维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期（总第１８６期） ２００７年６月 山西交通科技 ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ｏＦ ＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ 浅议高性能混凝土及其在桥梁工程中的应用 张勃蓬 ，王常青 ，马 讯 （１．山西省交通科学研究院，山西 太原０３０００６；２．陕西省公路局，陕西 西安 ７１００６８） 摘要：介绍了高性能混凝土的含义、性能、配制要求及其在桥梁工程中的应用。 关键词：高性能混凝土；桥梁工程；配制；应用 中图分类号：Ｕ４４４．１８ 文献标识码：Ａ文章编号：１００６—３５２８（２００７）０３—００５３—０３ 混凝土是我国建筑工程中的主要结构材料。随 强度有较大的增长可以利用；有的结构需要抗冲切， 着技术的进步，混凝土结构工程向更高建筑、更大跨 度和更高承载力方向发展，同时，人们对结构的耐久 性等要求也不断提高，这些都使得高性能混凝土的 研制和应用成为必然。 抗磨损，抗疲劳强度等等。所以对混凝土的强度也需 要有一个全面的了解。 在大跨度结构物允许减小断面的构件部位，应 尽量采用强度高的混凝土。资料显示，混凝土强度从 Ｃ４０提高到Ｃ８０时，造价约增加５０％，而承载能力 １ 高性能混凝土的含义 高性能混凝土（ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｎｃｒｅｔｅ简称 ＨＰＣ）一词是１９９０年在美国的一次国际学术会议上 可提高１倍左右。由于具有减小断面、降低结构物自 重等优势，高强混凝土在国外发展很快。出于耐久性 的考虑，高强混凝土又逐渐发展成高强度的高性能 混凝土。 公开提出来的。高性能混凝土是在研究发展高强 昆 凝土的过程中发展起来的。 什么是高性能混凝土，至今国际上还没有一个 目前普遍认为高性能混凝土必须是高强混凝土 （Ｃ５０以上），而高强混凝土未必是高性能混凝土。但 另一观点认为，高强混凝土必须是高性能混凝土，而 高性能混凝土不一定非要强度高，如水工结构物，对 强度要求并不高（Ｃ３０左右），但对耐久性要求却很 高。 公认的定义，１９９４年在新加坡召开的第一届高性能 混凝土国际会议上，许多研究人员认为高性能混凝 土应是具有高质量和高耐久性的混凝土，但未定出 具体的质量指标和耐久性指标。根据国际上目前发 表的文章和研究成果，可以认为ＨＰＣ是在大幅度提 高常规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，除水泥、水、集料外，必须掺加足够 划分高强混凝土的标准，是与各国的混凝土工 程技术水平相关的。表１列出了各个国家规定的高 性能混凝土的强度极限值。可以看出：除美国外，几 乎每个国家都规定了一个抗压强度的上限值。此外， 大多数国家都规定了最小强度标准为５０ ＭＰａ左右， 美国采用的最低强度标准为４１ ＭＰａ． 表１ 各规范规定的高性能混凝土强度极限值ＭＰａ 数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术 混凝土。其高性能包括：易浇捣而不离析，力学性能 稳定，高强度、高耐久性，高体积稳定性和高工艺性。 ２ 高性能混凝土的性能 ２．１ 高强度 规范 强度 混凝土强度对结构来说是最基本的性能要求。 