市政道路工程中高性能混凝土的應(yīng)用研究

魏子賀 徐明朝

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展，刺激著道路工程建設(shè)也在快速進(jìn)步。同樣社會對于道路工程的需求與要求也在不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的高難度市政道路工程。其中材料作為工程中非常重要的一環(huán)，也亟待革新，以提升工程質(zhì)量。本文首先介紹了高性能混凝土的特性，隨后針對目前市政道路工程中混凝土常出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析并論述了高性能混凝土在市政道路工程中的應(yīng)用方面。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土;市政道路工程;應(yīng)用

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 高性能混凝土

土木工程中常用到的普通混凝土材料是由水泥、砂石以及水按一定配合比組成的，而高性能混凝土就是在普通混凝土基礎(chǔ)之上摻加一定外加劑與摻合料，以達(dá)到某一方面性能的提升。經(jīng)過實(shí)踐表明，普通混凝土通過摻加特定的材料，可以形成滿足預(yù)期功能的高性能混凝土，在不同的工程環(huán)境中發(fā)揮出特定效用。根據(jù)已有研究，對應(yīng)用于市政道路的高性能混凝土提出了以下要求：

1.1 耐久性

市政道路工程作為一類負(fù)荷大、使用周期長的建設(shè)工程，往往需要其具有良好的耐久性。在長期的動力荷載作用下要能夠保持其設(shè)計(jì)功能，避免路面裂縫的產(chǎn)生，來保障市政道路使用壽命。

1.2 強(qiáng)度

強(qiáng)度作為路面材料最基本的性質(zhì)要求之一，直接決定著路面質(zhì)量的高低。通過選用高強(qiáng)水泥以及合適的摻合料，能夠有效地保證混凝土材料的高強(qiáng)性，保障道路工程的路面承載力。同時混凝土的強(qiáng)度也影響著工程的壽命，高強(qiáng)路面能夠大大減少使用期間的維護(hù)費(fèi)用，增加綜合效益。

1.3 綠色環(huán)保

在建設(shè)項(xiàng)目中，除了保障工程質(zhì)量，還需要盡可能做到節(jié)能減排、綠色環(huán)保。高性能混凝土由于其自身高強(qiáng)度的性質(zhì)，能夠有效節(jié)省建筑材料的使用量，間接減少環(huán)境污染、節(jié)約建設(shè)成本。

1.4 體積安定性

由于市政道路使用的特殊性，所以建設(shè)時對于混凝土材料的變形也需要做出要求。這就需要高性能混凝土自身性質(zhì)要穩(wěn)定，且能適應(yīng)低溫等惡劣工作環(huán)境，在外界擾動下能保證自身體積的安定性。

2 推廣高性能混凝土?xí)r存在的問題

目前我國的道路工程行業(yè)發(fā)展迅速，高性能混凝土的需求也得到了極大地刺激，但目前我國行業(yè)內(nèi)對于高性能混凝土的研究仍處于一個相對不足的階段。高性能混凝土的研制，除了要選擇優(yōu)質(zhì)材料外，還需要對材料混合的配合比以及摻合料、外加劑予以重視，在養(yǎng)護(hù)過程中對于養(yǎng)護(hù)方法、時間也有要求。但是這些技術(shù)上的規(guī)程要求，在某種程度上也制約了高性能混凝土在工程中的實(shí)際操作與推廣。另外，工程領(lǐng)域內(nèi)普遍認(rèn)為高性能混凝土的強(qiáng)度應(yīng)大于60 MPa，這使得其在工程應(yīng)用中受到了限制。同時對于混凝土材料而言，一般強(qiáng)度越大，其硬度越大、脆性越明顯，這就使得其抗震能力得到極大減弱。特別對于受到交通荷載頻繁作用的道路工程，這一缺陷也就越發(fā)明顯。因此對于高強(qiáng)度混凝土的研制方面，應(yīng)當(dāng)對強(qiáng)度低于60 MPa的普通混凝土進(jìn)行高性能化，用于道路建設(shè)。

3 市政道路工程中高性能混凝土的應(yīng)用

3.1 快速固化修復(fù)

隨著我國交通壓力的逐漸增大，道路修復(fù)也面對著很多問題，譬如采用普通混凝土進(jìn)行修復(fù)時其凝結(jié)固化周期較長，對交通運(yùn)輸會產(chǎn)生較大干擾。特別是對于高速公路以及城市道路的修復(fù)，由于其交通性質(zhì)，普通混凝土施工造成的經(jīng)濟(jì)損失更加巨大。因此，水泥混凝土路面的修復(fù)技術(shù)對于材料固化時間提出了較高要求。研究表明，采用工業(yè)礦渣、粉煤灰作為摻合料，并加入合適的外加劑能夠制備出具有快速凝結(jié)能力的高性能混凝土，使用該混凝土材料進(jìn)行路面修復(fù)，在施工后數(shù)小時即可通車走人，大大節(jié)省了修復(fù)時間，且該材料的耐久性較普通硅酸鹽水泥更強(qiáng)。此外，由于材料中使用了大量諸如工業(yè)礦渣、粉煤灰等工業(yè)、生活廢料，變廢為寶的利用方式符合節(jié)能減排目標(biāo)。

