

1.2 橋梁混凝土表面蜂窩麻面問題及成因分析

混凝土橋梁表面蜂窩狀也是橋梁的一大問題。它形成的主要原因是：混凝土含氣量過大，而且引氣劑質(zhì)量欠佳。由于目前使用的各種引氣劑性能有較大的差異，因此在混凝土中呈現(xiàn)的狀態(tài)也不盡相同，有的引氣劑在混凝土中會形成較大的氣泡，而且表面能較低，很容易形成聯(lián)通性大氣泡，如果再加上振動不合理，大氣泡不能完全排出，肯定會給硬化混凝土結(jié)構(gòu)表面造成蜂窩麻面?；炷僚浜媳炔划?dāng)，混凝土過于黏稠，振搗時氣泡很難排出。由于混凝土配合比不當(dāng)，導(dǎo)致新拌混凝土過于粘稠，使混凝土在攪拌時就會裹入大量氣泡，即使振搗合理，氣泡在粘稠的混凝土中排出也十分困難，因此導(dǎo)致硬化混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)蜂窩麻面。由于混凝土和易性較差，產(chǎn)生離析泌水。為了防止混凝土分層，混凝土入模后不敢充分振搗，大量的氣泡排不出來，也會導(dǎo)致硬化混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)蜂窩麻面。不合理使用脫模劑也是造成硬化混凝土結(jié)構(gòu)表面蜂窩麻面的重要原因。

1.3 高強混凝土的優(yōu)勢分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋梁逐漸向大跨度發(fā)展。高強混凝土以其高強、輕質(zhì)的特點，顯然能夠克服普通混凝土無法克服的自重過大的缺陷，實現(xiàn)橋梁跨度的進一步提高。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)向大跨、重載、輕質(zhì)、耐久方向發(fā)展的今天，高強混凝土當(dāng)是今后橋梁建設(shè)上主要使用的材料之一。高強混凝土在橋梁工程中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）減輕梁體自重，增大橋梁的跨越能力；2）減低梁高；3）提高橋梁的耐久性，延長橋梁的使用壽命；4）抗震能力好；5）降低工程造價。

2 配料分析

高強混凝土配合比設(shè)計的任務(wù)在于確定能獲得預(yù)期性能而又最經(jīng)濟的混凝土各組成材料的用量，它和普通混凝土配合比設(shè)計的目的是相同的，即在保證結(jié)構(gòu)安全使用的前提下，力求達到便于施工和經(jīng)濟節(jié)約的要求。由于高強混凝土所使用高強陶粒的特性，它還不能像普通混凝土那樣，用一個較公認的強度公式作為混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)。雖然，國內(nèi)外都有不少研究者提出了各種各樣的強度公式，但都存在很大局限性，離實際應(yīng)用還有很大差距。所以，現(xiàn)階段，主要還是通過參數(shù)的選擇和簡單經(jīng)驗公式的計算，最終經(jīng)過試驗的方法來確定各組分材料的用量。

1）確定試配強度。根據(jù)我國 《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JG J51-90）的規(guī)定。其中：

——試配強度，MPa；

——設(shè)計強度，MPa；

—— HSLC強度的總體標準差，MPa。

2）選擇水泥品種和標號。一般為325以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；

3）選擇水泥用量。水泥用量是影響棍凝土強度及其它性能最主要的參數(shù)之一，對高強混凝土來說，水泥用量的選擇尤為重要，增加水泥用量固然可以使高強混凝土的強度提高，但也會使其密度增加?？偟膩碇v，高強混凝土的最大水泥用量不宜超過 550kg/m 3，當(dāng)采用泵送施工時，最小水泥用量不宜少于 350kg/m3。

4）選擇高強陶粒。高強混凝土一般要選擇密度等級 ＞700、筒壓強度 ＞5.0M Pa、強度標號 ＞30M Pa 的圓球型高強陶粒，且其各項指標應(yīng)滿足《輕骨料》G B/T17431.1 有關(guān)要求的人造高強輕集料。

5）選擇用水量和水灰比。高強混凝土的用水量和水灰比，分凈用水量和凈水灰比及總用水量和總水灰比，所謂凈用水量系指不包括高強陶粒 1h 吸水率在內(nèi)的混凝土用水量，其相應(yīng)的水灰比則為凈水灰比，在高強混凝土配合比設(shè)計中，一般用凈用水量和凈水灰比表示。高強混凝土的用水量（或水灰比）不僅對硬化混凝土的性能有很大影響，而且還直接影響拌合物的和易性。

6）砂率的選擇。高強混凝土的砂率是以體積比來表示的，即以砂的體積與粗細集料總體積的百分比來表示的。砂率的提高，是高強混凝土文獻認為在一定的砂率范圍內(nèi)：18%～60% 強度提高的一個主要因素（但有關(guān)。砂率對高強混凝土的強度影響不大），且其彈性模量也有所提高。但隨著砂率的提高，高強混凝土的表觀密度也逐漸增加。當(dāng)高強混凝土的強度等級為 LC40-LC60，砂率為 40% 左右時，混凝土拌合物的和易性最好。

7）粗細集料用量。它是指配制 1m3高強混凝土所需的高強陶粒和普通砂的密實體積，可參考 《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JG J51-90），用絕對體積法求出。

8）摻和料等外加劑。由于高強混凝土的水泥用量與同強度等級的普通混凝土偏多，實踐證明，為減少水泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力學(xué)性能，在高強混凝土中加入適量的摻和劑，如硅灰、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細高爐礦碴、F 礦粉等，可獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟效益。一般在配制 LC50 及以下的高強混凝土?xí)r，摻加粉煤灰即可，當(dāng)配制 LC50 以上的高強混凝土則需摻加硅粉等。在使用摻合料的同時，必須使用高效減水劑，以減小用水量，降低水灰比。粉煤灰的摻加采用“超量取代法”，且在預(yù)應(yīng)力高強混凝土中其取代水泥率不宜大于 10%～15%，而對于硅粉的最大摻加量，根據(jù) ACI213 委員會報告《硅粉用于混凝土》的觀點，“1kg硅粉可取代 3kg～4kg 水泥而不導(dǎo)致強度的降低?！?/p>

從目前的研究來看，改良高強混凝土的配合比，采用“雙摻”或“多摻”及復(fù)合摻加技術(shù)，即在加入高效減水劑的同時，根據(jù)混凝土性能的要求加入一種或幾種（復(fù)合化）超細活性礦物材料，并加大摻入的比例，可以大幅度提高拌合料的工作性能，并對其物理力學(xué)特性有較顯著的改善作用。

3 結(jié)論

高強混凝土的施工條件要求較高，質(zhì)量不容易控制。施工時必須對高強混凝土采用“雙摻”或“多摻”等方法進行改性，以提高拌合料的工作性能，保證高強混凝土的施工質(zhì)量。