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摘要：高性能混凝土在桥梁施工中的运用，大幅度提高了桥梁的使用性能和寿命，其在桥梁结构当中所起到的作用非常明显，与普通的混凝土相比，且耐久性有显著的提高。文章结合成贵高速铁路中的宜宾金沙江公铁两用桥高性能混凝土的施工情况，对影响高性能混凝土的因素进行了分析，并指出了施工中的质量控制要点。希望本文论述能够为相关领域的工作者提供一些参考和借鉴。
关键词：桥梁；施工；高性能混凝土
近年来，随着我国高速铁路建设的蓬勃发展，主体结构100年的使用寿命已经成为设计和质量控制的主要目标。如何在不同的复杂环境条件，提高结构抵抗冻融、碳化、磨蚀、化学侵蚀等因素破坏的能力，是广大科研工作者和施工技术人员面临的技术难题。高性能混凝土作为实现这一目标的重要手段，它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途和功能特点，重点保证结构的耐久性、混凝土的工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等要求，在客运专线和高速铁路建设中得到了广泛的应用。其理论研究、配制和施工技术也在应用中不断得到完善和提高。
1高性能混凝土的基本特点
高性能混凝土由传统的水泥、粗骨料、细骨料、水等组分在增加矿物掺合料和化学外加剂后成为6组份，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术制作的一种新型高技术混凝土。它以环境作用和工程结构特点为前提，以耐久性设计为主要目标，具有易浇筑、振捣时不离析、早强和长期的力学性能、结构密实、抗渗性和体积稳定性好、水化热低、在恶劣环境下有较长的使用寿命等特点。主要体现在以下几个方面：（1）具有一定的强度和高抗侵蚀能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。（2）具有良好的工作性能。流动性能好、坍落度损失小，混凝土在运输和成型过程中不分层、不离析、不泌水，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性。（3）使用寿命长。根据结构设计特点具有相应的使役年限，最高可达100年以上。（4）具有较高的体积稳定性，混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。
2高性能混凝土的原材料选择
混凝土结构在自然环境和使用条件下，随着时间的推移，材料逐渐老化和结构性能劣化，出现损伤甚至损坏，是一个不可逆的过程。它不是直接由力学因素引起，首先是混凝土材料的物理化学作用的结果，继而影响到建筑物的使用功能和结构的承载力下降，最终会影响整个结构的安全。根据工程结构所处的环境条件等级和设计要求，选择正确的原材料，是提高混凝土耐久性的关键环节，可达到增加混凝土的密实性，提高其抗渗性、抗裂性和抗冻性。
2.1正确选择水泥品种
不同品种的水泥对化学结合能力、强度的形成、耐腐蚀性、耐冻性、抗渗性和延缓碳化的能力有很大差别。在一般环境条件下，宜选用低水化热和含碱量低的水泥，不宜选用早强的水泥，可以选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥中掺加混合料的水泥如矿渣水泥、火山灰水泥等，也能提高抵抗各种化学侵蚀的能力，但养护条件对其性能影响很大，且其抗冻性和抗碳化性能较差，因此要慎重选择。
2.2重视对骨料质量的要求
