关于桥涵高性能混凝土相关规范的几点认识

高性能混凝土在建设领域已经深入人心，各个行业也纷纷出台了相应的标准和规范。桥涵运营环境恶劣，最容易出现腐蚀劣化，影响其耐久性，因而众多规范也把桥涵耐久性的保障重点强调！《高性能混凝土技术条件》（GB∕T 41054-2021）、《混凝土结构耐久性设计标准》（GB／T 50476-2019）、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）、《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T3310—2019）、《铁路混凝土》（TB/T 3275-2018）等等，这些规范中，也都把桥涵列入适用范围。而由于行业特点不同、编制的年代不同以及编制人员认识上的差异，规范要求也各有千秋，本文对现行最新的几个规范进行简单的梳理，以帮助大家认识理解！当然这列出的并不全面，可能有些以偏概全。

1 环境类别及环境作用等级的划分的差异

首先，需要明确的是，高性能混凝土是一个相对概念，同时，耐久性设计也是一种环境设计，确定环境的分级是非常关键的！

国标《混凝土结构耐久性设计标准》（GB／T 50476-2019）（以下简称“耐久性标准”）中将环境分为五类，《高性能混凝土技术条件》（GB∕T 41054-2021）（以下简称“高性能技术条件”）也是与耐久性标准一致：

两个公路行标《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）（以下简称“公路施工规范”）、《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T3310—2019）（以下简称“公路耐久性规范”）将环境分为七类：

表2 公路行标中的环境分类

《铁路混凝土》（TB/T 3275-2018）（以下简称铁标）沿袭《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB_10005-2010，将环境分为六类，与国标和公路行标分类不同，分类方法如下：

表3 铁标环境类别的划分

不同环境类别下，作用等级不同，公路行标和耐久性标准、高性能技术条件从轻度到极端严重分为A-F级：

表4国标环境类别和作用等级划分

                                                                         表5 公路行标环境类别和作用等级划分

耐久性标准只把海洋氯化物环境里除了F级，公路行标结合环境列入F级范围的结构高于国标！

铁标环境作用等级按1、2、3、4作用来划分，分别划分成各自环境下的作用等级，碳化环境分为T1、T2、T3，氯盐环境分为L1、L2、L3，化学侵蚀环境分为H1、H2、H3、H4，盐结晶环境分为Y1、Y2、Y3、Y4，冻融环境分为D1、D2、D3、D4，磨蚀环境分为M1、M2、M3，3、4都是相对严重的作用等级。

可见，不同的规范对环境和作用等级划分是不同的，虽然本质上并无明显差别，但还是要注意不要错用，因为这还涉及后面原材料以及配比设计的要求差异。

这里值得一提的是，一些省份的公路地标环境类别及作用等级划分的划分有沿用了铁标的，这值得商榷，因为公路行业早在2006年就已经出台了《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006），也就是《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T3310—2019）的前身，引用铁标建设公路会造成引用规范错乱，验收会出现问题。

2 对原材料和配合比要求的差异

2.1对水泥的要求

公路耐久性规范中5.2.1要求：

3硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的细度不宜超过350m²/kg；水泥中铝酸三钙（C₃A）含量不宜超过8%（海水中不宜超过5%）。大体积混凝土宜采用硅酸二钙（C₂S）含量相对较高的水泥。

4应选用质量稳定、低水化热和碱含量偏低的水泥。水泥的碱含量（按Na₂O量计）不宜超过0.6%。

公路施工规范中：

6.2.1桥涵工程采用的水泥应符合现行《通用硅酸盐水泥》 （GB175）的规定，水泥的品种和强度等级应通过混凝土配合比试验选定，且其特性应不会对混凝土的强度、耐久性和工作性能产生不利影响。当混凝土中采用碱活性集料时，宜选用含碱量不大于0.6%的低碱水泥。