不同的结构，对混凝土强度要求也不一样，有的结构 要求有较高的抗压强度与抗剪强度；有的结构希望 在短期内有较高的强度；有的结构需要有较高的抗 拉强度；有的结构在２８ ｄ后才承受荷载，希望后期 收稿日期：２００７一叭一０４；修回日期：２００７—０４—２８ 美国混凝土协会 歌洲混凝土委员会 挪威 芬兰 日本 大于等于４１ ５０ １ＯＯ ４４—９４ ６０ １ＯＯ ５０ ８Ｏ 德国 荷兰 ６５ １１５ ６５—１Ｏ５ 瑞典 法国 ６０—８Ｏ ５０—８Ｏ 作者简介：张勃蓬（１９７８一王常青（１９８Ｏ一马讯（１９６４一），男，陕西华县人，助理工程师，２００２年毕业于长安大学隧道与地下工程专业； ），男，陕西彬县人，助理工程师，硕士研究生，２００６年毕业于长安大学桥梁与隧道工程专业； ），男，陕西彬县人，工程师，１９９７年毕业于西安公路交通大学路桥专业。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・５４・ 山西交通科技 ２００７年第３期 我国在普通工业与民用建筑中，现场浇注混凝 土的强度等级大量低于Ｃ３０，预制混凝土构件普遍 低于Ｃ４０；而在桥梁工程中，现浇Ｃ５０混凝土已是常 事。考虑到其他因素，我国将强度等级为Ｃ５０及以 上的混凝土划分为高强混凝土，这样划分与欧洲 ＣＥＢ、美国ＡＣＩ、日本等国的标准大体相当。 ２．２ 高耐久性 长期以来，混凝土一直被看成坚固耐久的材料， 实践证明，普通混凝土并不总象当初应用时所认为 的那样耐久，许多国家早期修建的一些混凝土基础 设施工程已相继步入老化期。以美国为例，美国现有 桥梁约５７．５万座，据１９９１年提交美国国会的一份 报告中的数据，这些桥梁中不少已经老化损坏，为修 复和更新，在以后２０年内每年需耗资６０～８５亿美 元，每年需修复更新的桥梁达１．６万座，这不仅耗资 巨大，而且影响社会生产和生活秩序。普通混凝土因 耐久性不良造成的问题在我国也相当突出。现代高 性能混凝土技术为解决混凝土的耐久性提供了出 路，对于桥梁、道路、港口、海洋工程等许多设施来 说，混凝土的耐久性比其强度显得更为重要。 对混凝土耐久性的要求可从两个方面分析，即 自然老化和人为劣化。自然老化是指混凝土在大气、 土壤和水中，随着时问的推移发生的性能变化，如气 温变化、日晒雨淋、冻融循环、干湿交替等作用，使混 凝土产生裂缝、剥落、疏松等现象，降低结构安全度； 二氧化碳的侵入，使混凝土发生碳化，降低混凝土对 钢筋的防锈保护作用；遭受有腐蚀性气体或液体的 侵蚀，降低混凝土强度，使混凝土开裂，钢筋被腐蚀 等。人为劣化是指混凝土结构在使用过程中，由于生 产、生活、管理等方面的原因，使混凝土发生降低使 用功能的现象。如磨损、冲刷使混凝土降低了耐久 性；疲劳、撞击使混凝土产生裂缝或损伤，降低结构 强度；酸、碱、油的腐蚀破坏了混凝土的内在结构，失 去或降低混凝土强度；温度、渗透等作用直接损伤了 混凝土。 要解决上述耐久性问题，就必须使混凝土密实 度高且不产生原生裂缝；硬化后体积稳定而不产生 收缩裂缝；同时减少混凝土内部产生侵蚀的组分。 高性能混凝土是一种耐久性优异的混凝土，耐久性 可达百年之久，是普通混凝土的３～１０倍。混凝土的 耐久性即抵抗劣化的能力，主要包括：抗渗性、抗侵 蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碳化性、抗碱一骨料反应 等。 ２．３高体积稳定性 混凝土的体积稳定性直接影响结构的受力性 能，严重者会影响结构的安全。混凝土的体积稳定性 可分成三类，一类是混凝土在凝结过程中发生的体 积变形，总称为收缩变形；另一类是混凝土在承受荷 载后发生的体积变形，如弹性变形，徐变变形等；还 有一类是混凝土在温度作用下的体积变形，称为温 度变形。 收缩变形是混凝土的一种固有特性，不均匀收 缩会使混凝土产生内应力，产生裂缝，降低混凝土强 度和耐久性。减少收缩主要应从减少用水量、减少水 泥浆用量、提高混凝土的密实性解决。 徐变是混凝土的另一个重要特性。混凝土在一 个定值荷载作用下，产生随时间增长变形增加的现 象称为徐变。徐变变形会改变结构中的内力，有时产 生对结构不利的变形，影响结构的安全。减少徐变的 主要办法有：提高混凝土的强度，降低其使用应力， 减少混凝土中的水泥浆含量，不要过早使混凝土承 受使用荷载等。 