骨料在混凝土中所占有的体积很大，选用级配良好、坚硬、致密、高强度且具有稳定的物理和化学性质的骨料对配制高性能混凝土至关重要。骨料的物理耐久性还反映在其体积的稳定性，随着环境改变，骨料体积变化而导致混凝土破坏属于骨料的不稳定性，用于严寒地区并处于干湿交替、冻融循环环境下的混凝土骨料，应进行骨料的坚固和抗冻融试验。骨料的化学耐久性，主要是碱骨料反应，产生碱骨料反应的重要条件除了因混凝土中含碱量超标和使用环境处于水中或潮湿环境条件外，与采用碱活性骨料有极大关系。对重要工程采用的骨料应作碱活性检验。
2.3控制水胶比和胶凝材料用量
水胶比对混凝土的耐久性有直接影响。水胶比关系着混凝土孔隙率多少，影响着CO2在孔隙率中的扩散程度，影响着混凝土碳化的速度和对钢筋的锈蚀。控制水胶比是为了减少混凝土拌合物硬化后多余的水逸出产生的毛细孔道和空隙、减少渗透性、防止冻融破坏和破坏结构表面的美观。控制胶凝材料用量是为了保证混凝土的密实性，通常规定不能低于最小用量，但胶凝材料用量过多，会引起收缩和水化热过大而引起开裂，对结构不利。从耐久性的要求角度，宜优化混凝土配合比，确定最佳胶凝材料用量和水胶比。
2.4掺加矿物掺合料
矿物掺合料是配制高性能混凝土的组成材料之一，也是提高混凝土耐久性的重要措施。混凝土中的总碱含量来源于水泥、矿物掺合料、外加剂和水，其中矿物掺合料的碱含量以其所含的可溶性碱计算，维持胶凝材料总量不变的情况下，掺入矿物掺合料取代一部分水泥，可以有效降低混凝土的碱含量，有利于防止碱骨料反应的发生。使用两种或者两种以上的掺合料复合，其效果通常优于单一的某种矿物掺合料。当前广泛使用的矿物掺合料有粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石、硅灰及其复合物等，其中粉煤灰和磨细矿渣由于其价格低廉、资源广得到了更为广泛的应用。国内学者针对粉煤灰和矿粉作了大量的试验研究，结果表明，掺入粉煤灰后混凝土的电通量明显降低，抗氯离子渗透性能显著增强，耐久性得到提高。单
掺粉煤灰对早期强度影响较大，抗压强度相对较低，但28d以后仍有一定的强度增长空间，最终其56d抗压强度与基准混凝土的抗压强度基本相当；而粉煤灰和矿粉配伍使用时，可以使两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，既能增强结构的抗侵蚀性能，提高耐久性，还可以充分利用两者的"强度互补效应"，早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后于水泥熟料水化引起的早期强度损失；后期发挥粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的"内核作用"，使混凝土后期强度持续得到提高，结构的耐久性也会进一步得到提高。
2.5使用性能良好的外加剂
恰当地在混凝土中使用一些外加剂，如减水剂、引气剂等，有利于改善混凝土的性能，提高结构的耐久性。伴随着我国混凝土技术的不断进步，混凝土拌合物性能从干硬性到塑性和大流动性，混凝土强度从中低强度到高强度、混凝土的综合性能从普通性能开始向高性能方向发展，混凝土减水剂也经历了一个不断发展和创新的过程，已经由以木钙等为代表的第一代普通减水剂阶段发展到目前以聚羧酸盐为代表的第三代高性能减水剂阶段。现在国内的外加剂生产市场也呈现出鱼龙混杂的局面，不同生产厂家的产品其含固量、减水率、主要化学成分、氯离子含量、碱含量、推荐掺量和使用方法、注意事项等也各不相同，选择时应尽可能采用聚羧酸系列的高性能减水剂，其减水率可高达20%以上，能够在很大程度上改善混凝土的和易性，便于浇注和振捣，在保证流动性和胶凝材料用量不变的条件下，减少用水量，改善混凝土的孔结构，提高抗渗性，增加结构的强度和耐久性。
