高性能混凝土在道路工程中的应用

摘 要：本文主要阐述高性能混凝土用于路面的修筑和桥梁维修工程中的技术，包括种类、配合外掺剂的掺量以及施工操作技术。* ?9 E( {; ?- C% g: x 关键词：高性能混凝土（HPC）；超塑早强混凝土路面；NC聚合物混凝土修补。 j% c! }- ^: V8 H" t 1、前言 Q7 W, V% f. h4 z: f, g- i , h% O9 y- |# f 21世纪，混凝土仍作为普遍采用的主要建筑材料。随着社会科学技术的进步，现代化建设加速发展，对混凝土的各项性能提出了更高的要求。' J2 B$ n' z) Z; d 高性能混凝土（HPC）是在提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料、掺加适量的活性细掺和料和高效外加剂，进行科学配方以达到理想效果的一种新型高技术混凝土。& J3 D$ \. I$ H 高性能混凝土具有优良的耐久性能、力学性能和施工性能，并能长期保持其强度，降低工程造价，方便施工，可解决现代混凝土施工中高（空）、大（体积、跨径）、深（基础、海洋）、快(速施工)、强（性能）的技术问题，美化城市建设空间等诸多优点，其社会、经济效益显著，是适应城市化、现代化基本建设的一项重大的技术举措，具有积极、深远的现实意义和实用价值。 高性能混凝土应用的领域广泛，它可应用与建筑、桥梁、道路及其它混凝土结构物。本文着重对混凝土路面工程的施工和快速修补以及水泥混凝土砌块路面的进一步开发，作简要的介绍。 2、实验项目简介, l3 u/ T! n s$ U ; o, W) d% V! j2 \6 i8 G1 i' @. Z 道路建设是公路市政工程中最基本的建设工程，水泥混凝土路面是近年来普通道路工程中最基本的一种路面形式。由于水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、板体性好、稳定性好、耐用、抗侵蚀能力强、养护费用少等特点，在我国广泛的应用与发展，特别是其应用技术，无论在结构性能或施工工艺等方面均有明显的技术进步。但是，水泥混凝土路面也有其缺点，它与沥青路面相比，浇筑后不能立即开放交通，需一定的养生期，常规需要14～28天，这对城市化程度较高、交通繁忙的上海地区极其不利，另外，水泥混凝土路面的改建、拓宽和翻挖维修工程大量存在，这也往往会给市民的生活、生产带来不便。因此建设单位和施工单位企盼能有早强性质的道路混凝土品种提供使用。本课题就是致力于研究开发出早期强度高、路面致密性好、施工和易性好的高性能水泥混凝土路面高新品种，除路面具有早强特性外，还具有节能、降低机械损耗和劳动强度等方面的优点。 X! Z) F6 _% N 超塑早强混凝土是采用水泥、黄砂、碎石和水等，在适当配合比下用搅拌机搅拌一定时间，掺入适量的早强剂、高效减水剂，经规定时间搅拌均匀而成的混凝土，用它铺筑的道路，称为超塑早强混凝土路面。 超塑早强混凝土路面是一种高级路面，它具有很高的强度和刚度，属于刚性类路面结构。除了具有普通水泥路面的特性和优点外，由于其早期强度增长快，克服了施工工期较长的缺点，一般3～6天就能开放交通。它不仅能铺筑道路，而且能用于桥面及其它混凝土结构物。; ]0 e/ l$ W1 A. ]$ S , n7 E+ i, c8 ?/ j6 | 2.1 应用技术要求 b4 H: }( f" ~: q: Z( Q: P 超塑早强混凝土的水泥、黄砂、碎石等原材料的要求，与普通混凝土相同，应符合国家规定的要求和地方标准。拌和及湿治养生用水必须洁净，一般采用饮用水。5 g! a/ I9 I) ~* N# } a% O6 e / v% y9 F K/ l1 }$ l 高效减水剂（超塑剂）、早强剂、超早强水泥其性能应符合出厂标准，掺用量必须由专人按不同配方计算确定，严格控制。 s8 d2 j$ X8 D) q 减水剂的减水效果与掺入混凝土的时间有一定的关系，因此，拌和工艺比较讲究，应掌握时间，称量准确，还要检查坍落度。 超塑早强混凝土的和易性变化比较明显，以就地机械拌和为宜。