桥梁高性能清水混凝土研究与应用

何小宇 周孝军

(1.四川广巴高速公路有限责任公司，四川成都 610000;2.西华大学，四川 成都 610039)

近年来，随着城市建设的迅猛发展，市容市貌日新月异，道路桥梁施工的外观质量要求越来越高，其中桥梁墩台及上部结构的外观尤为重要［1］，这些结构大多为钢筋混凝土结构，坐落于城市主干道或高速公路，直接影响城市美观与高速公路沿途风景。本文以成都市二环线工程以及广巴高速公路防撞护栏工程为依托，详细介绍了清水混凝土配合比设计，外加剂配置及施工工艺相关的具体做法。

1 工程概况

成都市二环路改造工程是成都市中心城区“缓堵保畅”项目的重要组成部分，全长28.3 km，分为东、西半环实施。其中，东半环13.1 km全线均为高架桥，西半环15.2 km为地面双向六车道的快速路，中间建设双向双车道的大容量快速公交高架桥，其混凝土外观质量直接影响了整个二环线的美观。广巴高速公路是革命老区四川巴中的第一条高速公路，沿途风景秀丽，混凝土防撞护栏外观品质需与环境协调一致。因此，其均采用了清水混凝土的设计方案，对并混凝土的性能与施工提出了较高的要求。

2 清水混凝土的配合比设计

2.1 原材料

1)水泥:华新P.O42.5水泥。水泥主要化学成分见表1。2)细集料:天然河砂，细度模数2.5，含泥量1.8%，泥块含量0.3%。3)粗集料:石灰岩质碎石，粒径5 mm～25 mm，含泥量0.4%，针片状含量1.7%。4)外加剂:三瑞企业V630型聚羧酸高效减水剂。5)矿物掺合料:Ⅰ级粉煤灰，细度不大于12%，水分不大于0.9%。6)拌合用水:自来水。

表1 水泥的主要化学成分 %

2.2 配合比设计原理

采用密实骨架堆积理论进行清水混凝土配合比优化设计，其主要是通过寻求混凝土中粗细集料的最大密度来实现最小空隙率，使混凝土中的固态材料处于最紧密堆积状态，成型后的混凝土更密实，有利于强度、耐久性和外观的致密光滑［2］。

通过粉煤灰填充砂子的空隙，得到粉煤灰填充砂子的趋势如图1所示，经拟合分析确定粉煤灰在砂中的最佳掺量 α为11.6%。同样的方法做出砂和粉煤灰在石中最紧密堆积趋势如图2所示，分析得到粉煤灰和砂在石中的最佳掺量 β约为42.17%。

图1 粉煤灰和砂紧密堆积趋势

图2 砂和粉煤灰与石的紧密堆积趋势

为了得到最优砂率，选取堆积实验得到的砂率临近的砂率值进行混凝土表面状况对比试验，结果如表2所示。可见，砂率为40%时，混凝土表面效果最佳。因此，取粉煤灰掺量为11.6%，砂率为40%，得到C50清水混凝土配合比如表3所示。

表2 不同砂率下清水混凝土的表面状况

表3 C50清水混凝土配合比与力学性能

3 消泡剂与引气剂对清水混凝土镜面效果的影响

混凝土结构表面气孔直接影响其外观效果，工程中常掺加消泡剂以降低混凝土拌合物的含气量，但混凝土的流动性随之下降。此处采用消泡剂与引气剂双掺的方法，消除混凝土中的大气泡，而引入适量的小气泡，保证混凝土工作性能的同时改善外观质量。试验研究了消泡剂和引气剂掺量对清水混凝土工作性能与表面气孔分布的影响，如表4所示。

