高性能混凝土在市政道桥工程中的应用与性能研究

中图分类号：U12 文献标识码：A

引言

市政道桥工程承担着日益繁重的交通压力，城市化进程的加快使传统普通混凝土在道桥工程中的应用在耐久性，抗渗透性和抗裂性等方面存在局限，严重影响了道桥的使用寿命和安全性，高性能混凝土因其优异的力学性能、耐久性和抗渗透性，成为解决这些问题的关键。本文旨在系统探讨高性能混凝土在市政道桥工程中的应用。

1、高性能混凝土概述

高性能混凝土是一种新型水泥基复合材料，其定义随着研究和应用的深入而不断发展。目前普遍认为，高性能混凝土是在传统混凝土基础上，通过优化配合比、掺加高效外加剂和矿物掺合料，采用先进制备工艺制成的具有优异综合性能的混凝土。与普通混凝土相比，高性能混凝土不仅具有更高的抗压强度，更重要的是在耐久性、工作性和体积稳定性等方面表现出显著优势。高性能混凝土的组成材料主要包括水泥、骨料、高效减水剂、矿物掺合料和纤维等。其中，高效减水剂的加入可以大幅降低水胶比而不影响工作性；矿物掺合料如硅灰、粉煤灰和矿渣等能够改善微观结构，提高耐久性；纤维的掺入则能增强混凝土的韧性和抗裂性能。这些材料的科学配比和协同作用是高性能混凝土获得优异性能的关键。

高性能混凝土的特性主要体现在以下几个方面：首先是高强度，其抗压强度通常可达 60MPa以上，甚至超过 100MPa ；其次是高耐久性，对氯离子渗透、碳化、冻融循环等环境因素具有极强的抵抗能力；第三是良好的工作性，即使在低水胶比条件下仍能保持较好的流动性和可泵性；最后是优异的体积稳定性，干燥收缩和徐变较小，裂缝控制能力强。这些特性使高性能混凝土特别适合用于环境恶劣、要求严格的市政道桥工程。

2、普通混凝土的局限性

普通混凝土在市政道桥工程中的应用存在明显局限，主要表现为力学性能不足 耐久性较差及抗裂抗渗能力欠缺 高荷载环境下，普通混凝土的抗压强度在 C30 C40 范围内，无法满足大跨径桥梁及高承载交通需求，抗拉强度更是远低于抗压强度，导致桥梁易受拉应力作用而发生开裂，影响结构稳定性 普通混凝土的耐久性较差，易受环境侵蚀和冻融循环影响，碳化速率较快，导致钢筋易腐蚀，降低整体强度 在高湿度 高氯离子环境中，普通混凝土由于孔隙率较大，抗渗性能较低，无法有效阻止水分和有害离子的渗透，从而加剧内部钢筋的锈蚀，缩短桥梁使用寿命 由于水胶比相对较高，普通混凝土内部孔隙率较大，抗裂能力不足，温度应力和干缩变形易导致结构表面产生微裂缝，加速劣化过程 在桥梁伸缩缝及接缝处理方面，普通混凝土由于收缩较大且抗疲劳性能差，易在交变荷载作用下发生开裂，从而影响桥梁整体性。

3、高性能混凝土在道路桥梁中的应用

3.1、在道路工程中的应用

在道路工程中，高性能混凝土主要应用于路面结构。高性能混凝土路面因其高强度、高耐磨性和长寿命等优点，特别适合重载交通路段和机场跑道等特殊场合。与普通混凝土路面相比，高性能混凝土路面厚度可减少20%-30% ，从而降低材料用量和工程成本。高性能混凝土在路面工程中的应用还包括连续配筋混凝土路面（CRCP），这种路面结构利用高性能混凝土的高抗拉强度和耐久性，通过连续钢筋来消除横向接缝，提高了行车舒适性和路面平整度。CRCP的使用寿命可达 30 年以上，大大减少了维修频率和费用。此外，高性能混凝土还广泛应用于道路的桥梁、涵洞和挡土墙等附属结构。在这些结构中，高性能混凝土的抗渗性和抗冻融性能尤为重要，能够有效防止水分和除冰盐的侵蚀，延长结构使用寿命。在道路铺装层方面，高性能混凝土主要用于高等级公路和城市主干道的路面工程。与传统混凝土路面相比，高性能混凝土路面具有更长的使用寿命和更低的维护需求。其高抗折强度和耐磨性能够抵抗重载交通的反复作用，而低渗透性则能防止水分和除冰盐的侵蚀。此外，高性能混凝土路面平整度好，行车舒适性高，噪音低，符合现代城市道路的发展要求[1]。