在后面有专门对高性能混凝土做了明确要求：

表6 公路施工规范对高性能混凝土水泥的要求

对于氯离子含量，要求有点过严，很难达到。

表7是高性能技术条件中的要求：

水泥比表面积适当放大了一些！强调了不同龄期水化热和抗压强度要求，这对抗裂是有好处的！

铁标中的要求如表8

                                                           表8  铁路规范对水泥的要求

公路和国标中，都建议使用低碱水泥，低碱水泥的产量很难满足工程需求，而铁标没有强调低碱水泥，这项规定更为务实！后面我们也会谈到，碱含量是要算单方总量的，单独控制某个材料碱含量、最后又混到一起，意义多大呢！

2.2对于掺合料的要求

掺合料以最为广泛应用的粉煤灰和矿渣粉作为对比。

耐久性设计标准中对粉煤灰并未提出特别的要求，只是烧失量小于5%，氧化钙含量小于10%。

高性能技术条件中：

6.2.3 对于高强高性能混凝土或有抗渗、抗冻、抗腐蚀、耐磨或有其他特殊要求的混凝土，不应采用低于Ⅱ级的粉煤灰。

公路耐久性规范中5.2.3:

3公路工程混凝土结构宜采用F类I级或Ⅱ级粉煤灰。对普通钢筋混凝土，粉煤灰烧失量不宜大于8%；需水量比不宜大于105%；I级粉煤灰的45μm方孔筛筛余不宜大于12%，Ⅱ级粉煤灰的筛余量不宜大于20%。粉煤灰其他相关技术指标应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）的规定。

公路施工规范中要求如表9

注：1.粉煤灰中的CaO 含量大于5%时，应经试验证明其安定性合格。

2. 预应力高性能混凝土或浪溅区的钢筋混凝土应采用 I 级粉煤灰或烧失量不大于5%、需水量比不大于100%的Ⅱ级粉煤灰。

对粉煤灰，要求在高性能混凝土中F类粉煤灰游离CaO 含量≤1.0，这个要求有点严格了，但注解里解释CaO 含量如果大于5%时，应经试验证明其安定性合格，合格也可以用。

但没有要求必须I 级粉煤灰，烧失量不大于5%、需水量比不大于100%的Ⅱ级粉煤灰也可以，但预应力混凝土还是要求烧失量小于2%。

铁标5.2.3 中要求粉煤灰应选择颜色均匀、不含有油污等杂质的F类产品，且与水泥和水混合时不应有明显刺激性气体逸出，其性能应满足表10的要求。

铁标考虑到了当前湿法脱硫灰脱硝灰中铵盐与碱反应释放氨气的影响，以及干法脱硫亚硝酸钙的影响，具有现实意义！

一级粉煤灰事实上产量很难满足工程的需求，其品质受收尘工艺、工序、煤的品种、脱硫脱硝方法等因素影响，能保障二级就很不错了，强调一级灰可操作性不强，二级灰均能满足工程要求，更具现实意义！

对于矿渣粉，几个标准基本本次修订参照《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736-2017）、《矿物掺合料应用技术规范》（GB/T51003-2014）等标准的规定，对部分相关指标作出了修改。个别指标有所增减，基本不存在实现的难度！

在这些规范之中，对超细粉都没有提出要求，超细粉在保障混凝土工作性能、耐久性能作用突出，应该受到关注！

2.3 对于骨料的要求

耐久性设计标准附录B中：

B.3.2混凝土骨料应满足骨料级配和粒形的要求，石子宜采用单粒级两级配或三级配，分级投料；级配后的骨料松堆空隙率不应大于43%。

B.3.3混凝土用砂在开采、运输、堆放和使用过程中，应采取防止遭受海水污染或混用不合格海砂的措施。

砂的密度应在饱和面干状态下检测，理论配合比中砂的用量以饱和面干质量计。

未提出特别的要求，但提出了配合比设计砂采用饱和面干法，这一点在当前应用机制砂是比较合适的。

高性能技术条件中，也是基本沿用了建设用卵石、碎石（GB/T14685）、《建设用砂》（GB/T14684）的规定，未做特殊要求。

公路施工规范中：

骨料的要求按《建设用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）、《建设用砂》（GB/T14684—2011）的规定对相关技术指标进行了修改。删除了关于砂“I类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30~C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和砌筑砂浆”的要求；增加了“卵石和碎石混合使用时，压碎值应分别按卵石和碎石控制”的规定，放宽了对卵石应用的限制以充分利用资源，压碎值限制对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类粗骨料与他随之分别限制不超过10%、20%、30%。GB/T14685、GB/T14684目前已经更新到了2022版，感兴趣的读者可以对照看一下。

