高性能混凝土特性及其在桥梁建设中的应用探讨

1、    高性能混凝土特性及其在桥梁建设中的应用探讨    张亚洲摘要 高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。本文介绍了三个方面的内容:一是高性能混凝土产生的背景。二是高性能混凝土的特性。三是高性能混凝土在施工中需注意的问题。 关键词高性能混凝土 桥梁建设 特性应用 高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初,一些发达国家基于

2、混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土,它以耐久性为首要设计指标,这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命,如香港的青马大桥、加拿大的联盟大桥等,这些跨海大桥的设计使用寿命均在100年以上,而建设部于20世纪90年代组织了对国内混凝土结构的调查,发现大多数工业建筑及露天构筑物在使用2530年后即需大修,处于有害介质中的建筑物使用寿命仅1520年。为了区别于传统混凝土,高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性,被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土,至今已在不少重要工程中被采用,特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性

3、,在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益,因此被各国学者所接受,被认为是今后混凝土技术的发展方向。 一、高性能混凝土的特性 与普通混凝土相比,高性能混凝土在组成与配合比方面有如下特点: 1.使用矿物掺合料。高性能混凝土一般都含有矿物掺和料硅粉、粉煤灰或磨细矿渣,经过国内外大型桥梁中的实际应用表明,其中以硅粉提高强度和耐久性的效果最显著。硅粉为高活性、无定性sio2微小颗粒,粒径是水泥粒径的1/100,可以填充在水泥颗粒之间,同事能将水泥水化产生的ca(oh)2转化为csh凝胶(即火山灰反应),从而大幅度提高混凝土强度和降低混凝土渗透性。在非常恶劣环境中要求混凝土结

4、构具有长寿命,或混凝土强度等级在c80以上,硅粉是高性能混凝土的必要组成部分。优质粉煤灰具有物理减水作用,高细度矿渣具有增强作用。这两种掺和料也都有火山灰反应活性,能够在一定程度上降低混凝土渗透性;但粉煤灰和矿渣会降低混凝土早期强度。同时掺加硅粉和优质粉煤灰或高强度矿渣,可以配置高强同时耐久的混凝土。目前这种水泥+硅粉+粉煤灰或矿渣的三组份胶结材的高性能混凝土正在获得越来越多的应用。 2.低水胶比。只有水胶比低,混凝土的孔隙率或渗透性才可能低,因此低水胶比是保证混凝土高耐久性于较高强度的前提条件之一。目前已形成共识:水胶比低于0.45的混凝土,不可能在严酷环境中具有高耐久性,实际应用的高性能混

5、凝土水胶比常常介于0.250.40之间。 3.最大骨料粒径小。高性能混凝土骨料的最大粒径宜在1020mm。有两个原因,其一;最大粒径较小,则骨料与水泥浆界面应力差较小,一位应力差可能引起裂缝;其二:较小骨料颗粒强度比大颗粒强度高,因为岩石破碎时消除了内部裂隙。 4.高效减水剂与水泥的相容性好。低水胶比和含有硅粉的高性能混凝土除必须使用高效减水剂以外,高效减水剂和水泥之间的相容性还必须好,这样才能保证混凝土拌和物有良好的工作性。虽然高性能混凝土具有上述共性,但并不意味高性能混凝土会有标准的组成或配合比,因为每个工程的原材料和对强度、耐久性的要求都不同,配合比使用中也会根据桥梁的实际需要使用不同类

6、型的水泥、矿物掺和料和化学外加剂。对于预应力混凝土大梁,配合比主要是以强度指标为基础,一般同时能够获得较高耐久性,因为高强混凝土的渗透性较低。相反,现浇桥面板的高性能混凝土配合比则一般以耐久性为基础,同时也规定了混凝土的最小抗压强度。 二、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，具有易于浇注、捣实而不离析、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。推广高性能混凝土在桥梁中的应

7、用，延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益。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”是粉煤灰、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：跨径更长；主梁间距更大；构件更薄；耐久性增强；力学性能加强。三、高性能混凝土的配备原则在高性能混凝土按配合比拌制之前,必须对原材料

