道路橋梁施工中高性能混凝土技術(shù)分析

盧嘉燦

（廣州公路工程集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510700）

0 引言

混凝土作為道路橋梁工程最常用的材料之一，其性能對于項(xiàng)目工程質(zhì)量有著直接的影響。為了滿足時代發(fā)展對路橋工程質(zhì)量的需求，高性能混凝土技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其通過合理的配比方式，對原材料的組合進(jìn)行優(yōu)化，成本較低、質(zhì)量較高、使用壽命較長，對其應(yīng)用進(jìn)行研究對于推廣高性能混凝土具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，符合時代發(fā)展的客觀需求。

1 工程概況

某段高速公路所需要建設(shè)的橋梁長度為300m，屬于大跨度橋梁基礎(chǔ)設(shè)施工程，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的混凝土材料應(yīng)用難以保障橋梁的工程質(zhì)量，設(shè)計單位為保障橋梁工程質(zhì)量，選擇應(yīng)用高性能混凝土進(jìn)行施工。橋梁為雙曲拱橋，采用重力式橋墩作為承重基礎(chǔ)，橋面縱坡形狀為人字形，坡度為2.2%。橋梁工程上部區(qū)域采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱型梁進(jìn)行施工，需要進(jìn)行混凝土澆筑，全橋的箱梁數(shù)量為76 片，厚度在0.5m 以上，支座應(yīng)用橡膠板式支座進(jìn)行施工。

2 高性能混凝土應(yīng)用方式

2.1 材料配比

高性能混凝土的應(yīng)用在傳統(tǒng)混凝土材料配比上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過適當(dāng)增加外加劑的方式提高混凝土的性能。改良后的高性能混凝土可以支持大量的工程，荷載力與預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，耐久性良好，其所制造的橋梁工程不會出現(xiàn)裂縫等問題。案例中的設(shè)計單位應(yīng)用高性能混凝土開展實(shí)際工程，基于力學(xué)理論與材料學(xué)理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，對其進(jìn)行合理的配比，按照水泥的用量對其他材料的用量進(jìn)行設(shè)計，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 高性能混凝土配比表

基于表1中高性能混凝土配比所應(yīng)用的相關(guān)材料數(shù)量進(jìn)行合理優(yōu)化，按照水泥的含量對具體的摻和料進(jìn)行配置，在保持材料總量不變的情況下對其所需要投入的其他材料進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的配比優(yōu)化。高性能混凝土在案例工程中的應(yīng)用成本比較低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)，其在使用過程中與傳統(tǒng)的方式存在差異，相關(guān)人員需要明確遵循高性能混凝土配比技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，對其具體的操作流程進(jìn)行明確，控制好成本與效益之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2.2 原料控制

高性能混凝土與傳統(tǒng)混凝土之間的不同主要基于對原料的科學(xué)控制而實(shí)現(xiàn)，其所應(yīng)用的原材料包括規(guī)格為525 的硅酸鹽水泥，由于該原料的凝結(jié)時間、黏稠度、耗水量等性能比較高，成為高性能混凝土配置應(yīng)用的主要原材料。案例中就是應(yīng)用此規(guī)格的原材料實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的制作和應(yīng)用，有效地提高了橋梁的力學(xué)屬性，進(jìn)度也有所加快。

高性能混凝土對粗骨料的要求也比較高，粗骨料的雜質(zhì)含量、顆粒粒徑、含水率、級配等均需要達(dá)到更高的要求，這樣才可以實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的科學(xué)攪拌與配置。案例中的高性能混凝土配置應(yīng)用質(zhì)量較高的石灰?guī)r碎石作為主要材料，由于該材料中部分的礦物質(zhì)與水泥發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，可以提高混凝土的凝結(jié)效果和材料的強(qiáng)度。施工人員將其應(yīng)用到結(jié)構(gòu)較為密集的區(qū)域，控制骨粒徑參數(shù)在18mm 左右，有效地保障了混凝土的高性能。

細(xì)骨料的云母含量以及含泥量等是高性能混凝土配置需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，高性能細(xì)骨料如果石英含量比較少，會導(dǎo)致混凝土的黏稠度過高，無法滿足橋梁工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到高性能混凝土在實(shí)際應(yīng)用過程中的特點(diǎn)，需要考慮其具有一定的易性特征，選擇水泥含量適中的細(xì)骨料進(jìn)行配置，確?；炷恋男阅軡M足標(biāo)準(zhǔn)。

