小議高強(qiáng)混凝土在公路工程中的應(yīng)用研究
摘要：從20世紀(jì)30、40年代以來，隨著水泥品種的改善以及化學(xué)外加劑的使用，工程中普遍應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度在國際范圍內(nèi)得到穩(wěn)步的增長。本文簡要介紹了高強(qiáng)混凝土的概念及其優(yōu)越性，同時對高強(qiáng)高性能混凝土的一般設(shè)計原則及預(yù)彎預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋的施工方法也作了論述。
關(guān)鍵詞：高強(qiáng)混凝土 優(yōu)越性 公路施工 方法
建國以來的50年是我國進(jìn)行大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的50年。全國從南到北，從內(nèi)地到邊疆，到處都在進(jìn)行著規(guī)模宏大的基本建設(shè)。大規(guī)模的建設(shè)和巨大的工程量，促進(jìn)和推動了作為最大宗基本建設(shè)材料的混凝土及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展。
從技術(shù)角度來看，我國目前的水平也較高，我國的工程技術(shù)人員已經(jīng)掌握了高度達(dá)382.5m一泵到頂?shù)募夹g(shù)，一次連續(xù)澆筑超過2萬m3的超大體積混凝土技術(shù)，邁入世界先進(jìn)的行列；至于正在施工的三峽混凝土工程，混凝土總量超過2500萬m3，其工程量之大，混凝土要求之嚴(yán)，施工難度之高，均堪稱世界之最。
一、高強(qiáng)度高性能混凝土概念
對于高強(qiáng)混凝土，各國沒有準(zhǔn)確的定義，同時各國的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。長期以來，我國現(xiàn)場澆筑混凝土強(qiáng)度等級大量低于C30，預(yù)制混凝土構(gòu)件普遍低于C40;同時混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的計算公式大部分是根據(jù)較低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的試驗數(shù)據(jù)得出，對于強(qiáng)度較高的C50或更高等級的混凝土明顯不適用;另外從混凝土的制作技術(shù)來看，C50及更高等級的混凝土在施工時需要嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和較高的施工水平?？紤]到我國目前的施工水平和質(zhì)量管理制度現(xiàn)狀，以C50作為劃分高強(qiáng)混凝土的指標(biāo)，強(qiáng)度等級達(dá)到或超過C50的混凝土為高強(qiáng)混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10多年的時間，它是伴隨著高強(qiáng)混凝土而問世的。
高性能混凝土不僅滿足工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和機(jī)械化泵送施工、具有足夠的強(qiáng)度，而且是一種耐久性優(yōu)異的混凝土。與傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土在配合比上的特點是低用水量、較低的水泥用量，并以化學(xué)外加劑與粉煤灰作為水泥、砂石之外的基本組成成分。這些使硬化混凝土內(nèi)部的孔隙少，具有致密的微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)， 抗?jié)B性能優(yōu)良，因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化過程中體積穩(wěn)定、水化熱低、溫升小，冷卻時的溫度收縮小， 干燥收縮也小，所以硬化后不易產(chǎn)生宏觀和微觀裂縫。我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范組1978年的一項調(diào)查表明，在一般環(huán)境下有40% 工業(yè)民用建筑結(jié)構(gòu)的混凝土已碳化到鋼筋表面，而在較潮濕的環(huán)境下90%構(gòu)件已經(jīng)銹蝕。因此在混凝土的耐久性問題受到普遍重視的今天，高性能混凝土無疑是解決結(jié)構(gòu)耐久性最有效和最經(jīng)濟(jì)的途徑。
二、高強(qiáng)混凝土有三大優(yōu)越性：
1.在一般情況下，混凝土強(qiáng)度等級從C30提高到C60，對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30－40％；受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10－20%。
2.凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于減少了截面，結(jié)構(gòu)自重減輕，這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者，由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問題，而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例，該建筑原設(shè)計用C40級混凝土，改用C60級混凝土后，其底層面積可增大1060平方米，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
3.由于高強(qiáng)混凝土的密實性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。因此，國外高強(qiáng)混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優(yōu)于普通混凝土，可以提高工程使用壽命。
4.高強(qiáng)混凝土變形小，從而使構(gòu)件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。
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三、高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計的一般原則
1、高強(qiáng)混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135;對80M Pa的混凝土，水灰比小于0130;對100MPa的混凝土，水灰比小于0126;更高強(qiáng)度時水灰比取0122左右。
2、水泥用量一般為400～450kgm3，對80MPa的混凝土可為500kg/m3，更高強(qiáng)度時也不能超過550kg/m3。應(yīng)該通過外加礦物混合料來控制和降低水泥用量。高強(qiáng)混凝土必須采用優(yōu)質(zhì)水泥。
3、集料應(yīng)挑選強(qiáng)度高、吸水率低的碎石，最大粒徑不超過15～ 20，如混凝土強(qiáng)度等級不是很高可以放寬到25。盡量排除片狀和針狀石子。
4、砂率可為013甚至更低。但過低砂率會影響工作度，所以一般可取013～0135，尤其是泵送時不宜取較低砂率。
5、當(dāng)水灰比很低時，為改善工作度彈性彎曲變形，預(yù)彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復(fù)變形使下緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。
