淺談高性能混凝土在道路橋梁工程中的應(yīng)用

1、淺談高性能混凝土在道路橋梁工程中的應(yīng)用楊麗(山西省高速公路管理局, 山西太原030006)摘要: 根據(jù)公路工程實踐, 通過分析研究高性能混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)及其性能特點, 提出了提高高性能混凝土技術(shù)性能的措施和方法, 以促進高性能混凝土在道路橋梁工程建設(shè)中 的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 高性能; 混凝土; 道路; 橋梁; 工程; 應(yīng)用文章編號: 100623528 (2004) 0220043203中圖分類號: u 414. 18文獻標(biāo)識碼: a目前高性能混凝土除在高層建筑工程中有所應(yīng)用外, 在道路橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用還較少, 因此筆 者根據(jù)工程實踐, 通過分析研究高性能混凝土的技術(shù)性能, 挖掘其特點,

2、以發(fā)揮其對公路工程建設(shè)的促 進作用。高性能混凝土的技術(shù)性能主要表現(xiàn)在高強度、 大流動性和良好的耐久性 3 個方面。因此, 除抗壓強 度外, 尚應(yīng)關(guān)注混凝土的體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、流動性、抗彎拉強度等技術(shù)指標(biāo)。凝土從出機到澆灌這段時間內(nèi)的坍落度損失不能大于 2 cm , 且 120 m in 后 混 凝 土 的 擴 展 度 值 不 小 于500 mm 500 mm , 同時要具有良好的黏聚性和保 水性, 保證混凝土成型后均勻密實、不分層、不離析,滿足施工和易性要求。1. 3 凝結(jié)時間高性能混凝土在工程應(yīng)用中, 往往作業(yè)面大, 為 了保證成型, 便于早期養(yǎng)護, 凝結(jié)時間應(yīng)適當(dāng)延緩, 尤其是要延長初凝

3、時間, 一般應(yīng)根據(jù)施工時的氣候、環(huán)境等條件, 結(jié)合工程要求確定混凝土的凝結(jié)時間,通常北方地區(qū)夏季初凝時間可延長至12 h 14 h , 終凝時間延長至15 h 18 h , 冬季初凝10 h 12 h , 終凝12 h 14 h , 以保證混凝土的密實性和穩(wěn)定性,同時應(yīng)推遲混凝土水化熱峰值出現(xiàn)的時間, 降低水化熱峰值15 % 20 % , 以防止溫度應(yīng)力過大, 引起 混凝土的開裂。1確定高性能混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土各項技術(shù)指標(biāo)的合理確定, 是研 究工作的基礎(chǔ), 也是研究工作的重要環(huán)節(jié)。1. 1配制強度f cu , 0 f cu , r + 1. 645式 中: f cu , r 混

4、凝 土 立 方 體 抗 壓 強 度 標(biāo) 準(zhǔn) 值, m p a;f cu , 0 混凝土的配制強度,m p a;2提高高性能混凝土技術(shù)性能的主要措施2. 1提高強度的主要措施通常把不低于 c 60 強度等級的混凝土稱為高 強混凝土。在我國目前的技術(shù)條件下, 室內(nèi)配制 c 60甚至 c 80 的混凝土已不是難題, 但在工程上大量應(yīng) 用 c 60 及其以上的混凝土還不多, 這主要是受施工控制技術(shù)的影響。高性能混凝土不僅要高強度, 還必須以滿足施工條件為前提。2. 1. 1嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量 高性能混凝土宜選用質(zhì)量穩(wěn)定的 52. 5 級以上的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥配制。 粗骨料宜采用巖 混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)

5、差,m p a。1. 2 坍落度坍落度是檢測混凝土和易性的主要指標(biāo)。 混凝 土的和易性包括流動性、黏聚性和保水性。目前國內(nèi)尚無同時檢測混凝土和易性三項性質(zhì)的方法, 主要是通過坍落度試驗來測定混凝土流動性, 同時觀察 黏聚性和保水性。 坍落度是新拌混凝土質(zhì)量控制的 重要指標(biāo), 它能在很大程度上綜合反映混凝土的和易性。高性能混凝土要表現(xiàn)出大流動性即高流態(tài), 因而坍落度值偏大, 一般為20 cm 24 cm , 并要求混石立方體抗壓強度不低于 1. 5 倍混凝土強度等級的措施:a) 摻入高效減水劑, 降低混凝土的水灰比, 改善和易性, 提高混凝土的流動性, 并達到高強的效果;b ) 摻入特殊的保塑組

6、分以保證混凝土在出機3 h 以內(nèi)坍落度損失小于15 % ;c) 粗骨料選用級配良好的5 mm 20 mm 的碎 卵石, 細(xì)骨料選用中砂, 并采用適宜的砂率以進一步改善混凝土的黏聚性和保水性。2. 3降低水化熱的主要措施 水泥與水發(fā)生反應(yīng)放出一定的熱量稱為水化熱。由于高性能混凝土膠凝材料總量高, 因此水化熱 高, 其峰值出現(xiàn)的早, 這是高強混凝土產(chǎn)生裂縫的主 要原因之一, 對混凝土耐久性和硬化后的性能影響 很大。 水化熱可采取以下措施加以改善:碎石, 且潔凈, 針、片狀含量低, 粒型好, 級配好; 細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)不低于 2. 6 的中砂, 含泥量應(yīng)控制 在1 % 以內(nèi), 且級配良好。2. 1