3.2 高性能纖維混凝土技術(shù)

普通混凝土自身具有抗拉強(qiáng)度低、韌性差等問題，并且混凝土強(qiáng)度越高這些性質(zhì)越突出。通過對水泥混凝土進(jìn)行纖維復(fù)合，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)，充分利用其高抗壓強(qiáng)度的同時，增加混凝土多種性能性。譬如通過復(fù)合不同種類或摻量的纖維以改善混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗疲勞特性等。下文對工程中高性能混凝土主要復(fù)合的幾種纖維材料進(jìn)行介紹：

3.2.1 鋼纖維

鋼纖維憑借自身優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度、延性性能，在材料研究早期就被用于混凝土的性能改善。目前已有的大量道路橋梁工程實(shí)踐證明，鋼纖維混凝土在使用中表現(xiàn)出了遠(yuǎn)超普通混凝土的力學(xué)性能。在合適的鋼纖維摻量下，道路混凝土面層厚度在設(shè)計(jì)要求上可以得到有效放寬，以此能夠節(jié)省建設(shè)材料用量、降低建設(shè)成本。除此之外，鋼纖維具有較好的韌性，能夠彌補(bǔ)普通混凝土抗疲勞能力差的弱點(diǎn)。

3.2.2 玻璃纖維

玻璃纖維具有比鋼纖維更好的力學(xué)性能，且其彈性模量與混凝土相近，理論上受力過程中兩者粘結(jié)將會更牢固。且玻璃纖維在成本上要遠(yuǎn)低于鋼纖維，有更高的應(yīng)用效益，是混凝土復(fù)合材料的一個趨勢。但目前玻璃纖維應(yīng)用于混凝土材料仍存在一些不可回避的問題。譬如普通玻璃纖維其主要成分有二氧化硅，在普通硅酸鹽水泥的堿性環(huán)境中極易發(fā)生損壞，無法達(dá)到預(yù)期的效果。所以如果想要對普通玻璃纖維的性能予以利用，就需要對玻璃纖維進(jìn)行耐堿處理，但該工藝不僅復(fù)雜而且成本較高，無法大量普及使用。目前，隨著研究的逐步加深，耐堿蝕玻璃纖維混凝土的研制已經(jīng)有了較大突破，成本上也得到了一定的控制，未來在市政道路上的應(yīng)用前景極為廣闊。

3.2.3 碳纖維

碳纖維是一種性質(zhì)穩(wěn)定的新型材料，被廣泛應(yīng)用在電子信息、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，并發(fā)揮了出色的效用。在工程性質(zhì)上，碳纖維有著較強(qiáng)的抗拉能力與延性，且能夠在各種惡劣環(huán)境下保持其較好的性能，所以作為工程材料具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。試驗(yàn)表明，碳纖維混凝土相較于普通混凝土在抗裂性、耐腐蝕性、延性等方面有著更好的表現(xiàn)。

3.2.4 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維作為一種研究開始較晚的有機(jī)纖維材料，其纖維尺寸更小，故相同摻量下，聚丙烯纖維的根數(shù)較鋼纖維等無機(jī)纖維更多且分散更為均勻。在材料中能夠更好地發(fā)揮其延性性質(zhì)，緩解混凝土脆性傾向。

4 結(jié)語

綜上所述，高性能混凝土作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?，通過材料選擇、施工工藝等多方面的創(chuàng)新，可以滿足很多普通混凝土無法完成的工程訴求。對于一些特殊的市政道路工程，高性能混凝土不僅可以滿足工程要求還能夠達(dá)到降低成本的目的，具有很強(qiáng)的實(shí)用意義與發(fā)展價值，并且由于采用了很多工業(yè)廢料作為摻合料，符合我國綠色發(fā)展的號召。綜上所述，以高性能快速修補(bǔ)混凝土和纖維增強(qiáng)高性能混凝土為例的高性能混凝土在工程中有著較強(qiáng)的競爭力，符合我國發(fā)展的需求，值得大力推廣應(yīng)用，是我國未來發(fā)展的必然趨勢。但目前對于高性能混凝土仍缺乏系統(tǒng)性的研究，需要后續(xù)不斷地探索與應(yīng)用，為市政道路工程提供更多發(fā)展基礎(chǔ)。

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