浅谈高性能混凝土在公路桥涵中的应用

　　高性能混凝土(以下简称HPC)是经过漫长时间的发展，总结传统混凝土耐久性存在的问题后提出来的，已经在很多重要的工程中得到了应用，并因其耐久性而将在今后逐步代替普通混凝土在建筑物中的使用。但是人们对高性能混凝土的涵义的理解各不相同。国际上迄今为止尚没有一个统一的理解，各个国家不同人群有不同的理解。一般说来，高性能混凝土是指它以耐久性为主要指标，同时要具有高强、高早强、高施工性（高流动性、高粘聚性、高可浇筑性）等优异性能。一些美国学者更强调高强度和尺寸稳定性（北美型），欧洲学者更注重耐久性（欧洲型），而日本学者偏重于高工作性（日本型），这可能由于日本重视混凝土振捣工艺对工人听力的不利作用，而推广不需振捣的自密实混凝土。在我国，对高性能混凝土的含义也有争论，冯乃谦在其1996年出版的《高性能混凝土》著作中开宗明义地指出了：高性能混凝土必须是高强的，因为一般情况下高强对耐久性有利，同时他认为高性能混凝土发展的物质基础是现在有了好的掺合料和减水剂，因此，高性能混凝土必须掺掺合料。冯乃谦的这些观点代表了当时我国大多数混凝土学者对高性能混凝土的认识。吴中伟针对当时科研界过度追求高强度的趋向，及时提出“有人认为高强度必须高耐久性，这是不全面的，因为高强混凝土会带来不利于耐久性的因素……”。高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，如C30混凝土。吴中伟高度重视耐久性，并早在1986年就提出高强未必一定高耐久，低强也不一定就不耐久的观点是非常有前瞻性的，而且今天他的这个观点也是正确的。
　　1 高性能混凝土的特点
　　高性能混凝土是近年来开始应用的一种新型高技术混凝土，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混凝土。它不仅以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，尤其是公路桥涵方面的应用特别是长大跨桥梁上得到广泛的应用。它具有易于浇筑、捣实不离析、高超的、能长期保持的力学性能，早期强度高，韧性好和体积稳定性好，在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性和优异的耐久性。所以对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土是以耐久性为标志的高技术混凝土，所谓高技术，不仅仅指实现混凝土高性能化的材料技术、制备技术，更要强调高性能的施工技术。
　　高性能混凝土在公路桥涵中应用主要体现在4个方面：①高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但它不一定具有高强度，而且具有相当高的刚度、弹性摸量和耐久性，能抵抗开裂或由于冰冻和融化的剥落，抵抗桥面大频率载荷产生的严重破坏，可提高桥梁在抗震中的倒塌率。②高性能混凝土具有良好的工作性，也就是说具有混凝土拌合后具备较高的流动性和和易性，尤其在桥梁薄壁和梁板浇筑预制过程中减少分层、离析和在桥涵复杂截面中减少空洞、麻面；就它流动性好的特点还有注与高空施工中采用泵送混凝土；它通过特殊的配合比还具有良好的自密实性能，增强了混凝土强度保证工程质量。③高性能混凝土的使用寿命长，因为在很多公路、沿海港口土建工程中由于耐久性不足引起的适用性、安全性问题以及由此引发的环境问题、能源问题、经济问题在全球范围内已引起广泛而深入的关注。所以对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的，也是她的重要特点。④高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，尤其是对桥梁工程中大体积混凝土浇筑后早期因水化热产生的干缩裂缝、温度裂缝、钢筋锈蚀裂缝起到易制作用；硬化后期具有较小的收缩变形，保证特殊结构的尺寸，也减少了外部裂缝引起的桥涵外观质量。
　　概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。
　　2 高性能混凝土与普通混凝土的区别
　　我国著名混凝土科学家吴中伟院士将高性能混凝土定义为：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、以耐久性为设计指标的新型高技术混凝土。并认为高性能混凝土适用于任何强度等级的混凝土。
　　普通混凝土一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。
　　而高性能混凝土从某种定义上是以普通混凝土为母体，是在普通混凝土的基础上采用现代先进混凝土技术产生的，使其达到规定的耐久性指标。它能更好地弥补普通混凝土产生的一些不足，在提高混凝土强度的基础上，提高混凝土拌合物的流动性来达到桥涵特殊结构混凝土在浇筑过程中不分层、不离析，它还比普通混凝土有很强的自密实性能，能达到降低混凝土在硬化早期产生水化热而造成的干缩裂缝和收缩变形。
　　高性能混凝土是用耐久性指标来衡量的，高性能混凝土的实现并不是仅依靠配合比，而是需要从设计到施工的全面配合才能达到的。如果能达到耐久性指标，就是高性能混凝土，反之，就是普通混凝土。
　　3 高性能混凝土的经济性
　　高性能混凝土的经济性主要体现在使用年限上，而不是平时人们所说的本身单价低。从本身单价方面看高性能混凝土甚至会高于普通混凝土，因为高性能混凝土对原材料技术要求提高了。对拌合设备、运输设备都有所提高。虽然当时的成本有所提高，但它的耐久性长也就是使用寿命长，从而增长了工程维修期和重建期，节省了大量的维修费和重建费。
　　高性能混凝土是在普通混凝土中添加了大量的矿物细掺料，即可提高混凝土的性能又可减少水泥用量，从而降低混凝土的成本。
　　高性能混凝土具有较高的流动性和自密实性能，所以在浇筑时，可以减少振捣或取消振捣，采用自密实混凝土可节约水泥，减少环境污染，有利于环境保护；可节省振捣设备，减少人工、机械和电能消耗；取消振捣工序，不紧消除城镇内的噪声污染，还可提高施工速度，缩短工期；自密实混凝土配制过程中掺加大量的工业废料，具有明显的社会效益和生态效益。
　　4 结束语
　　笔者对高性能混凝土给出自己的看法，高性能混凝土在配置上3个特点：采用低水胶比、选用优质原材料、采用高性能的施工技术。其经济性主要体现在使用年限上。