7、. 2 摻加活性摻合料高活性摻合料品種主要有硅灰、磨細(xì)礦渣、粉煤 灰及沸石粉等。 摻合料摻入混凝土中可使混凝土的強度提高, 這是由于高活性摻合料具有“微集料效 應(yīng)”和“形態(tài)效應(yīng)”, 其顆粒尺寸均很小, 而且具有球形微珠的形態(tài), 使之有利于填充在水泥顆粒的空隙 中, 減小了混凝土的孔隙率, 增加了混凝土的密度, 使混凝土的抗?jié)B性能明顯提高。另一方面, 高活性摻合料具有“活性效應(yīng)”, 在一定條件下, 活性摻合料中的氧化硅、氧化鋁與水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng),生成的水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣, 可增加混凝土的 強度。在混凝土中摻入活性摻合料, 還能有效降低水 化熱, 減少混凝土的收縮, 改善混凝土的工作

8、性, 調(diào)整混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu), 阻礙侵蝕性介質(zhì)浸入, 提高混凝土的抗腐蝕能力, 同時對堿集料反應(yīng)也起到了一 定的抑制作用, 因而可大大提高混凝土的耐久性。2. 1. 3 活性摻合料活性的改善a) 復(fù)摻技術(shù)。 配制高性能混凝土常采用“復(fù)摻” 技術(shù), 即在較高強度等級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥中摻入幾種高活性摻合料, 使不同的混合料 發(fā)生優(yōu)勢互補作用, 即超疊加效應(yīng), 以充分利用各種 高活性摻合料的不同形態(tài)、不同活性、不同溶出組 成, 進行科學(xué)合理的有效摻配, 互相取長補短, 獲得最佳最經(jīng)濟的復(fù)合效果, 以取得更高的活性;b ) 活性激發(fā)劑的利用技術(shù)。 為使高性能混凝土 摻合料活性進一步提高, 還可

9、采用“活性激發(fā)劑技術(shù)”, 如活性 a l2o 3 較高的燒黏土, 粉煤灰和沸石等 超 細(xì) 粉 料 中 加 入 硫 酸 鹽 激 發(fā) 劑 石 膏, 使 之 與a l2o 3 反應(yīng)形成鈣礬石, 且鈣礬石形成時的體積微 膨脹效應(yīng), 可使水泥石的孔隙更小, 結(jié)構(gòu)更致密, 不會產(chǎn)生體積安定性不良現(xiàn)象。 對超細(xì)礦渣可摻入n a2 so 4 和三乙醇胺作為激發(fā)劑以提高其活性。由堿 礦渣水泥的水化反應(yīng)機理可知, n a2 so 4 不會造成堿含量增高而引起堿骨料反應(yīng), 而且有利于礦渣更好地發(fā)揮其強度。2. 2保證流動性的主要措施 高性能混凝土的大流動性即高流態(tài)是說混凝土拌合物要具有良好的保塑性和施工性。 混凝土

10、的高 流態(tài)要以優(yōu)良的工作性為前提條件, 也就是說在坍 落度較大時, 為保證混凝土不離析、不泌水, 在出機a )水 泥 用 量 盡 量 降 低, 一 般 小 于 等 于450 k g m 3;b ) 摻 入 優(yōu) 質(zhì) 的 活 性 摻 合 料, 一 般 大 于 等 于100 k g m 3;c) 摻入保塑劑與緩凝劑;d) 摻加高效減水劑。2. 4增加體積穩(wěn)定性和耐久性的主要措施 高性能混凝土不僅具有高強、高流動性, 而且還應(yīng)具有優(yōu)異的耐久性, 混凝土體積穩(wěn)定性與耐久性 是緊密相連的, 耐久性好穩(wěn)定性相應(yīng)就好。耐久性首先是由混凝土配合比、原材料 ( 水泥、摻合料和骨料) 性能、制備混凝土的工藝方法、澆

11、注 成型方法和硬化條件所決定。 主要反映在混凝土的 抗凍性指標(biāo)及在高溫、高濕環(huán)境下對化學(xué)侵蝕、鋼筋 銹蝕、堿骨料反應(yīng)的抵抗能力。 從快硬、高強、抗?jié)B、抗凍、抗碳化的角度出發(fā), 可采取以下措施提高混凝土的耐久性。2. 4. 1合理選用水泥和骨料 對水泥的含堿量以及骨料中活性氧化硅應(yīng)嚴(yán)加控制, 以抑制和預(yù)防堿- 骨料反應(yīng)的發(fā)生。 堿骨料反應(yīng)是水泥中的堿性氧化物和活性骨料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng), 該反應(yīng)會使硬化后的混凝 土發(fā)生膨脹破壞, 嚴(yán)重影響混凝土的使用壽命。因此首先要盡量選用非活性或低活性骨料; 二是選擇質(zhì)量穩(wěn)定, 含堿量較低的水泥、膨脹劑和減水劑; 三是 摻加粉煤灰抑制堿骨料反應(yīng)。2. 4. 2