在暑热季节施工时，混凝土的最长运送时间在20分钟内，同时避免运输车辆剧烈颠簸，在不利天气运输时，应加复盖。 m5 l& q 超塑早强混凝土路面的施工和普通混凝土的技术要求相同，因初凝时间短，要求现场操作人员具有熟练的技艺，振捣、整平抹面应一气呵成，应掌握施工时间。. O+ k* ?# V$ }' \3 F + X# n8 i, t) i/ P! R 超塑早强混凝土由于早期强度增长快的特性，故养生期较短，一般为3天，成型后养生24小时即可拆模，因而填缝时间也较普通混凝土提前。路面混凝土强度达到100%后即可开放交通。 有关质量评定标准参见国标、局标，其抗压、抗折强度评定是在标准条件下养生3d的部位（单位）工程试块应符合要求。4 A' Z( N8 X' ~4 _; c! r- r; ~; l3 { 2.2 超塑早强路面混凝土种类' G& e! M% z+ D5 a. J* B1 J8 ] 2.2.1 掺早强剂早强路面混凝土，其早强剂以氯化钙CaCl2最佳，由于货源充足，价格便宜，已得到广泛使用。须注意的是，掺量适当强度增高，掺量过大则强度反而降低，其掺量可参见总报告。; L$ s Z+ a4 M" F6 r 6 _3 F- b0 ^5 D8 H' y" v" S0 n K6 O 2.2.2 掺TJ型高抗折高效减水剂超塑早强路面混凝土，其高效减水剂系同济大学开发，上海华联外加剂厂生产的一种粉末状产品，它对混凝土抗折强度、高效发挥早期强度、并具减水有明显的作用，对加快开放交通有显著效果。 2.2.3 掺高效减水剂的超塑早强混凝土，我们选用了上海五四助剂厂生产的SN－Ⅱ型高效减水剂，不但早期强度发展快，还具有良好的工作性，在路面抢修工程中应用较多。 2.2.4 高标号水泥超塑早强混凝土，采用上海白水泥厂近年来开发的725R型硅酸盐水泥配制的超塑早强路面混凝土，如适量掺入外加剂，可满足一天开放交通的要求。但成本较高，只能用于抢修工程。 Y& J+ q8 u* v! B, f4 [& A3 f, P, i 2.2.5 硫铝酸盐水泥超塑早强路面混凝土，最主要的特性是早强快硬，强度发展速率最高，12小时即可开放交通，是一种很好的抢修材料。但，由于初凝时间快，对于大体积混凝土施工或远距离运送施工，若掌握不好会影响工作质量。解决办法是，可通过掺加缓凝剂延长初凝时间。% P* c9 o6 j+ t5 { ( A: X% i: J, I2 \, d- q+ N' v 2.3 超塑早强路面混凝土的应用 ~+ w9 r/ y8 e& _* h 掺TJ型高抗折高效减水剂超塑早强路面混凝土在浦东张杨路的施工中，得到广泛使用，效果明显。在其它路段施工也较多。6 Z) q& X# F' U : n. X- q+ c# s$ v: a 掺SN－Ⅱ型高效减水剂超塑早强混凝土由于成本低，已被广泛应用。课题组在南北高架道路、沪杭高速公路及市区重点道路改造工程中，以及在新建道路如车亭线、沪闵线等及在桥梁抢修工程的桥面铺装、广深珠高速公路等的高架伸缩缝工程施工中，均应用此种材料，效果良好。上海中山西路－兰皋路口的路面沉降抢修，采用了此技术。边抽水边施工，至第二天早晨六点顺利通车，完成了任务。近年来，在青浦区市政道路工程、公路桥坡沉降抢修、大量的桥梁桥面铺装以及冬季施工中应用也较多。 y3 ] B6 S 高标号水泥超塑早强混凝土，配制简单，操作方便，1天可开放交通，效果较好。在沪青平国道路面的抢修、桥梁桥面抢修等特殊要求情况下，应用较多，效果显著。 |/ B' j. W3 \+ U6 D6 { ! q Z2 I- Q# _9 K0 ?' Y8 g7 a 硫铝酸盐水泥超塑早强路面混凝土，应用到中山路－武夷路的铁路道口路面的抢修工程中，晚上施工，第二天一早便开放交通，取得了良好的效果。总之，应用实例举不胜举。# L# h3 m* @' Y3 L 除此之外，青浦区公路市政管理署还对NC掺和物混凝土、纤维（钢、尼龙）混凝土等高性能混凝土材料也进行了长期的应用试验。9 {9 D- E' [2 _ 2.3.1 2001年，采用NC聚合物混凝土材料快速修补技术，对处于繁华热闹地段的城中中路交叉口路面进行了薄层罩面，成功地修补了52㎡。