公路桥梁施工中高性能混凝土的应用分析

王 斌 吉安市公路局吉水分局，江西 吉水 331600

1990 年，HPC 被定义为性能和匀质性都符合要求的混凝土。在恶劣的条件下，也可以保持长久的寿命。虽然不同的学派对HPC 的看法有所不同，但是HPC 的高性能是受到共同认可的。

1 HPC的配合比

混凝土的强度是混凝土性能的重要指标，而HPC 配合比的公认方法目前国内外都处于设计中。

1.1 HPC配合比原则

研究发现，HPC 的水胶比大于0.45 时，在严酷的环境中不可能具有耐久性，它的水胶比范围通常在0.20～0.40 之间。［1］

在配合过程中，往往还由于最大粒径较小，骨料与水泥浆的应力就会较差，引起裂缝，所以HPC 骨料的最大粒径通常在10～20mm。

1.2 HPC配合比方法

近年来，国内外针对HPC 配合比方法，提出了多种配合设计方法。在美国混凝土协会《使用粉煤灰和硅酸盐水泥的高强混凝土设计指南》一文中，提出了掺入煤灰的设计方法，能够用于41～83Mpa 见的普重非引起混凝土中。［2］

武汉工业大学的陈建奎提出了一种全新的配合比设计方法，首次建立了一种普遍适用的混凝土体积模型，经推导，可得出混凝土用水量的Vw 计算公式:

以及砂率Sp 计算公式SP=砂的用量S/(砂的用量S +石子用量G)×100%

上述公式揭示出混凝土材料内的客观规律以及联系。这种方法使得HPC 配合比从半定量走向定量，从实际经验走向了科学，是配合比上的一次大的进步。

1.3 配合比设计思路

HPC 的配比在参数上与普通混凝土有很大不同。当前国内设计配合中很少使用VG(胶凝材料浆体体积)这个参数，它主要与混凝土的体积稳定性有关。Mehta 提出VG 的值不能超过30%，骨料的粒径Dmax≤40mm。VG 应该在28%～32%。

在设计混凝土配合比过程中，我们应该严格注意下面的问题:(1)水泥石的强度以及耐久性。水泥石的强度与耐久性归结于水灰比的高低以及施工过程中施工工艺的选择，在实际的施工过程中，我们采用低水灰比的方法来提高水泥石的强度与耐久性。(2)集料的强度。使用高强度的集料从而保证施工质量。

1.4 配合比设计小结

HPC 的设计要求较高，需要考虑到很多因素。随着科技的发展，HPC 运用的经验也就越来越丰富，建立配合比设计的数据库以及数学物理模型，是今后HPC 配合比发展的未来方向。

2 公路HPC梁的设计

有关公路HPC 梁的设计，国内外都有规定且存在着不同，故本节将以《桥规意见稿》以及《高强混凝土结构技术规程》(CECS104:99)等规范和文件进行设计。

2.1 公路HPC梁的设计原则

与普通混凝土土梁设计原则一样，HPC 梁也要进行承载力极限状态与正常状态下的计算，在构造工艺方面都要满足要求。

(1)当构件弯曲后，截面仍需要保持平面。

(2)截面受压后的应力图简化为矩形，压力强度取混凝土的轴心抗强值。

(3)拉钢筋的极限应变应取0.01.极限状态时，受压区应取抗压强度设计值。

2.2 HPC设计参数的取值

根据《桥规意见稿》，我们通过对混凝土强度标准值(MPa)的分析从而得到相关的数据。混凝土强度可以分为轴心抗压以及轴心抗拉。其符号分别为fck 和ftk，其中两种强度类型的强度等级又分为C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。轴心抗压的的强度等级的标准值分别为C50:32.40;C55:35.50;C60:38.50;C65:41.50;C70:44.50;C75:47.40;C80:50.20。而轴心抗拉的强度等级的标准值分别为C50:2.65;C55:2.47;C60:41.50;C65:2.93;C70:3.00;C75:3.05;C80:3.10.