8、进行检验,尤其要控制好集料,水泥和矿物掺合料的质量,主要的技术指标必须达到施工规范提出的要求。由于高性能混凝土用水量少,水胶比低,拌合时较稠,因此在具体的操作中,应需要采用拌合性能好的搅拌设备。配制的基本原则是:采用低水胶比,选用优质原材料,且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂如硅灰、粉煤灰、矿渣等,并从混凝土拌和物的流动性、施工工艺方面考虑,以获得高流态、低离析、质量均匀的高强混凝土。粉煤灰能有效地提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性,拌合用水采用无污染、无杂质的饮用纯净水。另外,制备高性能混凝土时,各种原材料的计量应尽量准确。高强混凝土配合比设计的一般原则如下： 1、高强

9、混凝土的用水量低,水灰比一般小于0135;对80mpa的混凝土,水灰比小于0130;对100mpa的混凝土, 水灰比小于0126; 更高强度时水灰比取0122 左右。 2、水泥用量一般为400450kgöm3,对80mpa的混凝土可为500kgöm3,更高强度时也不能超过550kgöm3。应该通过外加矿物混合料来控制和降低水泥用量。高强混凝土必须采用优质水泥。 3、集料应挑选强度高、吸水率低的碎石, 最大粒径不超过1520, 如混凝土强度等级不是很高可以放宽到25。尽量排除片状和针状石子。 4、砂率可为013甚至更低。但过低砂率会影响工作度,所以一般可取01301

10、35, 尤其是泵送时不宜取较低砂率。 5、当水灰比很低时, 工作度弹性弯曲变形, 预弯集中力释放后利用钢梁的弹性恢复变形使下缘混凝土产生预压应力。 四、高性能混凝土质量的施工中控制 4.1 在施工方案中事先确定施工缝预留位置，不能随意变更，施工缝的接槎处理一般情况下应在混凝土强度达到1.2mp8以上时，在已硬化的混凝土表面清除水泥浮浆和松动石子，将施工缝处混凝土表面凿毛，并用水冲洗干净，不得积水，再用高标号水泥砂浆浇抹表面后用混凝土细致捣实使新is混凝土结合密实。 4.2 振捣方式的质量控制。施工方要根据设计图纸及其施工规范等做好施工方案，并且及时向所有操作人员做好技术交底，预防因振捣方式不对

11、而造成混凝土分层、离析、表面浮浆、麻面等质量问题，进而尽可能降低混凝土成型硬化后出现裂缝的概率，保证混凝土的耐久性。 4.3 二次振捣或多次搓压表面。高强、高性能混凝土在拌制过程中，掺加多种外加剂及掺和料，一般情况下缓凝4小时左右，这段时间已浇混凝土表面因环境及水泥水化作用失水较多，容易产生收缩裂缝，经初凝前二次振捣或多次搓压表面，能有效防止表层裂纹，且通过留置的混凝土试块进行强度试验，强度提高5%左右。 4.4 在施工过程中出现下列情况之一应挖出混凝土。不能保证混凝土振捣密实或对水工建筑带来不利影响的级配错误的混凝土料；长时间凝固、超过规定时间的混凝土料；下到高等级混凝土浇筑部位的低等级混凝土料。 4.5 在浇筑埋石混凝土的时候应该严格控制施工单位的埋石量、埋石大小并保证埋石洁净以及埋石与模板的距离，杜绝施工单位为了单纯提高埋石率而放弃质量。在施工中努力确保埋石垂直和水平距离，以不影响振捣为原则，提高埋石混凝土质量。 4.6 浇筑完的混凝土必须遮盖来保温或者防雨。 五、结束语 目前,在世界范围内,高性能混凝土的研究和应用正在不断创新发展,而由于高性能混凝土能有效的降低构件的截面尺寸,降低造价,节省材料费用,寿命期延长又能大幅度减少经济开支,因而高性能混凝土是今后桥梁建设中很有发展前途的优质材料