高性能混凝土的使用需要輔助應(yīng)用相應(yīng)的外加劑，其可以有效提高混凝土的強(qiáng)度，延長混凝土的使用壽命。外加劑可以是一萘磺酸鹽、三聚氰胺甲醛縮合物等，將其應(yīng)用到混凝土配置中，可以在保障其環(huán)保性能的基礎(chǔ)上，使得原材料即使在高流態(tài)的狀態(tài)下，也可以保持相應(yīng)的強(qiáng)度，并延緩混凝土的凝結(jié)時間。案例中的橋梁工程建設(shè)使用一萘磺酸鹽外加劑，在拌和過程中添加適當(dāng)?shù)牧?，配制出高性能混凝土，有效提高了工程?xiàng)目的質(zhì)量，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 高性能混凝土現(xiàn)場圖

3 高性能混凝土應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 強(qiáng)度提升

基于高性能混凝土在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用，采用量化指標(biāo)分析方法探索其應(yīng)用優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的混凝土應(yīng)用方式對比，采用強(qiáng)度檢驗(yàn)的方式對使用高性能混凝土的強(qiáng)度等級進(jìn)行對比，其強(qiáng)度等級上升12.8%個指標(biāo)點(diǎn)，施工強(qiáng)度得到有效提升。案例中的施工隊(duì)伍考慮到高性能混凝土對于橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化作用，在建設(shè)過程中部分應(yīng)力較大的區(qū)域使用高性能混凝土，改善橋梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)力參數(shù)，提高了混凝土材料的強(qiáng)度，對于橋梁的穩(wěn)定性提升也有著積極的作用。設(shè)計人員考慮到地基會對橋梁承載力產(chǎn)生一定程度的影響，為了避免地基沉降所導(dǎo)致的橋梁工程出現(xiàn)裂縫、形變等問題，使用高性能混凝土。實(shí)踐證明，高性能混凝土的應(yīng)用效果較好，可以提升橋梁工程的強(qiáng)度等級。

3.2 耐久性提升

耐久性是指橋梁工程投入使用之后所支撐的時間，判斷其在一個時期之內(nèi)是否會受到環(huán)境因素、應(yīng)力因素、地質(zhì)因素等影響，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)一定程度的損壞。案例中的橋梁工程頂部區(qū)域采用瀝青進(jìn)行道路敷設(shè)，公路同樣應(yīng)用瀝青對其進(jìn)行敷設(shè)，對比兩者之間的耐久性，在投入使用之后高性能混凝土的耐久性有效提升了9.6%。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將傳統(tǒng)混凝土材料與高性能混凝土材料進(jìn)行對比試驗(yàn)，其結(jié)果顯示與實(shí)際應(yīng)用效果相差不大。因此，高性能混凝土具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，效果良好，投入使用后橋梁工程的壽命有所延長，耐久性能有所增加。

3.3 節(jié)能效果提升

節(jié)能效果通過材料的消耗量和使用量進(jìn)行評判，判斷其在投入使用過程是否出現(xiàn)能源、資源浪費(fèi)的情況。高性能混凝土投入使用后，其能源消耗量降低2.7%左右，并可以起到良好的環(huán)保效果。其不會對人員、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，二氧化碳的排放量也有所降低。高性能混凝土配置過程中使用的添加材料可以用生活垃圾或者粉煤灰等材料進(jìn)行制作，其成本比較低，起到一定的環(huán)保效果，性能也可以得到保障。

4 高性能混凝土應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 合理配比

考慮到高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用要點(diǎn)，如何對其進(jìn)行配比和制作是設(shè)計人員和施工人員需要重點(diǎn)考慮的問題。設(shè)計人員指出，具體施工應(yīng)配置出達(dá)到指標(biāo)界限值的高性能混凝土材料，基于配比過程中所需的材料已經(jīng)在設(shè)計方案中指出，配比方式也已嚴(yán)格落實(shí)，在應(yīng)用過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計方案中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對混凝土進(jìn)行合理配比。主要原料使用硅酸鹽水泥，其他材料中的粗骨料使用礫石，挑選細(xì)度在10mm 左右的粗骨料，細(xì)骨料選擇應(yīng)用中砂，細(xì)度模數(shù)控制在3mm 左右。外加劑則使用比例為0.9% 一萘磺酸鹽溶劑，按照水泥的重量進(jìn)行配比制作。根據(jù)相關(guān)要求，其配比需要合理控制，混凝土體積與容量之間的比例應(yīng)為1∶10 以內(nèi)，在合理的配比基礎(chǔ)上對其進(jìn)行含水量控制，充分地攪拌均勻。攪拌過程中細(xì)致觀察其是否出現(xiàn)稠度變化較大的情況，一旦出現(xiàn)問題需要及時調(diào)整優(yōu)化，確?；炷恋男阅躘1]。

