桥梁高性能混凝土配合比设计及应用

顾玉洪　张莉荷

（1.内蒙古联手路桥有限公司，内蒙古　巴彦淖尔　015000；2.内蒙古科日达路桥设计咨询有限责任公司，内蒙古　巴彦淖尔　015000）



桥梁高性能混凝土配合比设计及应用

顾玉洪1张莉荷2

（1.内蒙古联手路桥有限公司，内蒙古巴彦淖尔015000；
2.内蒙古科日达路桥设计咨询有限责任公司，内蒙古巴彦淖尔015000）

摘要：本文主要是对高性能混凝土配合比的设计情况及在桥梁工程中的应用进行了分析，以便更好的应用在工程实际中。

关键词：桥梁；高性能混凝土；配合比设计；应用

高性能混凝土（High Performance Concrete，简称HPC）最早在20 世纪80 年代末开始出现。高性能混凝土的研发和应用使得现代桥梁材料更高性能的需求得到了很好的满足，它是现代桥梁混凝土技术不断进步和发展的体现。对高混凝土的众多设计参数来说，耐久性是最重要的一项指标。高混凝土应该保证混合料在硬化后具备一定的强度等级，整体材料具有较好的工作性，而且在投入使用后能够保证一定的耐久性和使用寿命。高性能混凝土是选用优质原材料，在较低的水胶比下进行配置的。除了基础的水泥、集料和水之外，还需要掺加一定比例的高效外加剂和矿物细掺料等。本文主要对配制桥梁工程高性能混凝土的主要指标（包括耐久性、强度以及工作性）以及影响因素进行了简单概述。

一、高性能混凝土配制指标及影响因素分析

1 耐久性

对桥梁工程高性能混凝土配合比进行设计时，首先要考虑的也是最重要的指标就是耐久性。这也是高性能混凝土配制与普通混凝土配制的不同之处。耐久性直接影响着混凝土材料的各项使用功能和使用寿命，它包括混凝土的抗冻性、抗碳化性、抗渗性、碱集料反应、抗化学侵蚀性以及体积稳定性等一系列的性能。由于在实际工程中，引起混凝土各项性能发生改变进而减少混凝土使用寿命的原因多是因为混凝土混合料的水中渗入了有害物质造成的。因此，混凝土的耐久性最主要的影响因素就是混凝土混合料的抗渗性。

2 强度

在现代大跨度桥梁工程中，都对混凝土的强度等级要求更高。混凝土材料的最基本的特征就是强度。影响混凝土强度的主要影响因素是混凝土中矿物细掺料的用量和混合料的水胶比。一般情况下，只要混凝土的水胶比在0.4 以下，则混凝土的性能就能符合较高要求的建筑使用功能，因此认为，无论混凝土的强度大小，只要是0.4 以下水胶比的混凝土，就是高性能混凝土。

3 工作性

高性能混凝土的工作性是混凝土浇筑质量的重要指标。它对高性能混凝土的性能影响更甚于强度影响。高性能混凝土的工作性主要是指混凝土拌合物具有一定的不泌水、不离析的特性，具备一定的体积稳定性和可泵性，而且坍落度在120mm 以上，具有较好的流动性。混凝土混合料中的外加剂种类和掺量、集料级配等级以及水泥砂浆用量都会影响高性能混凝土的工作性。

二、配制技术途径

1 矿物细掺料

在高性能混凝土中掺入一定的具有活性成分二氧化硅的矿物细掺料，能够有效改善桥梁工程混凝土的孔结构，减少混凝土的温度裂缝，提升混凝土的抗渗性。这是因为掺入高性能混凝土中的矿物细掺料（如优质粉煤灰、磨细矿渣以及硅粉等）中均含有活性成分二氧化硅。混凝土界面上的水泥水化产物氢氧化钙遇二氧化硅后会发生二次化学反应，反应化学式如下：

xCa（OH）2＋SiO2＋mH2O＝xCaOSiO2· nH2O

2 高效减水剂

为了保证桥梁工程高性能混凝土的水胶比较低，获取较高的混凝土强度，必须在高性能混凝土中添加一定的高效减水剂。高效减水剂会在表面活性基团的作用下，使混凝土凝胶材料颗粒表面呈负电荷并在电性排斥力作用下得以充分分散，从而使得高性能混凝土的流动性得到很好地改善。

三、配合比参数

1 水胶比

高性能混凝土最显著地特点就是具有较低的水胶比。试验表明，混凝土的水胶比降到0.4以下时，强度能够随着水胶比的减小而继续增强。水胶比是高性能混凝土的关键质量控制因素。在建设工程中可以参照表1进行进行选用。

2 浆集比

浆集比即高性能混凝土中水泥浆和集料的比例。美国Aitcin和Mehta经过研究分析，得出结论，当浆集体积比例为35∶65时，高性能混凝土的尺寸稳定性、工作性以及强度等均具有较好的性能。在实际工程应用中，混凝土的强度等级越低，掺加的胶凝材料应该越少，且胶凝材料用量最好控制在300kg/m3～550kg/m3以内。

3 砂率

一般情况下，桥梁工程高性能混凝土的砂率越大，其强度也越大，而弹性模量则不断减小。可以通过混凝土中的集料级配等级、胶凝材料用量、泵送要求等综合进行考量混凝土的砂率。高性能混凝土的砂率选用见表2。

4 高效减水剂用量

在实际工程中，应该根据坍落度决定高性能混凝土中高效减水剂的掺量。一般情况下，高效减水剂在1%～2%用量时效果最为明显。

结语

通过对高性能混凝土配合比的设计能够有效提高桥梁工程混凝土的综合性能，但是在实际工程中，由于高性能混凝土添加了多种添加剂，桥梁工程应该建立相应的品质评价体系，应该加快混凝土配合比设计的规范化进程，同时应该充分利用各种先进的计算机计算手段等用于配合比的设计，提升桥梁工程高性能混凝土配合设计的工作效率和整体优化设计效果。

表1　高性能混凝土推荐选用水胶比表

表2　砂率选用表（kg/m3）

参考文献

[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]黄世敏，刘连新.高性能混凝土配合比设计[J].青海大学学报：自然科学版，2002，20（01）：8-11.

中图分类号：U44

文献标识码：A