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,便于浇筑、振捣时不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有长期的力学性能,抗渗性,密实性,水化热,韧性,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。由于高性能混凝土具有综合的优异技术特性,引起了国内外材料界与工程界的广泛重视与关注。十多年来,世界上许多国家相继投入了大量的人力、财力、物力进行该项研究与开发应用,使高性能混凝土技术取得了很大的进展,在原料的选择、配合比设计、物理力学性能、耐久性、工作性、结构性能以至应用技术等方面都取得了既有理论基础又有实用价值的科技成果。
高性能混凝土为一种能满足特殊性能和特殊用途的混凝土,仅采用常规材料、普通拌和、浇筑和养护等措施达不到高性能混凝土的要求,而是必须通过提高浇筑、捣实的方法来提高混凝土的长期力学性能、初期强度、刚度和体积稳定性以及延长其在恶劣环境下的使用寿命。
高性能混凝土往往被人们将其与高强度混凝土联系起来,其实高性能混凝土不仅仅是高强度,而且具有相当高的刚度、弹性模量和耐久性,普遍混凝土不能长久作用,如许多混凝土道路在不该开裂的地方开裂或者由于冰冻和融化丽剥落;许多桥面遭受严重破坏;许多混凝土桥梁在地震中倒塌。因此,只有采用高性能混凝土才有可能避免这些不该发生的事故。
1、研究高性能混凝土在路桥中应用的意义
随着对交通运输要求的日益提高,发展“长寿命低维护路面”,采用高性能路面混凝土,提高混凝土的抗折强度与耐久性是当前路面混凝的发展趋势。
1.1国际化目标要求。1997年召开的第十六届国际混凝土路面会议,提出路面设计不仅要提出平均强度要求,还应提出耐久性要求在未来发展方向中提出抗拉强度达17MPa的超高强混凝土,用于铺筑连续的混凝土路面。提高混凝土路面表面的致密性、抗渗性都是很重要的,而这是需要通过高性能混凝土来实现的。
1.2高性能路桥路面混凝土的强度。高性能路面混凝土的重要特征是具有高抗折强度。使用高性能路面混凝土可以显著提高路面的承载能力,延长使用寿命或减薄路面的厚度以降低工程造价。
1.3高性能路桥路面混凝土的耐久性。高性能路面混凝土的主要特征是具有足够的耐久性,能够抵抗气候和环境的长期破坏作用,保证在路面的设计使用期限内,混凝土能够正常工作。
1.4高性能路面混凝土的变形性质
1.4.1干缩路面板表面积很大,蒸发量大,干缩有可能引起路面表面产生收缩裂缝,需加强养护。
1.4.2抗折弹性模量高性能路面混凝土的抗折弹性模量E,经实测,1级为4.305104Mpa,2级为4.845104Mpa,3级为4.605104Mpa。强度3级的高性能路面混凝土的配合比中,骨料用量较少,粗骨料最大粒径较小。
2、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。
3、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随冲刷、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;另一方面需解决公路混凝土强度等级低,水泥用量少,从而形成了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、高早强、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。同时掺人一些经过处理的工业废料如硅灰、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。同时其耐久性要大大好于普通混凝土。
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开发研究。但如果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。
4、高强混凝土应用的施工工艺
4.1采用拌合性能好的搅拌设备。卧轴式搅拌机或逆流式搅拌机能在较短时问内将其搅拌均匀,采用其他设备时须经过试验验证拌合物的均匀性。
4.2制备高性能混凝土时,各种原材料的计量应尽量准确。使出机口拌合物的工作度稳定,波动小,除对堆料和称量装置有较高要求外,
一个重要的控制因素是砂石含水量,即使搅拌设备上装有先进的含水量测定及控制设备,操作人员仍应密切注意正在搅拌的混凝土,在其稠度发生波动时,及时加以调整。
4.3浇筑时不仅操作困难,而且也无法进行外加剂的后添加。
4.4由于高性能混凝土的水灰比小,通常泌水少或不泌水。因此,须在浇筑后立即进行湿养护,以防止塑性收缩裂缝的产生,由于其胶凝材料用量较大,为防止内外温度过大出现温度裂缝,必须采取保温措施。
5、结语
5.1公路和桥梁应用高性能混凝土的耐久性问题,应引起有关部门的高度重视,从战略的高度来认识这个问题。开展公路桥梁高性能混凝土的研究和开发具有重要的意义。
5.2展公路桥梁高性能混凝土的研究,应结合混凝土自身特点和要求进行。但是也应该考虑到,随着混凝土技术的高流态、免振自密实高科技方向的发展,公路桥梁混凝土施工工艺改革势在必行。
5.3现公路桥梁高性能混凝土的技术途径:应以掺复合高效外加剂。经处理的优质矿物掺合料来改善混凝土内部的孔结构、孔分布等提高混凝土的力学、耐久性、耐磨性等一系列性能。简单地说,就是高强水泥+复合高效外加剂+优质矿物掺合料+优质骨料。