桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈

王林辉

摘要：在各种桥梁建设过程中，高性能混凝土发挥了至关重要的作用，对于桥梁的性能和质量有重要的影响。但是高性能混凝土有着非常复杂的成分配合比，并且无法以统一标准来保证其配合比性能，所以在实际应用中有很高的复杂度。本文就是针对桥梁高性能混凝土配合比设计及应用展开探讨，对其配合比原则、配置指标、影响因素、配合比参数等展开综合分析，希望能够对工程实践中的高性能混凝土配合比设计提供一定的参考和借鉴价值。

Abstract： In the construction of various bridges， high performance concrete has played a vital role， and it has an important impact on the performance and quality of the bridge. However， high performance concrete has a very complex composition ratio， and it cannot be guaranteed by a unified standard， so it has a high complexity in practical applications. This article is to discuss the design and application of the high performance concrete mix ratio of the bridge， and conduct a comprehensive analysis of the mix ratio principles， configuration indicators， influencing factors， mix ratio parameters， etc.， hoping to provide reference for the high performance concrete mix design in engineering practice.

关键词：桥梁;高性能混凝土;配合比;设计

Key words： bridge;high performance concrete;mix ratio;design

中图分类号：U444                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0111-02

0  引言

在现代桥梁施工中，高性能混凝土（HPC）具有至关重要的作用，这是一种基于更科学、更先进的混凝土配置技术所制成的混凝土材料，与普通混凝土相比，其性能有非常显著的提升。对于高性能混凝土，耐久性是其最重要的性能，也是设计过程中最主要的参考指标;然后基于不同的用途，在耐久性水平的基础上选择下面的某些特性，诸如强度、经济性、实用性稳定性等等，以获得符合目标需求的高性能混凝土。高性能混凝土在配置过程中，都具有以下特征：水胶比低、原料优质、掺合料足够、外加剂高效。设计科学合理的高性能混凝土配合比，对于桥梁建设具有至关重要的意义。

1  高性能混凝土配合比设计原则

在工程实践中，高性能混凝土配合比设计是一件非常复杂的工作;需要具有丰富的施工经验，同时还需要结合多次试验才能够掌握配合比方法。就高性能混凝土发展应用至今，人们发现，高性能混凝土配合比设计必须要建立在如下原则上，才能够得出更加优化的配合比。如下为配合比设计的基本原则：

①水胶比原则。对于混凝土来说，可塑状态下的水胶比的作用非常重要，不但能够直接决定混凝土的最终强度，对于硬化后混凝土的耐久度同样有很大的影响。水胶比越大，则混凝土的强度就会越小，二者是反比的关系[1]。在设计中，一旦水胶比确定，便不能再随意对其发生改动。

②密实体积原则。在混凝土的配置过程中，就是首先以石子作为骨架，然后在以砂子来填充石子之间的缝隙，再如浇浆体（一方面用来填充石砂间缝隙，另一方面用来将石砂包裹起来），从而确保调制完成的混凝土的流动性满足施工要求。处于可塑状态的混凝土，其总体积是石、砂、水泥以及水所有的总体积。密实体积在混凝土配置的过程中是非常重要的基础指标。

③用水最少原则。在确定了水胶比、原材料的前提下，在用水量的设计上，应当本着满足工作性能要求的基础上的最少用水，这样可以尽可能的得到具有稳定体积，且成本方面颇具优势的混凝土。

④最小水泥用量原则。在确保混凝土性能的前提下，降低充当胶凝材料的水泥用量，一方面能够有效控制混凝土的温升效果，另一方面能够有效强化混凝土在使用过程中的抗腐蚀能力。

2  高性能混凝土配置指标与影响因素

2.1 耐久性  前文中我们已经指出过，在设计高性能混凝土配合比的过程中，耐久度是所有因素中必须要给与首先考虑的最重要的指标;事实上，这也是高性能混凝土與普通混凝土最大的差异。耐久度性能，不仅仅体现耐久度自身，更影响着混凝土的体积稳定性、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化等多种性能。就工程实践中水泥投入使用的变化情况来看，造成混凝土性能损失，进而影响其寿命的主要原因就是其中的碱性物质，与周围环境，主要是空气与水中的CO2作用所引发的[2]。因此，提升其抗渗性，对于保证混凝土耐久性有非常重要的意义，因为这样可以最大程度的阻止混凝土内部发生钢筋锈蚀。

2.2 强度  在桥梁施工中，强度等级是非常重要的工程指标，所以对于混凝土的强度指标也有很高的要求。一般来说，影响高性能混凝土强度的因数，主要有以下两个：一个是矿物掺合料掺量，另一个是混凝土水胶比。根据施工经验来看，C50强度的桥梁，使用的高性能混凝土水胶比通常在0.33-0.37这一范围[3];如果用于高于C50强度的桥梁，则水胶比应当比这一范围更低，会在0.33以下，具体的数据需要通过试验来计算确定。

2.3 工作性  高性能混凝土的工作性能，对于施工过程中的施工质量有重要影响;所以说如果其工作性不佳，那么对于施工完成以后的硬化混凝土的质量影响远超强度指标。对于高性能混凝土的工作性能，主要考虑的是在拌和完成以后的拌合料，是否具有离析、泌水现象，是否具有优良的可泵性和稳定性，混凝土的坍落度是否合格，流动性是否满足施工要求等等。对于高性能混凝土工作性能的影响，无论是其中的外加剂类型与用量、水泥砂浆占比等等都同样如此。