弹性变形是所有结构材料共有的特性，混凝土 在受力后产生的弹性变形比较大。要使弹性变形小， 就要提高混凝土的弹性模量。提高弹性模量的办法 有：提高混凝土的强度，采用弹性模量高的集料，改 善混凝土的级配，提高混凝土密实度。 混凝土的温度变形分两类，一类是热胀冷缩变 形，如受到约束时，使结构发生裂缝，甚至破坏；另一 类是混凝土水化时产生的温度应力而引起裂缝。 对体积稳定性要求，国际上也还没有一个统一 的标准。一般来说，要求混凝土的收缩变形、徐变变 形小，弹性模量高，温度膨胀系数尽量与钢筋一致。 ２．４ 高工艺性 混凝土的工艺性能是混凝土质量的重要保证。 没有好的工艺性能，混凝土就很难达到高强度、高耐 久性和高体积稳定性。 混凝土的工艺性包括对拌和、运输、浇灌和振实 等各道操作工序的要求，在施工过程中不产生离析， 质量稳定，施工完成后的混凝土密实、匀质、平整、表 面光洁。 ２．５应用经济性 虽然高性能混凝土在成本上比普通混凝土要高 一些，但由于减小了截面尺寸，减轻了结构自重，降 低了钢筋用量，这对自重占荷载主要部分的混凝土 结构具有特别重要的意义。一般情况下，混凝土强度 等级从Ｃ３０提高到Ｃ６０，对受压构件可节省混凝土 ３０％～４０％，受弯构件可节省混凝土１０％～２０％， 以年产１５亿立方米混凝土中有２０％采用高性能混 凝土，以商品混凝土３５０元／ｍ 计算，可节约资金 ２１０亿元，具有巨大的直接经济效益；同时由于截面 尺寸减小，不但改变了结构上肥梁胖柱的不美观问 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期 张勃蓬，等：浅议高性能混凝土及其在桥梁工程中的应用 ・５５・ 题，而且可增加使用面积和有效空间，因而可获得较 都较敏感，故配合比计算的精确度要求较高，为此， 世界各国学者研究了高性能混凝土配合比设计的讨 大的间接经济效益。在建设阶段通过节约混凝土用 量，可以节约土地、煤、水、矿石、砂等能源和资源的 消耗量，从而减少有害气体和废渣的排放，使用阶段可 算机化，例如清华大学博士研究生王德怀进行的“高 性能混凝土配合比设计与质量控制的计算机化”课 减少养护维修费用，实现节能，带来可观的社会效益。 ３ 高性能混凝土的配制要求 ３．１ 水泥 题研究；法国路桥实验中心提出的优化高性能混凝 土配合比设计的ＲＥＮＥ—ＬＣＰＣＴＭ软件等。 高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选 用优质原材料，并除水泥、集料外，必须掺加足够数 量的矿物细掺料和高效外加剂。用于桥梁尤其是太 高性能混凝土应采用矿物组成合理、细度合格 的高标号水泥，还应注意尽可能选择标准稠度需水 跨度桥梁的高性能混凝土应满足：ａ）水胶比小于等 量较小和水化热较低的水泥，这样容易选择超塑化 剂并在较小的单位水量下获得良好的流动性。一般 常用４２．５级以上的硅酸盐水泥。 ３．２ 骨料 配制高性能混凝土的骨料与普通混凝土的要求 不同，骨料本身的强度要高，一般选用花岗岩、硬质 砂岩及石灰岩等。还需控制骨料的粒径、表面特征、 用量、吸水率等指标。 ３．３ 水灰比 配制高性能混凝土的重要措施是减小水灰比， 使混凝土密实性提高，其强度和耐久性可显著增长。 一般水灰比在０．３左右，用水量不大于１６０ ｋｇ／ｍ ． ３．４高效减水剂 高效减水剂是表面活性剂，可以大大提高水泥 浆的流动性，使得低水灰比配制的混凝土具有高坍 落度。同时，还能促进水泥的水化作用，提高早期强 度。高效减水剂赋予混凝土高密实度即高强度、高耐 久性，同时具有优异的施工性能。 ３．５矿物掺合料 矿物质掺合料是高性能混凝土的又一必不可少 组成材料。这类掺合料可以是优质粉煤灰、超细矿渣 与天然沸石粉，或硅粉。可单独添加或同时并用，目 的在于改善混凝土拌和物的流变性能，提高混凝土 强度和耐久性。 ， ３．６配合比设计 高性能混凝土配合比设计目标首先是高耐久 性，并兼顾工作性与强度。为此，世界各国学者均提 出了各自的有关高性能混凝土配合比设计方法。如 Ｐ。Ｋ．Ｍｅｈｔａ和Ａｉｔｃｉｎ推荐的高强度高性能混凝土配 合比确定方法；法国路桥实验中心建议的有关高性 能混凝土设计方法；日本阿部道彦采用的高性能混 凝土配合比计算方法及Ｄｏｍｏｎｅ、Ｃａｒｂｏｎａｒｉ等基于最 大密实度理论而提出的高性能混凝土配合比设计方 法。高性能混凝土对原材料质量及配合比参数变化 于０．４．ｂ）强度大于等于４１．４ ＭＰａ；Ｃ）低徐变率。 ４ 高性能混凝土在桥梁工程中的应用 高性能混凝土达到了使结构强度高、刚度大、耐 久性好的要求，同时能满足工业化预拌生产和机械化 泵送施工，在世界范围内是一项比较成熟的技术。 桥梁工程中，大跨度桥梁的自重往往占总荷载 中的大部分。采用高性能混凝土，可以减小自重，降 低截面高度，增强结构耐久性；其早期强度高，可加 快施工进度。 我国于２０世纪７０年代中后期，开始在公路桥 梁界较大范围内应用预应力混凝土，只不过应用的 混凝土标号以Ｃ４０为主。到２０世纪８０年代，随着交 通事业的迅猛发展，我国的公路桥梁用混凝土也在 不断发生变化和快速发展，混凝土的强度等级逐步 提高。在许多的跨江、跨河和跨海的大型桥梁工程 中，应用了Ｃ５０～Ｃ６５级的泵送混凝土。如：浙江杭 州钱塘江二桥（８０ ｍ跨预应力混凝土连续箱梁桥）， 广东番禺洛溪大桥（１８０ ｍ跨预应力混凝土连续刚 构桥）等。到了２０世纪９０年代，我国公路桥梁上已 开始应用Ｃ５５～Ｃ６０级的泵送混凝土。如：杨浦大桥 主塔（Ｃ５０泵送混凝土），四川万县长江公路大桥 （４２０ ｍ跨劲性骨架箱形拱桥），广东虎门大桥（８８８ ｍ 跨悬索桥，中孔２７０ ｍ跨的预应力混凝土连续刚构 桥），南京长江二桥（如采用英国专家的设计方案，可 将主跨提高到１ １００多ｍ，但需提供Ｃ８０～Ｃ１００的 泵送混凝土），杭州湾大桥（７０ ｍ箱梁采用Ｃ５０高性 能海工混凝土）、东海大桥等。 高性能混凝土技术在国外的发展与应用以北欧 和北美为先导，很快在全球范围内展开，目前已在大 量工程中应用，尤其是大跨度桥梁。如：丹麦的大贝 尔特海峡大桥、丹麦与瑞典之间的欧上海峡大桥、加 拿大联盟大桥、日本的明石海峡大桥等，这些跨海大 桥的设计使用寿命均在１００年以上。（下转第６７页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期 黄冬梅：有关超载车辆危害公路桥梁的浅析与思考 ・６７・ 国的道路状况及国力相适应。 进行健康检查，维护桥梁安全。 ｄ）公路管理部门要加强对超载车辆运输管理 （ｂ）桥梁病害要及时维修，要改变以往“养路不 的力度，在重要的干线公路上应普遍设立超载车辆 养桥”的情况。养护检查考评时严把桥梁技术状况的 固定检测站点，实行以超载卸货为主的管理、扼止超 要求，使桥梁保持良好的技术状况。 载车辆的通行。 ｆ）有计划地对危桥进行改造。危桥改造中，对 ｅ）公路管理部门应加强对公路桥梁的检查养 旧桥的处理要慎重，既要坚持技术标准，又要充分利 护和管理，确保桥梁安全使用，特别要防止发生恶性 用原有结构，对许多有利用价值的原有桥梁结构，应 事故。 通过加固，恢复其承载能力，延长使用寿命，不能简 （ａ）桥梁检查制度要落实到实处，应定期对桥梁 单一拆了之，以节约宝贵的建设资金。 Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｖｅｒｌｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｈａｒｍｉｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ＨＵＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｍｅｉ （Ｄａｔｏｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｄａｔｏｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ ０３７００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｈａｒｍ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｎ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｏｍｅ ａｄｖｉｃｅ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｌｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ；ｈａｒｍ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ；ａｎａｌｙｓｉｓ （上接第５５页） ［４］ 曾玉珍．国际高性能混凝土技术发展水平展望［Ｊ］，国 ５ 结语 外公路，１９９９（１）：４７—５１． ［５］ 陈肇元．高强混凝土与高性能混凝土（续１）［Ｊ］．建筑 高性能混凝土以其优异的性能使得普通混凝土 技术，１９９７，２８（１０）：７２３—７２５． 向高性能混凝土发展成为必然趋势。高性能混凝土 ［６］冯乃谦，路新瀛，郝挺宇，等．耐久１００年以上的高性能 是混凝土技术进步的标志。我国在发展高性能混凝 混凝土［Ｊ］．混凝土与水泥制品，１９９８（４）：５—９． 土方面才刚刚起步，需要科研、教学、设计、施工部门 ［７］俞瑞堂．高性能混凝土的发展与展望［Ｊ］．水利水电工 携手协作，共同促进高性能混凝土的发展。 程设计，１９９７（２）：５３—５８． 参考文献 ［８］ 张天宝．高性能混凝土的发展概况及配制特点［Ｊ］．黄 河水利教育，１９９８（４）：４４—４５． ［１］夏靖华．发展高性能混凝土【Ｊ］’建筑科学，１９９８，１４（１）： ［９］ 吴中伟，韩素芳．预拌混凝土和高性能混凝土技术的 ３—６． 现状与发展［Ｊ］．建筑技术，１９９７，２８（７）：４６３—４６５． ［２］ 周志祥．高等钢筋混凝土结构［Ｍ］．北京：人民交通出 ［１０］潘樾，吴敏．高性能混凝土在公路桥梁上的应用［Ｊ］’东 版社，２００２． 北公路，１９９７，２０（３）：６５—６７． ［３］ 过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析［Ｍ］．北京： ［１１］ 王德怀．高性能混凝土配合比设计与质量控制的计 清华大学出版社，２００３． 算机化［Ｄ］．北京：清华大学，１９９６：１—３６． Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｂｏ—ｐｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｑｉｎｇ２，ＭＡ Ｘｕｎ２ （１．Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ ０３０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１００６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｂｒｉｄｇｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｂｒｉｄｇｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