在高性能混凝土部分要求粗集料宜选用质地均匀坚硬、粒形良好、级配合理、线胀系数小的洁净碎石或卵石，不宜采用砂岩加工成的碎石，且应采用连续两级配或连续多级配，其压碎指标尚应不大于10%等要求。

值得一提的是，目前公路两个行标骨料的压碎值要求采用了国标200KN压力的实验方法，上一版规范采用的是公路400KN的实验方法，但要求的压碎值指标要求给工程造成很多混乱，执行过程中进行了几次勘误，这一版改了过来，使用了建设标准，操作起来更为便捷。对细骨料的压碎值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类砂分别控制不超过20%、25%、30%。

铁标中对粗骨料压碎值比国标要严格一些，分为C30以上和C30以下两个等级，对火成岩、水成岩和变质岩分别要求，总体差异与国标不是太大！对细骨料压碎值统一为不超过25%！

现行的几个规范中，对固废的应用都有所回避或是没有强调，至少在低强度混凝土中应用是没有问题的，无论强度或耐久性指标都能满足。

2.4 对水质的要求

前面提到的几个标准、规范对水质的要求基本参考了《混凝土用水标准》JGJ 63-2006，对养护用水公路施工规范专门进行了强调，如表11，与素混凝土用水指标一致，但这也还不全面，比如对Fe²⁺离子未做限定，这个在实践中发现了很多问题都是Fe²⁺引起的，而现行规范都未涉及。

3 配合比设计要求的差异

3.1 胶材限量的差异

早期规范中只限定了最小胶材或是水泥单方用量，为的是保障足够的浆体量以利于施工，而过多的胶材不仅不经济，体积稳定性也不良。所以现在也限定了最大胶材用量。表12是耐久性标准的要求

表 12单位体积混凝土的胶凝材料用量

注：1 表中数据适用于最大骨料粒径为20mm 的情况，骨料粒径较大时宜适当降低胶凝材料用量，骨料粒径较小时可适当增加胶凝材料用量；

2  引气混凝土的胶凝材料用量与非引气混凝土要求相同；

3  当胶凝材料的矿物掺合料掺量大于20%时，最大水胶比不应大于0.45。

对胶材用量最应该受到关注的是C50混凝土，对比上一版（GB/T50476-2008），C35以下限400kg/m³，C40、C45限定400kg/m³，C50胶材限量480kg/m³、≥C55限量500kg/m³，实践中，个人感觉480kg/m³更为合理，可能是考虑到现在骨料粒型和级配普遍不良缘故吧！

高性能混凝土技术条件中，对混凝土的胶材用量未作明确要求。

公路耐久性规范中，C50胶材限量480kg/m³、C55限量500kg/m³，公路施工规范中，前面要求也是这样！而对后面高性能混凝土部分，6.15.9要求：

1对不同强度等级混凝土的胶凝材料总量应进行控制，C40以下宜不大于400kg/m³；C40～C50宜不大于450 kg/m³；C60及以上的非泵送混凝土宜不大于500 kg/m³，泵送混凝土宜不大于530kg/m³；且胶凝材料浆体体积宜不大于混凝土体积的35%。

2 水胶比应根据混凝土的配制强度、抗氯离子渗透性能、抗渗性能和抗冻性能等要求确定。在满足混凝土工作性能的前提下，宜降低用水量，并控制在130～160kg/m³。

铁标的铁路混凝土结构耐久性设计规范TB 10005-2010中也是C50限定480kg/m³，C50以上500kg/m³。

以目前的砂石骨料状况，C50限定450kg/m³工程中很难操作，限定480kg/m³更为实际。

3.3 对掺合料的要求差异

耐久性设计标准在后面的条文解释中：

2.1.21 本标准中所指的矿物掺合料混凝土为：在硅酸盐水泥中单掺粉煤灰量不小于胶凝材料总重的30%、单掺磨细矿渣量不小于胶凝材料总重的50%；复合使用两种矿物掺合料时，粉煤灰掺量比与0.3的比值加上磨细矿渣掺量比与0.5的比值之和不小于1。