四、高強(qiáng)混凝土技術(shù)需要解決的幾個問題
以前高強(qiáng)混凝土一般是指強(qiáng)度等級在C45級以上的混凝土。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土是指強(qiáng)度等級在C60級以上的混凝土。高強(qiáng)混凝土技術(shù)通常包括以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：高性能的混凝土外加劑現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土在施工中要解決下列技術(shù)問題：
1.低水灰比，大坍落度 高強(qiáng)混凝土一般要求低水灰比，這種低水灰比的混凝土早在60年代末，我國就有過研究與應(yīng)用，但由于混凝土在低水灰比的情況下，坍落度很小，甚至沒有坍落度，其成型和搗實都很困難，無法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。
2.坍落度損失問題 現(xiàn)代城市混凝土施工，一般采用預(yù)攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠(yuǎn)，要把混凝土從攪拌站運(yùn)到工地需用較長的時間?；炷猎谶\(yùn)輸?shù)倪^程中，其坍落度隨時間的增加而減小，這對高強(qiáng)混凝土來說無疑又增加了難度。
3.混凝土可泵性問題 泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強(qiáng)和泵送幾乎是不可分割的。所以對高強(qiáng)混凝土要解決混凝土可泵送的要求。要解決這一系列技術(shù)難題，關(guān)鍵是研制一種高性能的外加劑。
五、具體的施工控制方法
1、對原材料的選擇
配置C60級高強(qiáng)混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選，它們除了要有比較好的性能指標(biāo)外，還必須質(zhì)量穩(wěn)定，即在施工期內(nèi)主要性能不能有太大的變化。
2、工時的質(zhì)量控制和管理
一般來說，在試驗室配置符合要求的高強(qiáng)混凝土相對比較容易，但是要在整個施工過程中，混凝土都要穩(wěn)定在要求的質(zhì)量水平功能上就比較困難了。一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當(dāng)敏感，而對高強(qiáng)混凝土，設(shè)計時所留的強(qiáng)度富余度又不可能太大，可供調(diào)節(jié)的余量較小，這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化，并且要根據(jù)這些變化隨時調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。
3、超細(xì)活性摻合料的應(yīng)用
對于強(qiáng)度等級為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術(shù)措施－摻入超細(xì)活性摻合料。
混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定極限后就不可能再增加了，因為混凝土強(qiáng)度在水化時不可避免地會在其內(nèi)部形成一些細(xì)微的毛細(xì)孔。如果要使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，就必須采取措施把這些孔隙填滿，進(jìn)一步增加混凝土的密實性。最常用的方法是用極細(xì)（微米級）的活性顆粒摻入混凝土，使它們在水漿中的細(xì)微孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔，達(dá)到增密和增強(qiáng)的作用。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
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建國以來的50年是我國進(jìn)行大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的50年。全國從南到北，從內(nèi)地到邊疆，到處都在進(jìn)行著規(guī)模宏大的基本建設(shè)。大規(guī)模的建設(shè)和巨大的工程量，促進(jìn)和推動了作為最大宗基本建設(shè)材料的混凝土及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展。
從技術(shù)角度來看，我國目前的水平也較高，我國的工程技術(shù)人員已經(jīng)掌握了高度達(dá)382.5m一泵到頂?shù)募夹g(shù)，一次連續(xù)澆筑超過2萬m3的超大體積混凝土技術(shù)，邁入世界先進(jìn)的行列；至于正在施工的三峽混凝土工程，混凝土總量超過2500萬m3，其工程量之大，混凝土要求之嚴(yán)，施工難度之高，均堪稱世界之最。
一、高強(qiáng)度高性能混凝土概念
對于高強(qiáng)混凝土，各國沒有準(zhǔn)確的定義，同時各國的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。長期以來，我國現(xiàn)場澆筑混凝土強(qiáng)度等級大量低于C30，預(yù)制混凝土構(gòu)件普遍低于C40;同時混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的計算公式大部分是根據(jù)較低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的試驗數(shù)據(jù)得出，對于強(qiáng)度較高的C50或更高等級的混凝土明顯不適用;另外從混凝土的制作技術(shù)來看，C50及更高等級的混凝土在施工時需要嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和較高的施工水平?？紤]到我國目前的施工水平和質(zhì)量管理制度現(xiàn)狀，以C50作為劃分高強(qiáng)混凝土的指標(biāo)，強(qiáng)度等級達(dá)到或超過C50的混凝土為高強(qiáng)混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10多年的時間，它是伴隨著高強(qiáng)混凝土而問世的。
高性能混凝土不僅滿足工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和機(jī)械化泵送施工、具有足夠的強(qiáng)度，而且是一種耐久性優(yōu)異的混凝土。與傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土在配合比上的特點是低用水量、較低的水泥用量，并以化學(xué)外加劑與粉煤灰作為水泥、砂石之外的基本組成成分。這些使硬化混凝土內(nèi)部的孔隙少，具有致密的微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)， 抗?jié)B性能優(yōu)良，因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化過程中體積穩(wěn)定、水化熱低、溫升小，冷卻時的溫度收縮小， 干燥收縮也小，所以硬化后不易產(chǎn)生宏觀和微觀裂縫。我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范組1978年的一項調(diào)查表明，在一般環(huán)境下有40% 工業(yè)民用建筑結(jié)構(gòu)的混凝土已碳化到鋼筋表面，而在較潮濕的環(huán)境下90%構(gòu)件已經(jīng)銹蝕。因此在混凝土的耐久性問題受到普遍重視的今天，高性能混凝土無疑是解決結(jié)構(gòu)耐久性最有效和最經(jīng)濟(jì)的途徑。