2.3 小结

在参考了有关规定及文件的基础后，如《桥规意见稿》，对公路HPC 梁的设计以及参数取值方面给出了具体取值，这是公路HPC 梁设计过程中的重要环节。

3 HPC公路简支板桥的设计

公路施工中，桥梁建设一直占投资的很大部分。预应力混凝土空心板在结构上具有上部高度低、施工简单、质量可靠、造价低等优点，一直是桥梁施工中被广泛运用的结构形式。“预应力混凝土空心板的跨径通常在10m～30m，厚度在0.4m～1.2m，板宽多采用1m 和1.5m。”然而随着实际施工过程中的需要，“混凝土空心板也需要加强强度等级。”［5］对此，拟用C80HPC 板与普通混凝土板进行比较。

3.1 技术标准与材料准备

(1)技术标准

荷载等级:汽车—超20、挂车—120

板面净宽:1.0 +11.0 +0.5(m)

空心板板宽:1.05m

跨径:①标准跨径10.00m，计算跨径9.80m;

②标准跨径13.00m，计算跨径12.80m;

③标准跨径16.00m，计算跨径15.80m。

(2)材料。①混凝土;②预应力钢绞线(符合国家标准GB/T5224-1995 的钢绞线)。

3.2 研究思路

采用C80HPC，对上述的三种跨径空心板进行设计如下:

(1)板宽不变，改变截面的几何尺寸，计算自重荷载，并且用1860级钢绞线，研究普通标准板板体自重的变化;

(2)板宽不变，改变截面的几何尺寸，计算自重荷载，并且用1860级钢绞线，研究普通标准板板高的变化;

(3)板宽不变，改变截面的几何尺寸，计算自重荷载，并且用1860级钢绞线，研究预应力筋用量的变化。

3.3 计算结果

根据《公路桥涵设计通用规范》，我们可以得到标跨十米的简支空心板的计算数据。简支空心板的荷载类别可以分为恒载、汽超20、挂车120 以及挂车120。其弯矩(KN/m)的数据分别为:恒载:161.12;汽超20:176.15;挂车120:203.45;挂车120:335.45.以及剪力(KN)的数据分别为:恒载:0;汽超20:36.25;挂车120:191.02;挂车120:196.39.而标跨13m 的简支空心板的各类计算数据如下。弯矩(KN/m)的数据分别为:恒载:122.12;汽超20:166.15;挂车120:213.45;挂车120:320.45.以及剪力(KN)的数据分别为:恒载:0;汽超20:38.85;挂车120:188.02;挂车120:198.39.

3.4 结果分析

根据实际实验结果，相对于标跨10m，13m 的预应力混凝土空心板来说，根据《通用规范意见稿》的计算以及与按照《公路桥涵设计通用规范》得出的计算值相比较，《通用规范意见稿》中的公路桥涵标准值有所提高。同时结合桥涵的设计要求，对结构承载力需要进一步的加强，保证工程的耐久与生命力。

3.5 小结

(1)C80HPC 的使用能够降低简支板桥的自重，降低施工难度进一步节约工程投资。

(2)采用C80HPC 和钢绞线进行设计时，预应力筋用量仍可以降低23%。

(3)C80HPC 的使用可以减小结构尺寸，在较大跨径中更有优势。

4 总结

本文通过对HPC 混凝土的分析研究，对HPC 的性能以及在公路施工中的应用做了大致的介绍，总结出了HPC 混凝土在公路施工中的运用情况，当然，其中仍存在不足需要以后进一步解决。

［1］中华人民共和国交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023 一85).北京:人民交通出版社，1985.

［2］中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范(JTJ021 一89).北京:人民交通出版社，1989.

［3］中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(送审稿).2000 年12 月.

［4］中华人民共和国交通部标准.公路桥涵标准图(JT/GGQS011 一84).北京:交通部公路规划设计院，1992.

［5］徐光辉、胡明义主编.公路桥涵设计手册·梁桥(上册).北京:人民交通出版社，1996.