高性能技术条件中要求如下：

复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量。

在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量宜符合表中复合掺合料的规定采用硅酸盐水泥时，经混凝土耐久性和长期性能试验验证，复合掺合料最大掺量可放宽5%。

注1：采用其他通用硅酸盐水泥时，将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计人矿物掺合料

公路施工规范6.15.9要求：

3混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、粒化高炉矿渣粉或硅灰等矿物掺合料，用以提高其耐久性、改善其施工性能和抗裂性能，其掺量宜根据混凝土的性能要求通过试验确定，且宜不小于胶凝材料总量的20%。当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45；在预应力混凝土及处于冻融环境的混凝土中，粉煤灰的掺量宜不大于30%，且粉煤灰的含碳量宜不大于2%。对暴露于空气中的一般构件混凝土，粉煤灰的掺量宜不大于20%，且单方混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量宜不小于240kg。

公路耐久性规范中：

使用普通硅酸盐水泥、矿渣水泥时，应将其中原有矿物掺合料与配制混凝土时加入的矿物掺合料用量一起计算，具体见表14。

铁标中要求如下：

目前不可回避的一个现实情况，就是水泥厂实际所用的混合材基本远超规范规定的用量，我曾调研过几家水泥企业，普硅水泥要求混合材不超过20%，实际有的超过60%，也是按普硅去销售，出厂文件都写着小于20%！所以从规范要求的掺合料掺量事实上是偏大的！

3.4 碱含量的控制

耐久性设计标准中：

B.2.4单位体积混凝土中的含碱量应符合下列规定：

1对骨料无活性且处于相对湿度低于75%环境条件下的混凝土构件，含碱量不应超过3.5kg/m³，当设计使用年限为100年时，混凝土的含碱量不应超过3kg/m³。

2对骨料无活性但处于相对湿度不低于75%环境条件下的混凝土结构构件，含碱量不超过3kg/m³。

3对骨料有活性且处于相对湿度不低于75%环境条件下的混凝土结构构件，应严格控制混凝土含碱量不超过3kg/m³并掺加矿物掺和料

高性能技术条件要求碱含量与耐久性设计标准一致。

公路耐久性规范中：

5.3.8 应限制单位体积混凝土中的碱含量。混凝土中的最大碱含量不应大于下表的规定。对于特大桥和大桥的混凝土，最大碱含量宜为1.8kg/m³。

公路施工规范中：

6.8.6除应对由各种组成材料带入混凝土中的碱含量进行控制外，尚应控制混凝土的总碱含量。每立方米混凝土的总碱含量，对一般桥涵宜不大于3.0kg/m³，对特大桥、大桥和重要桥梁宜不大于2.1kg/m³。当混凝土结构处于受严重侵蚀的环境时，不得使用有碱活性反应的骨料。

铁标中：

7.1.5混凝土的总碱含量应符合设计要求。当设计无要求时，混凝土的总碱含量应满足下表的要求

可见，公路行标中对大桥特大桥碱含量的限制过严，很难操作，事实上现在几乎没有小桥，都是大桥，限制3.0kg/m³是合理的，而且也不会发生碱骨料反应！

4 结语

目前关于桥涵高性能混凝土的技术要求各个规范并不统一，有些指标不全面，有些指标难于操作，有些材料还应该纳入！规范应该是在保障质量的前提下具有比较强的可操作性，一味从严并不现实也不合理，简单明了重点突出更能让人理解接受，一些关键指标应该是跳一跳够得着，不跳就够或是跳也够不着就没有太大意义！我们在高速公路建设中会针对某个地区出台《XX工程高性能混凝土实施细则》再经过专家论证通过后应用，具有很强的操作性！这也是我们今年着手编制行标《高性能混凝土在高速公路桥涵中应用技术规范》的初衷，随着技术的不断进步与成熟，各位技术人员有何良好的建议也可以与我们多沟通，把合理的意见纳入规范之中，以更好实现桥涵的耐久性能！