3  高性能混凝土配置技术途径与配合比参数

3.1 配置技术途径  首先，合理使用矿物掺合料。在高性能混凝土中，加入适量的有SiO2活性成分的矿物掺合料，能够让混凝土的孔隙结构有非常显著的优化，减少混凝土内部由于受到温差影响而出现裂缝的可能性，从而有效提升抗渗性。因为在这些矿物掺合料中，诸如优质粉煤灰、硅粉等等，均有SiO2;这样当混凝土中的水泥、有SiO2进入以后，就会出现下面的反应。

XCa（OH）2+SiQ2+MH2O=XCaOSiO2·mH2O

其次，合理使用高效减水剂。前面我们已经谈到了，要提升混凝土的强度，就必须要降低水胶比;所以可以通过加入适量高效减水剂的方法来实现。高效减水剂加入混凝土以后，其表面活性基因能够使得混凝土凝胶颗粒产生负电荷，这样电荷之间在同性相斥的作用下会产生分散效应，这对于高性能混凝土来说表现出来的就是优质的流动性[4]。

3.2 配比设计步骤  ①预估所需水量。根据要调制的高性能混凝土的强度等级，粗集料公称最大粒径、混凝土坍落度等资料，对拌和所需水量作出科学预估。②计算浆体体积。前面我们已经介绍过，浆体体积就是拌和料中水、水泥、粉煤灰等凝胶材料的总体积;浆液的主要目的就是用来填充各种集料之间的缝隙，所以体积计算通常依据集料的孔隙率实施计算，通常孔隙率都在0.35-0.42之间。计算中通常使用较小体积，这样可以有效降低浆集比。得到浆体体积以后，减去水的体积，就是水泥、粉煤灰等凝胶材料的总体积。③集料用量计算。首先依据集料的体积、表现密度、砂率三项基础数据，得出砂与碎石质量;然后再以强度等级、用水量、外加剂等材料用量，针对集料中的粗细集料配比实施相应的调整。④计算混凝土具体材料用量。根据集料的密度、凝胶材料密度以及各种材料的体积，通过计算得出各种材料的需求质量。⑤试配与调整。针对上面计算所得出的各种数据，通过现场试验配置并作出适当的调整。⑥现场与试验室论证。由于不同供应商、不同地域的材料，彼此之间存在差异，所以必须经过最后的论证才能确定最佳比。

3.3 配合比参数  首先，确定水胶比。地水胶比，是高性能混凝土的重要特征;一般情况下，水胶比越低，则高性能混凝土的强度越高，二者之间有着非常明显的反比关系。所以水胶比的确定非常重要。如表1所示为水胶比推荐配置。

其次，确定浆集比。这里所说的浆集比是，水泥浆与集料的体积比。有研究表明，浆集比处于35：65时的高性能混凝土的强度、稳定性、工作性都能够得到很好的满足[5]。当然，在实际使用的过程中，还需要要基于混凝土的强度等级做出调整，强度要求越低，则胶凝材料用料也相应的减少。

再次，确定砂率。一般来说，混凝土的砂率越大，则其站粘性越强，但同时其弹性模量会变低。所以在实际确定砂率的过程中，必须要基于集料级配等级、泵送要求、胶凝材料等实施全面的分析，进而得出最佳的砂率。如表2为高性能混凝土砂率参考表。

最后，确定减水剂用量。减水剂的实际用量，通常需要在实际工程中基于坍落度要求来确定。一般情况下，其用量控制在1-2%之间最为合理。

4  在桥梁中的应用

在十巫高速2标工程项目，将HPC应用在预制后张T型梁中;总量为3461片，现已完成1500片，单片体积约为53m3。在实际施工中，浇注作业非常顺利，浇注时间在3h到3.5h之间。浇筑完成拆模，整体状况良好，平整度、均匀度均符合要求，且无裂缝、泌水、蜂窝麻面等等;但是在马蹄部位有少量气泡，下翼缘有轻微的水纹。

事实上，在实际工程施工中，尽管各种原料的质量检测均符合相关要求，但是不同原料之间还是会存在一些差异，所以对混凝土性能有一定影响。其中最重要的是水泥的 C3A 含量、比表面积以及石膏质量，微小的变化也可能造成砼性能影响。因此需要在实际施工中展开相应调整。

5  小结

综上所述，高性能混凝土在桥梁施工中已经有较长的应用历史，其应用效果已经充分得到了体现，对于桥梁的质量有重要的意义。但是，其配合比迄今为止还缺乏统一标准，在实际使用时，依然需要高度重视其配合比的设计，从而更有效的保障高性能混凝土的性能，从而更好的满足施工需求。

参考文献：

[1]闫永杰.桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈[J].江西建材，2017（03）：187，189.

[2]夏萬武.桥梁高性能混凝土配合比设计的相关研究[J].建材与装饰，2016（49）：243-244.

[3]周荣贵.铁路桥梁高性能混凝土配合比设计参数研究[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2017（09）：191-193.

[4]邵萌生，李春晖.桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈[J].四川水泥，2018（04）：48.