二、高強(qiáng)混凝土有三大優(yōu)越性：
1.在一般情況下，混凝土強(qiáng)度等級從C30提高到C60，對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30－40％；受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10－20%。
2.凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于減少了截面，結(jié)構(gòu)自重減輕，這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者，由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問題，而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例，該建筑原設(shè)計用C40級混凝土，改用C60級混凝土后，其底層面積可增大1060平方米，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
3.由于高強(qiáng)混凝土的密實性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。因此，國外高強(qiáng)混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優(yōu)于普通混凝土，可以提高工程使用壽命。
4.高強(qiáng)混凝土變形小，從而使構(gòu)件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。
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三、高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計的一般原則
1、高強(qiáng)混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135;對80M Pa的混凝土，水灰比小于0130;對100MPa的混凝土，水灰比小于0126;更高強(qiáng)度時水灰比取0122左右。
2、水泥用量一般為400～450kgm3，對80MPa的混凝土可為500kg/m3，更高強(qiáng)度時也不能超過550kg/m3。應(yīng)該通過外加礦物混合料來控制和降低水泥用量。高強(qiáng)混凝土必須采用優(yōu)質(zhì)水泥。
3、集料應(yīng)挑選強(qiáng)度高、吸水率低的碎石，最大粒徑不超過15～ 20，如混凝土強(qiáng)度等級不是很高可以放寬到25。盡量排除片狀和針狀石子。
4、砂率可為013甚至更低。但過低砂率會影響工作度，所以一般可取013～0135，尤其是泵送時不宜取較低砂率。
5、當(dāng)水灰比很低時，為改善工作度彈性彎曲變形，預(yù)彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復(fù)變形使下緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。
四、高強(qiáng)混凝土技術(shù)需要解決的幾個問題
以前高強(qiáng)混凝土一般是指強(qiáng)度等級在C45級以上的混凝土。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土是指強(qiáng)度等級在C60級以上的混凝土。高強(qiáng)混凝土技術(shù)通常包括以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：高性能的混凝土外加劑現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土在施工中要解決下列技術(shù)問題：
1.低水灰比，大坍落度 高強(qiáng)混凝土一般要求低水灰比，這種低水灰比的混凝土早在60年代末，我國就有過研究與應(yīng)用，但由于混凝土在低水灰比的情況下，坍落度很小，甚至沒有坍落度，其成型和搗實都很困難，無法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。
2.坍落度損失問題 現(xiàn)代城市混凝土施工，一般采用預(yù)攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠(yuǎn)，要把混凝土從攪拌站運(yùn)到工地需用較長的時間?；炷猎谶\(yùn)輸?shù)倪^程中，其坍落度隨時間的增加而減小，這對高強(qiáng)混凝土來說無疑又增加了難度。
3.混凝土可泵性問題 泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強(qiáng)和泵送幾乎是不可分割的。所以對高強(qiáng)混凝土要解決混凝土可泵送的要求。要解決這一系列技術(shù)難題，關(guān)鍵是研制一種高性能的外加劑。
五、具體的施工控制方法
1、對原材料的選擇
配置C60級高強(qiáng)混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選，它們除了要有比較好的性能指標(biāo)外，還必須質(zhì)量穩(wěn)定，即在施工期內(nèi)主要性能不能有太大的變化。
2、工時的質(zhì)量控制和管理
一般來說，在試驗室配置符合要求的高強(qiáng)混凝土相對比較容易，但是要在整個施工過程中，混凝土都要穩(wěn)定在要求的質(zhì)量水平功能上就比較困難了。一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當(dāng)敏感，而對高強(qiáng)混凝土，設(shè)計時所留的強(qiáng)度富余度又不可能太大，可供調(diào)節(jié)的余量較小，這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化，并且要根據(jù)這些變化隨時調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。
3、超細(xì)活性摻合料的應(yīng)用
對于強(qiáng)度等級為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術(shù)措施－摻入超細(xì)活性摻合料。
混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定極限后就不可能再增加了，因為混凝土強(qiáng)度在水化時不可避免地會在其內(nèi)部形成一些細(xì)微的毛細(xì)孔。如果要使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，就必須采取措施把這些孔隙填滿，進(jìn)一步增加混凝土的密實性。最常用的方法是用極細(xì)（微米級）的活性顆粒摻入混凝土，使它們在水漿中的細(xì)微孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔，達(dá)到增密和增強(qiáng)的作用。
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