在混凝土中掺入一定数量性能理想的引气剂，可以在混凝土中形成一定数量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，增强物料间的润滑作用，提高拌合物的流动性，增强混凝土的抗冻、抗渗、抗腐蚀等耐久性能。选择减水剂时还应该注意其与水泥的相容性，同一种减水剂对不同牌号、不同厂家甚至同一牌号、同一厂家、不同批号的水泥减水效果也不一样，必须通过试验进行检验。
3高性能混凝土的施工质量控制
3.1加强原材料质量检测
⑴各种原材料进场后，按要求对水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、水的品种、规格、数量以及质量证明书等进行验收核查，并按规定取样复验，各项品质指标必须满足规范要求，对于质量容易波动的粗、细骨料则要加强源头控制。
⑵严格控制粉煤灰和矿粉的质量。粉煤灰和矿粉品质对结构的耐久性有重要影响，劣质粉煤灰由于含有较多不规则的多孔颗粒和未燃尽的炭，会导致需水量增加和保水性变差。矿粉质量如果不能满足要求，则会给混凝土带来如粘聚性下降、出现离析和泌水、凝结时间延长、早期强度降低等诸多问题，甚至28d强度也会不同程度地降低。当粉煤灰和矿粉掺量较大时，其质量控制更为关键。
⑶加强对聚羧酸减水剂的质量控制。现在国内生产聚羧酸减水剂的厂家不少，但是由于生产规模和技术能力不同，这些企业在产品的质量保证和稳定性方面发展并不均衡。只有选择产品质保体系健全、质量稳定的外加剂，才能够为高性能混凝土施工提供有力的保障。
3.2严格控制混凝土配合比
⑴加强计量精度检查。按照高性能混凝土施工要求，粗、细骨料的计量允许偏差为±2%，水泥、矿物掺合料、外加剂、拌合用水的计量允许偏差为±1%。目前，各施工单位都配备了自动计量功能的混凝土拌合楼，其计量精度经地方技术监督部门检定，均能满足要求。但是由于混凝土拌合站的使用频率很高，甚至在生产高峰期持续24h满负荷运转，高强度生产也会对搅拌机的计量系统造成影响，导致计量的准确性会发生变化。施工过程中必须每月采用标准砝码进行一次校核，每周进行一次运行检查，确保配料计量准确。
⑵严格控制用水量。现在混凝土都是采用拌合楼集中拌合、罐车运输、泵送浇注的施工工艺，为了防止堵管等现象的发生，往往采用掺入外加剂、加大胶凝材料用量、提高砂率等方式提高混凝土的和易性。但是要保持混凝土的强度要求，就要维持水胶比不变，相应增大用水量，这样的混凝土密实性会相对降低，收缩量增大，浇注后容易出现裂缝，尤其在夏季高温期间混凝土容易失水，工作性能损失较快，而工人为便于操作，现场加水等现象时有发生，更容易导致混凝土离析、泌水，匀质性下降，硬化后出现大量孔隙和微细裂缝，降低结构的耐久性。现场试验人员一定要根据现场情况严格控制施工配合比，确保混凝土性能满足施工和耐久性要求。
3.3混凝土温度控制
⑴浇筑混凝土时，按规定检测混凝土入模温度，记录环境气温、相对湿度、风速等参数。
⑵炎热季节施工时，采取在骨料堆场搭设遮阳棚、用低温水搅拌混凝土等措施降低混凝土拌合物温度，施工现场避免模板和新浇混凝土受阳光直射。尽可能安排在傍晚浇筑而避开炎热的白天，也不宜在早上浇筑以免气温升到最高时加剧混凝土内部温升。
⑶冬季施工时，采用骨料保温、加热水等方法调整拌合物温度（水的加热温度不高于80℃），以满足最低入模温度5℃的要求。
⑷浇筑大体积混凝土结构前，根据事先估算的混凝土最高中心温度采取措施，以保证混凝土内外温差（结构芯部与表层混凝土）和表层混凝土与环境温差满足不大于20℃的要求。也可根据结构截面尺寸大小可采取搭设遮阳棚、预设循环冷却水系统等方式来控制混凝土温升和内外温差，浇筑过程中按要求在混凝土表面和内部埋设测温元件。
3.4施工过程控制
⑴搅拌混凝土前，准确测定粗、细骨料的含水率，换算施工配合比。
