高性能混凝土及其在路桥施工中的应用

高性能混凝土及其在路桥施工中的应用
RSS 打印复制链接大中小发布时间：2012-04-17 07:51:39
1 前言
在20世纪70年代以后的二、三十年，世界各国和我国的混凝土科学技术有了十分显著的发展，从混凝土外加剂的广泛应用到工业废渣作为磨细掺合料的开发应用，使混凝土技术向高强化、高性能化大大地迈进了一步。

高性能混凝土在1990年由美国正式提出，立即受到全世界注意，被称为“21世纪混凝土”。

我国1992年开始重视，现已在大城市商品混凝土和重要建筑中较普遍采用，形势很好。

高性能混凝土是在高强混凝土的基础上发展起来的，已逐渐被很多学者认可，在工程上得到了广泛的应用。

2高性能混凝土（HPC）的涵义
人们试图通过采用高抗渗性、高阻抗的混凝土来抑制或延缓钢筋腐蚀的发生，这种混凝土就是高性能混凝土。

那么，什么是高性能混凝土呢？ACI于1998年对高性能混凝土做了如下定义：“高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，如果采用传统的原材料组合和一般的拌和、浇筑与养护方法，未必总能大量的生产出这种混凝土”。

一般认为，高性能混凝土是具有高强度、高工作性、高抗渗性和优良体积稳定性的混凝土。

因此，在桥梁、公路等工程中使用高性能混凝土无疑会大大提高工程建筑的使用寿命。

3 高性能混凝土优点
高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制下制成的，除采用优质水泥、水和集料以外，必须采用低水胶比和掺加足够数量的矿物细掺料与高效外加剂，高性能混凝土应同时保证下列性能：耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性。

这些性能到底以哪一个为主，或者说必须先满足哪一个性能要求才称得上是高性能混凝土，目前的趋势是偏向于高耐久性，但不同国家、不同学者、不同技术人员的看法并不一致。

根据不同的使用条件或功能要求，高性能混凝土应该有一个或几个最主要的性能指标，对于这一点，应该是不会有疑义的。

因为即便是高性能混凝土也不可能同时达到所有的高性能要求。

至于以哪一个性能要求为主，应该根据工程应用实际来确定。

作者认为在保证满足规定的性能要求前提下，最安全、最经济、对环境损害最小的混凝土，就是所需的高性能混凝土。

从而可知，高性能混凝土除了应具有优异的力学性能，耐久性能和高体积稳定性能以外，还应具有以下优点：
1) 尽可能多地使用绿色水泥, 如生态水泥、无熟料水泥、掺大量混合材料的水泥等, 最大限度地减少水泥熟料用量, 以降低对矿物资源、能源的消耗,减少有害气体的排放, 节约资源能源, 保护环境。

2) 更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料,如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰、稻壳灰、沸石粉等以及其它废渣, 以节约水泥熟料。

3) 对大量建筑垃圾进行资源化处理, 使之成为可利用的再生混凝土骨料, 用于配制再生混凝土, 以减少对天然砂石的开采。

4) 最大限度地发挥高性能混凝土的优势, 提高其耐久性, 延长建筑物的使用寿命, 以减少水泥和混凝土的用量。

4 高性能混凝土在桥梁和公路等工程中的应用
近几十年来，高性能混凝土在国内外得到了迅速的发展，在高层建筑、海上建筑、公路、桥梁、原子能工业等建设中采用愈来愈多。

为了扩大高性能混凝土的应用范围，应该将欧美对高性能混凝土强度的低限50MPa降低到C30左右，原则是不损及混凝土的内部结构，如孔结构、水化物结构与界面结构等，以保证耐久性与体积稳定性。

例如水胶比不低于0.40～0.42，胶凝材料总量不少于250～300kg/ m3；根据工程性质，确定强度指标。

许多工程如大体积水工建筑、基础等对强度要求不高，但对耐久性、工作性、体积稳定性、低水化热等有很高要求，都应采用高性能混凝土。

例如日本跨海明石大桥基墩混凝土(50万m3)要求高耐久性、高抗冲刷性与低升温，而强度只要求20MPa，是掺加了复合外加剂与复合细掺料的高性能混凝土。

4.1高性能混凝土在桥梁中的应用
高性能混凝土广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造，包括长大跨桥梁所用的拌合物。