3.2、在桥梁工程的应用

在桥梁主体结构中，高性能混凝土的应用主要体现在主梁、墩柱和桥面板等关键部位。主梁采用高性能混凝土可以减小截面尺寸，降低结构自重，同时提高承载能力。墩柱使用高性能混凝土则能增强抗震性能和耐久性，特别是在高烈度地震区和腐蚀性环境中。桥面板作为直接承受车轮荷载和环境作用的部位，高性能混凝土的应用能有效防止开裂和剥落，延长维修周期。高性能混凝土能够有效解决传统混凝土桥梁普遍存在的钢筋锈蚀、混凝土剥落等问题。在跨海桥梁中，高性能混凝土的抗氯离子渗透性能可以保护钢筋免受海水侵蚀；在寒冷地区桥梁中，其抗冻融性能可以防止混凝土表面剥落。采用高性能混凝土桥面铺装可以显著提高其抗车辙、抗冲击和耐磨性能，延长使用寿命。此外，纤维增强高性能混凝土在桥面铺装中的应用也越来越广泛，纤维的加入进一步提高了混凝土的抗裂性和韧性[2]。

4、高性能混凝土的性能分析

高性能混凝土的性能可以从三个方面进行分析：力学性能方面，高性能混凝土具有显著高于普通混凝土的抗压强度（通常在 50-120MPa范围内），同时其抗拉强度和弹性模量也有明显提高。这种优异的力学性能使得结构设计更加灵活，可以减小构件尺寸，减轻结构自重。耐久性能方面，高性能混凝土表现出卓越的抗渗性、抗冻融性、抗化学侵蚀性和抗碳化能力。这些特性使得结构在恶劣环境下仍能保持长期稳定性，大大延长了工程使用寿命。工作性能是高性能混凝土另一个重要特点，包括良好的流动性、自密实性和可泵性。这些特性使得高性能混凝土能够适应复杂的施工环境和结构形式，保证施工质量。值得注意的是，高性能混凝土的这些性能并非孤立存在，而是相互关联、相互影响的整体。例如，低水胶比既提高了强度和耐久性，又可能影响工作性能，这就需要通过添加高性能减水剂和矿物掺合料来平衡各项性能指标[3]。

良好的工作性可以保证混凝土在施工过程中具有良好的流动性 可塑性和稳定性，以避免出现施工不均匀和孔隙率过高等问题 优化混凝土的工作性主要通过调整配合比 选择适当的外加剂和采用合理的施工工艺来实现 调整水胶比对混凝土的工作性有着直接影响 水胶比过低时，虽然可以提高混凝土的强度和耐久性，但会降低混凝土的工作性，造成施工困难 在保持混凝土强度的前提下，可以采用高效减水剂，有效提高混凝土的流动性和可操作性，掺入适量高效减水剂的高性能混凝土可以在流动性和施工性上有明显提升 例如，掺入 1.5% 高效减水剂，可将水胶比为 0.28 的混凝土流动性提高至 200mm 以上，以此满足桥梁工程的施工需求[4]。

结束语

高性能混凝土凭借其优异的综合性能，在道路桥梁工程中展现出广阔的应用前景。通过对其组成、特性和工程应用的系统分析，可以看出高性能混凝土在提高结构性能、延长使用寿命和降低维护成本方面具有明显优势。尽管在成本控制、施工技术和长期性能研究方面仍存在挑战，但随着材料科学和施工技术的不断进步，这些问题将逐步得到解决。

参考文献：

[1]吴奇泽.超高性能混凝土与普通混凝土植筋界面抗剪性能研究[D].大连理工大学,2022.DOI:10.26991/d.cnki.gdllu.2022.000255.

[2]王微.高性能混凝土在道桥建设施工中的应用[J].产业创新研究,2022,(08):108-110.

[3]郑辉.高性能混凝土在道路桥梁施工中的应用[J].运输经理世界,2021,(36):104-106.

[4]张君宇.路桥施工中混凝土施工技术的应用[J].黑龙江交通科 技,2021,44(11):258+260.DOI:10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2021.11.136.