表4 消泡剂和引气剂对清水混凝土工作性能与镜面效果的影响

由表4可知，不掺引气剂时，混凝土流动性较差，随消泡剂掺量增加，混凝土工作性能先变好，掺量超过6×10－4时开始劣化;大气孔减少而小气孔有所增加，表面效果改善明显。因为消泡剂主要是将大气泡分化成小气泡，或者直接将气泡破解。其掺量不高时，混凝土含气量变化不明显，起润滑作用的气泡含量增加，混凝土工作性能有所改善;而掺量过高后，含气量降低，混凝土工作性能开始下降。引气剂的掺加主要是引入适量小气泡，以改善高掺量消泡剂造成的混凝土工作性能下降问题，但引气剂掺量过高时会增加大气泡含量。另外，混凝土中气泡不能光靠消泡剂予以消除，一部分气泡需要通过振捣工艺排除，混凝土工作状态差或者混凝土含气量高时均会导致气泡在振捣时易在模板壁集结，难以排出，混凝土表面气孔难以避免。针对本试验用的聚羧酸减水剂，经分析可知，消泡剂和引气剂最佳比例分别为:消泡剂6×10－4～9×10－4，引气剂5×10－5。

4 模具处理对镜面效果的影响

模具处理是清水混凝土制备的重要步骤，分别采用打磨光滑的铁模具和塑料模具，涂刷脱模剂后浇筑混凝土，对比混凝土试块的表面效果，结果如图3，图4所示。塑料模具试件表面出现脱模剂涂刷不均造成的色差，铁模具试件有少许气孔。可见，处理的过程直接影响了清水混凝土制备的镜面效果。

图3 塑料模具及制备的清水混凝土效果图

模具处理一般过程分为:抛光处理，脱模剂涂刷，模具拼装［4］。1)模具的抛光处理主要是处理掉未启用模具或者已使用模具上残留的铁锈、灰尘及混凝土，模具处理不当会影响脱模剂的涂刷效果，进而影响混凝土表面的光洁度等。2)脱模剂的涂刷直接影响混凝土的镜面效果与模具的使用寿命。脱模剂多刷，会导致养护时该部分混凝土较难润湿，因而产生色差，如图5a)所示;脱模剂漏刷会导致模具的锈蚀，致使混凝土的表面产生色斑，如图5b)所示，影响混凝土的镜面效果。3)模具拼装主要是对模具拼装过程的控制，尤其是拼接缝的控制，拼缝应保持面板的平整度，否则易导致表面粗糙不均，如图5c)所示。

图4 铁模具及制备的清水混凝土效果图

图5 模具处理不当对镜面效果的影响

图6 振动台振捣效果图

5 混凝土浇筑及振捣方式对镜面效果的影响

清水混凝土的浇筑工作包括摊平、捣实和抹面修整等工序。浇筑工作的质量，对于清水混凝土的密实性与耐久性、结构的整体性以及构件的外观效果有决定性的影响，是清水混凝土工程施工中保证其质量的关键性工作，除此之外清水混凝土在浇筑时应注意振捣时间、振捣方法等［5］。

采用振动台和捣棒振捣两种不同的方式进行振捣对比试验，振捣至没有明显的大气泡排出为止，其结果见图6，图7。虽然两种振捣方式均能有效的排除混凝土中的气泡，得到表面光滑无气泡的清水混凝土，但是振动台振捣时间长，作用力是上下作用，所以混凝土中粗集料易堆积在下面，而导致混凝土集料分布不均匀，匀质性差从而影响混凝土的强度。因此，捣棒振捣比振动台振捣更为合理，实际工程中应加强振捣棒振捣。

图7 捣棒振捣效果图

6 结语

通过混凝土配合比的优化、模板的精心处理、浇筑与振捣严格控制，确保了依托工程清水混凝土施工质量达到设计要求，无锈斑和明显气泡、无缺棱、掉角等缺陷，外形美观、表面平整光滑、颜色基本一致。

［1］康 镔，黄为洋.清水混凝土的试验与应用［J］.商品混凝土，2010(5):47-48.

［2］郑建岚，黄鹏飞.自密实高性能混凝土配合比试验［J］.福州大学学报(自然科学版)，2010，29(5):73-75.

［3］李士伟，安普斌，李 超.清水防腐混凝土表面消泡技术研究［J］.混凝土，2012(4):94-96.

［4］张建雄，缪昌文，刘加平，等.清水混凝土外观质量评价方法的研究［J］.混凝土，2008(1):95-97.

［5］范 俊.清水混凝土施工质量的控制［J］.建筑工人，2009(10):5.