它们主要用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥。

高性能混凝土有广泛的应用性，易于浇注、捣实而不离析，具有高超的、能长期保持的力学性能；早期强度高, 韧性高和体积稳定性好，在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性与优异的耐久性。

在推广高性能混凝土在桥梁中的应用，延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益方面，人们所关注的是高性能混凝土，而不仅仅是高强度混凝土。

耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建设的目标。

当前国内应用较好的如上海东海大桥用的混凝土，设计寿命100年，使用的“高性能海工混凝土”使粉煤灰、矿粉等废料化腐朽为神奇，成为特殊的掺和材料，使海工混凝土既有高强度、耐久性、抗腐蚀等特性，又易于施工，直接节约材料成本2000万元。

不仅效果稳定，还能提前感知混凝土的过度疲劳。

高性能混凝土在桥梁工程中应用的优点是： a.跨径更长； b.主梁间距更大；c.构件更薄；d.耐久性增强； e.力学性能加强。

4.2高性能混凝土在公路中的应用
高性能混凝土具有高施工性、高体积稳定性、高耐久性及足够的力学强度，为此它能相对长时间承受如冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入、侵蚀等恶劣环境。

高性能混凝土在公路应用中，其耐久性优点极为突出：一方面它可以提高路基施工质量，确保路基不下沉；另一方面解决了公路混凝土强度等级低，以及水泥用量少与耐久性要求之间的矛盾。

高性能混凝土是以耐久性为主要指标，同时要具有高强、早强、高施工性( 高流动、高粘聚性、高可浇注性) 等优异性能。

其配制的基本思想是：通过对原材料进行选择，优化混凝土配比，掺入复合高效外加剂，同时掺入一些经过处理的工业废料如硅灰、粉煤灰、矿渣等；从混凝土拌和物的流动性、施工工艺方面考虑，要获得高流态、低离析、质量均匀的公路高性能混凝土，应根据公路混凝土的特点，结合高性能混凝土的优点，综合考虑其各方面的性能要求来进行研究开发。

其中, 若能从改变公路混凝土的施工工艺出发，不采用滑模摊铺施工，而采用高流态( 接近自流平)，坍落度达240～270mm的混凝土来施工，则该方法进一步丰富了公路高性能混凝土的内涵,其带来的经济效益和社会效益将是不可估量的。

5 高性能混凝土是混凝土的发展趋势
随着我国建筑事业的蓬勃发展，建筑材料用量不断增加，尤其混凝土的用量每年均在万立方米以上。

如此庞大用量势必导致混凝土的浪费并易造成一些工作质量问题，同时还会污染环境，这就需要发展高性能混凝土来缓解这一矛盾。

另一方面，高效预应力混凝土所用的高强低松驰钢纹线已生产出来，强度达到要求值，并能大量供应，而混凝土的技术发展水平与钢材的发展水平还不相匹配。

所以发展高性能混凝土是发展高效预应力混凝土急待解决的一个重要间题。

总之，高性能混凝土是混凝土的发展方向，从工程角度来说，我们所需要的混凝土是在制备阶段应具有良好的工艺性，不泌水，不离析，希望能达到不需要振捣而自流密实；在水化阶段应具有体积稳定，水化热低，温差收缩小，不产生内在裂缝，早期强度发展快；在硬化后的使用阶段的混凝土应具有所需的28天强度和后期强度，质地密实，耐久性好，体积变形小，抗渗性能优良等等。

6 结论
高性能混凝土的应用领域已逐渐扩大，广泛应用于公路、高速公路、桥梁和核反应堆等工程实际中, 推广应用高性能混凝土需要有设施、施工、科研部门和原材料与混凝土生产企业的各方参与，需要政府有关部门加以组织、协调、干预和技术经济政策上的支持。

混凝土工业是传统产业，需要用高新技术加以改造和提高。

可以断言，高性能混凝土的研发和推广应用必将是我国今后新型混凝土发展的主要方向。

参考文献：
[1] 高性能混凝土应用现状及其前景.
[2] 郑建岚.现代混凝土结构技术.
[3] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土，中国铁道出版社.
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[5] 龚方田, 王世忠.生态建材——21世纪中国建材的希望. 中国建材, 1998, (1) : 34～36.。