⑵混凝土运输过程中要保证拌合物的均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能。对运输设备应采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻，严禁在运输过程中向混凝土内加水。
⑶混凝土入模前，按规定测定其温度、坍落度和含气量等工作性能，性能指标符合要求的混凝土方可入模浇筑。
⑷根据结构尺寸和钢筋间距情况，合理选择浇筑振捣工艺，确保浇筑过程中混凝土不出现分层、离析等现象，并保持混凝土的保护层厚度不变。
⑸表层混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，待定浆后再抹第二遍并压光或拉毛。抹面时严禁洒水，并防止过度操作影响表层混凝土的质量。尤其寒冷地区受冻融作用的混凝土和暴露于干旱地区的混凝土，更要注意保证抹面工序的施工质量，以增加混凝土的密实性，降低混凝土的渗透性能。
3.5混凝土养护
高性能混凝土水胶比小，基本不泌水，养护显得尤为重要。高性能混凝土中掺入了大量的矿物掺合料，为了更好地发挥掺合料效应，更应该注重结构的保温保湿养护。
⑴混凝土振捣完成后，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖（可采用蓬布、塑料布等），尽量减少暴露时间，防止表面水分蒸发。⑵混凝土带模养护期间，采取带模包裹、浇水、喷淋洒水或通蒸汽等措施进行保湿养护。⑶混凝土去除表面覆盖物或拆模后，对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，保湿养护时间要满足规范要求。
宜宾金沙江公铁两用桥位于金沙江上游，距离下游的中坝金沙江公路大桥约3.5km，地处宜宾市规划中心区域的翠屏区高庄桥旁。铁路部分桥梁起于宜宾市翠屏区，向东南经高桩桥水库、高桥小学、四川农科院水产研究所，跨越内昆铁路、翠柏大道及金沙江后，止于金江村大石盘组。桥梁桥跨布置为：6×32.7m简支箱梁＋（48+80+48）m连续刚构＋4×45m连续梁＋4×45m连续梁＋（116+120+336+120+336）m钢箱系杆拱＋5×45m连续梁＋3×32.7m简支箱梁，共计需高性能混凝土约50万方。
桥梁桩基、墩台和梁体均按使用年限100年进行设计，根据结构所处环境条件等级的不同，混凝土还应具有不同等级的抗碳化、抗冻融和抗化学侵蚀能力。根据不同环境条件等级对混凝土的要求，试验室在高性能混凝土配合比设计和优化方面做了大量的工作，尤其是通过使用聚羧酸高性能减水剂和较大掺量地掺入粉煤灰、矿粉，对改善混凝土的工作性能、提高耐久性起到了重要的作用。不同环境条件下部分桩基、墩台及箱梁混凝土配合比结果汇总见表1和表2
由表1可以看出，矿物掺合料的掺配比例达到了40%～50%的大掺量，混凝土的强度和各项耐久性指标均满足要求。通过比较可知，从28d到56d之间，混凝土强度还有较大的增长幅度，可见利用粉煤灰和矿粉的火山灰效应可以提高混凝土的后期强度，对于掺入矿物掺合料的混凝土一定要延长保湿养护时间。由表2可以看出，混凝土的强度及耐久性指标都满足规范要求。在混凝土中掺加聚羧酸高性能减水剂和较大比例的矿物掺合料，能够减少用水量，有利于提高结构的密实性，减少混凝土收缩，提高耐久性。通过优化配合比、加强施工管理、强化过程控制，有效地保证了结构物实体的施工质量。
参考文献：
[1]张誉，蒋利学，张伟平等.混凝土结构耐久性概论[M].上海科学技术出版社，2000年12月
[2]姚燕，王玲，田培.高性能混凝土[M]，化学工业出版社，2006年9月
论文作者:唐祖好
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/6
标签：混凝土论文; 骨料论文; 耐久性论文; 结构论文; 强度论文; 性能论文; 矿物论文; 《基层建设》2016年7期论文;