12、盡量減小水灰比 水灰比是決定混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)最重要的因素之一, 隨著水灰比的減小和混凝土開口孔總體積減 小, 平均孔徑也變小, 混凝土的抗?jié)B性提高, 因而排 除或降低了由于吸水引起的化學(xué)侵蝕、鋼筋銹蝕和2. 4. 3正確合理選用摻合料和外加劑3高性能混凝土的養(yǎng)護混凝土中摻入適量的活性摻合料可降低溫升,改善工作性, 增大密實度, 減小孔隙率, 提高早后期 強度, 從而提高耐久性。 如摻入膨脹劑, 可利用早期 膨脹補償后期收縮, 從而提高混凝土的耐久性; 摻入減水劑, 可增大混凝土流動性, 改善混凝土內(nèi)部結(jié) 構(gòu), 提高混凝土強度和耐久性。2. 4. 4改進澆注、養(yǎng)護施工工藝 良好的澆注養(yǎng)護工藝和設(shè)

13、備是保證混凝土硬化前不分層、不離析, 減少泌水, 硬化后不開裂的先決條件, 因而也是保證混凝土在使用環(huán)境中有優(yōu)異耐 久性的必要條件?；炷翝沧⒄駬v完畢后, 必須進行適宜的養(yǎng)護工作, 養(yǎng)護是混凝土成型的最后一道關(guān)鍵工序, 是混 凝土技術(shù)性能好壞的決定性因素之一, 因此要加強 混凝土的養(yǎng)護, 保證混凝土在適宜的條件下正常硬化和強度增長。而高性能混凝土水灰比較低, 材料內(nèi) 部處于缺水狀態(tài), 澆注后表面又不泌水, 且初凝后表 面即開始失水, 產(chǎn)生細(xì)微凝縮裂縫, 因此高性能混凝 土的早期養(yǎng)護極其重要, 為避免混凝土早期失水過 多, 必須及時采取覆蓋、灑水等有效養(yǎng)護措施, 以防止混凝土在施工中由于溫度和收

14、縮而產(chǎn)生裂縫, 影 響混凝土的強度和耐久性。the a pp l ica t ion of h igh- perf orm an ce con cre te toroa d an d br idge en g in eer in gy a ng l i(shan x i prov in c ia l expre sswa y a dm in istra t ion , ta iyuan , shan x i 030006, ch ina )a bstra c t: com b in ed w ith th e co n st ru c t io n p rac t ice, th e p ap

15、 e r an a lyzed th e m a in tech n ica l in dex an d it s ch a rac te r ist ic s o f h igh 2p e rfo rm an ce co n c re te, p ropo sed som e m ea su re s an d m e tho d s fo r refe ren ce.key word s: h igh 2p e rfo rm an ce; co n c re te; ro ad; b r idge; en g in ee r in g; app lica t io n(上接第 26 頁)2

16、. 4優(yōu)化養(yǎng)護資源2. 5提高路況質(zhì)量減少使用者費用路況質(zhì)量好, 可節(jié)省道路使用者費用 (車輛運營 費用、事故損失費用、在途時間) 8 % 以上。2. 6提高工作效率以往需要通過近半個月完成的養(yǎng)護質(zhì)量指數(shù)的 計算, 現(xiàn)在只需要幾分鐘并形成有關(guān)的養(yǎng)護報告, 提 高了其工作效率。總之, 隨著 c pm s 2001 版的逐步建立應(yīng)用, 我 省高速公路養(yǎng)護將實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理信息化、養(yǎng)護決策科學(xué)化、養(yǎng)護管理現(xiàn)代化的目標(biāo)。節(jié)省養(yǎng)護資金c pm s 2001 的使用能夠優(yōu)化公路養(yǎng)護資源, 使有限的公路養(yǎng)護資金發(fā)揮最大的社會效益, 可以提 高養(yǎng)護資金利用率5 % 10 % 。我省高速公路每年養(yǎng)護費用在 1

17、億左右, 也就是說, 應(yīng)用 c pm s 技術(shù) 投入 160 萬元后, 每年可以節(jié)約資金近 1 000 萬元,而且日后高速公路養(yǎng)護里程的不斷加大和養(yǎng)護年限 的增長, 每年的養(yǎng)護費用會逐年增加, 其產(chǎn)生的經(jīng)濟 效益也更加顯著。the d eve lopm en t an d a pp l ica t ion of expre sswa y m a in tenan cem ana gem en t sy stem in shan x iy u l i- yun(shan x i prov in c ia l expre sswa y a dm in istra t ion , ta iyuan , shan x i 030006, ch ina )a bstra c t: t h e p ap e r in t ro du ced th e deve lopm en t an d app lica t io n o f e xp re ssw ay m a in ten an cem an agem en t sy