由于材料配比在容器內(nèi)部進(jìn)行，施工人員根據(jù)設(shè)計方案中對高性能混凝土的原料以及相關(guān)用料進(jìn)行明確，按照重量比例對其進(jìn)行劃分，水泥與砂石之間的比例為1∶1.47，與水之間的比例為1∶1.42，與碎石之間的比例是1∶2.03.基于上述比例數(shù)值進(jìn)行具體的配比工作，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證、稱量之后投入拌和站中，對其進(jìn)行攪拌均勻。

4.2 坍落度控制

高性能混凝土在橋梁工程項(xiàng)目中的應(yīng)用應(yīng)高度重視其坍落度，其可以衡量混凝土的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量，通過對坍落度參數(shù)的確定，可以判斷混凝土的和易性是否滿足高性能指標(biāo)的實(shí)際需求。按照混凝土的質(zhì)量影響因素，可以將坍落度控制參數(shù)內(nèi)容分為流動性參數(shù)、黏聚性參數(shù)以及保水性參數(shù)三大方面。在拌和使用過程中對混凝土的坍落度參數(shù)進(jìn)行計算，由于高性能混凝土的流動性比傳統(tǒng)的混凝土較強(qiáng)，坍落度的數(shù)值需要控制在30cm 左右。此外，將其應(yīng)用到具體的工程之中，由于混凝土出機(jī)到澆筑過程中需要一定的時間，可能會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)坍落度損失等問題，計算該過程的時間以及坍落度的損失程度，通常情況下，應(yīng)將坍落度損失參數(shù)控制在2cm 以內(nèi)，當(dāng)高性能混凝土出機(jī)之后，進(jìn)行相應(yīng)的澆筑作業(yè)，其總體的擴(kuò)展損失參數(shù)應(yīng)耦控制在50cm×50cm 以內(nèi)，這樣才可以保障高性能混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用質(zhì)量。坍落度的控制方法主要集中在用水量上，合理的控制水灰比是坍落度控制的主要措施，在具體拌和配比過程中需要對高性能混凝土所使用相關(guān)材料的含水量進(jìn)行計算。此外，環(huán)境中的濕度參數(shù)也會影響到高性能混凝土的坍落度，對環(huán)境因素進(jìn)行合理的分析，也是控制坍落度的主要措施。

4.3 凝結(jié)時間控制

高性能混凝土的凝結(jié)時間會對混凝土的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響，由于路橋工程的建設(shè)作業(yè)面積比較大，混凝土的應(yīng)用量也比較多，導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量控制存在一定的難度。尤其是使用高性能混凝土，其凝結(jié)時間比較長，需要加強(qiáng)該過程的成型控制?？紤]到環(huán)境因素對實(shí)際混凝土配置所產(chǎn)生的影響，需要對混凝土的凝結(jié)時間進(jìn)行綜合預(yù)測，受季節(jié)、天氣的影響，高性能混凝土應(yīng)用到北方地區(qū)，如果在冬季使用，則初凝時間在10h 左右，終凝時間控制在14h 左右。如果是夏季，溫度過高，則初凝時間和終凝時間均會有所延長，南方地區(qū)則會更長。因此，路橋工程施工人員需要嚴(yán)格控制混凝土的凝結(jié)時間，通過環(huán)境優(yōu)化方式延長或者縮短高性能混凝土的凝結(jié)時間，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的密實(shí)度，具體如圖2所示。

圖2 混凝土凝結(jié)過程

5 結(jié)語

綜上所述，改良后的混凝土材料質(zhì)量較好，抗應(yīng)力參數(shù)較強(qiáng)，將其應(yīng)用到具體工程之中可以提高項(xiàng)目施工質(zhì)量，保障項(xiàng)目施工強(qiáng)度，比較傳統(tǒng)混凝土材料而言，其具有廣泛適應(yīng)性。因此，相關(guān)部門要高度重視高性能混凝土的制備與應(yīng)用，考慮到水泥、砂石等材料配比參數(shù)變化對混凝土性能質(zhì)量所造成的影響，加大技術(shù)研究，進(jìn)一步推動其在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。