NC聚合物混凝土材料是高性能混凝土中的一种，该材料具有高强、新老混凝土粘结牢固、耐磨耐久性好的优点。在修补中，我们利用星期日晚上施工，至第二天（星期一）早晨6时，顺利完成，交通几乎不受影响，市民十分满意，称其为一种“神奇”的材料，是整治城市道路的“秘方”。为此，交巡警也恳切希望以后在城市道路的维修中多多采用高新技术快速施工。 2.3.2 2002年，采用NC掺聚丙烯烃（尼龙）混凝土材料，对城中东路老东门桥桥坡进行了罩面接平，成功地修复了96㎡，解决了桥头跳车问题，至今2年多来，效果良好。且施工时间短，尤其是最大限度的不扰民，得到市民的认可和好评。 M9 O& |( X- d$ K 2.3.3 城北大桥桥坡沉降处理，也采用了NC聚合物混凝土加罩，运营多年，至今完好无损，获得成功。8 p& L3 t+ |4 U 6 c: ]2 ?4 X9 E0 h* L 2.3.4 采用NC聚合物粘结剂材料，成功地修补了100多座公路桥梁桥面修补和水淬渣桥梁的修补。 S3 p; Q2 Q p! y 2.3.5 2003年8月，在盈港路东大盈港桥的抢修中，采用了NC聚合物纤维砂浆喷射技术，成功地修缮了该桥上盖梁、立柱、18片大梁，计190.38㎡，施工速度快，干扰少，成本低，效果好。 2.3.6 2000年10月，在沈砖公路王家塘桥坡的修补中，采用了钢纤维混凝土材料，修补了800㎡，也获得成功，并且已经通过技术鉴定。由于钢纤维混凝土比普通混凝土强度高，耐久性好，可适当减薄路面厚度，且延长使用寿命。经造价分析比较，每1000㎡降低成本1.3万元，经济、社会效益显著。& H, `% \0 l" _: L ! c& U- ^7 O: E3 d 2.3.7 采用高性能混凝土应用技术，对水泥混凝土砌块路面施工技术再予以提高。水泥混凝土砌块路面系统研究，是上海市市政工程研究院和我署等单位在前几年合作开发的一个科研项目，虽然已于1998年通过市的鉴定，但是，我们觉得普通混凝土砌块产品，还需要不断改进工艺技术，提高性能，以适应形势发展的需要。我们结合本项目的试验研究，开发出钢纤维混凝土、掺聚丙烯烃混凝土材料的新一代增强路面砌块，产品性能比原来大有提高，尤其可满足有特殊要求的需要。这项技术，为我们申请高新技术的成果转化创造了条件。 ; G- A8 n4 Q+ z7 c1 S5 J 3、结语 - x( z- j. _ 3.1 综上所述，超塑早强混凝土，纤维增强高性能混凝土具有早强、抗裂、抗冲击、抗弯高性能和环境好的优点，在道路工程中应用，可以达到文明施工和快速开放交通的目的，经济和社会效益显著，完全可以适应道路工程技术进步的要求，适应上海社会经济高速发展和加快现代化、城市化建设的需要，值得大力推广应用。6 {1 V# w; h0 c" _; i! x0 {- A: Q 2 \. I( D# t" N 3.2 上海这座国际化大都市的飞速发展，为高性能混凝土及其应用技术的进一步开发应用拓展了广阔的空间，前景看好。当前，上海市郊正在兴起新一轮的乡村公路建设和管理热潮，就我署而言，负责全区500多公里乡村公路和4000多座村镇桥梁的行业技术管理。笔者认为，高性能混凝土及其应用技术完全可以延伸到这个大市场，以提高乡村公路建设和管理的科技含量。相信高性能混凝土因其优越性而必将会受到乡村公路权属单位—地方乡镇政府的欢迎。 3.3 高性能混凝土及其应用技术作为一项成果，已通过市建委的技术鉴定，今天的成果，则是目前上海地区高性能混凝土研究的阶段性总结。随着科学技术的进步，高性能混凝土的开发应用还将会进一步发展。对高性能混凝土科学的理解应该是“与一定历史阶段和工程实际相适应的性能”。因此，作为我们课题组成员还要继续努力，不断开发。 3.4 本课题的研究，建设单位、施工单位、高校、研究单位紧密协作，理论和实际相结合，宏观与微观相结合，尤其更多的结合工程实际，广泛应用。以后，要对已完成的工程项目继续跟踪，加强后期评估，作好经济、社会效益的分析。同时，还要作进一步的技术性总结，为编写有关技术规程、规范提供依据。