混凝土桥面混凝土配比设计与工程应用

2018-03-22王安德

智能城市 2018年1期

赵纪王安德

1. 安徽阳光半岛混凝土有限公司，安徽淮南 232000；2.太湖瑞狮建材有限公司，安徽安庆 246400

现阶段，经济社会的飞速发展推动了国内高速公路的快速发展，再加上交通压力的上升，使得公路桥面经常性的处在一个超负荷状态下，最终导致大量的公路桥面铺装层被破坏，如路面铺装层裂缝现象，在一定程度上影响了正常的交通运行。为了保证正常的交通运输，降低正常交通运行的影响，就必须通过性能良好的快速修补材料来应对。

1 混凝土桥梁桥面铺装快速修复方案及混凝土配比设计

1.1 工程概况

该高速公路工程为双向四车道，全长约80km，K120+665分离立交桥组合为4×38m，立交桥下部机构为柱式台墩、桩基础，上部是钢筋混凝土结构，下部支座使用的方形橡胶支座。该段公路开通运营超过十年，经过长时间的运营桥面已经出现了多处破裂、露筋等病害，并且诸如钢筋锈蚀等病害还有加剧恶化的趋势，桥面铺装层维修加固工程迫在眉睫。同时，该段立交桥公路属于特殊路段，受外部条件的限制，本次工程项目在开展路面铺装层修复的过程中不占用其他行车道路，所以这对于与快速修复方案以及混凝土材料的组合使用就提出了更高的要求。

1.2 快速修复设计方案

根据该段高速公路分离立交桥的实际病害状况以及运行要求，对于桥面铺装层病害的修复使用快速修复和混凝土材料组合配比的方案进行：

具体的维修首先是混凝土材料设计，要求混凝土材料初凝时间保持在1～3h，终凝时间控制在3～6h，在满足通车条件的基础上保证2d～3d的混凝土强度；

其次，原有混凝土路面凿毛深度要保持在4mm以上，完成凿毛之后的路面需要涂刷水泥浆；

再者，铺装层维修过程中要对施工左侧立交桥主梁做临时加固支撑处理，加固支撑要使用满堂钢支架和方木组合，等到混凝土养护结束之后再拆除支架；

最后，新维修完工的桥面车速要控制在60km/h以下，禁止车辆急走急停。

1.3 混凝土配比设计原则

混凝土材料配比设计要在满足工作性要求的基础上，来合理地确定原材料的品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺，然后经过计算、试配以及不断地调整来确定。实际过程中要根据施工需求来配制混凝土，高性能混凝土配比设计首要的必须要考虑到材料的耐久性，之后根据具体的施工工艺来确定强度和拌合物工作性，再通过反复的试配和调整满足使用要求。

为了更好地提升混凝土材料的耐久性和抗裂性能，可以适当地添加粉煤灰、矿渣粉或硅粉，通过性能试验来确定具体的矿物外加剂用量。另外，化学外加剂的使用量需要满足混凝土规定的水胶比以及工作强度；同时，化学外加剂的使用量不能过多，因为用量过多范围会影响到混凝土的凝结时间以及强度，对后期工程质量产生不利的影响。

1.4 铺装层混凝土配比设计

（1）混凝土强度配制。按照铺装层快速修复的需求，混凝土材料的设计强度为50±0.5MPa，根据材料设计强度可以得出配制强度约为58.2MPa，其中包括了水量、浆液体积、空气体积、水泥密度以及掺合料用量、密度等。

（2）水泥质量。混凝土材料中最重要的试配用胶凝材料即为水泥，所以水泥质量的好坏将会直接影响到试配混凝土的质量。对于水泥的选择首先要满足普通混凝土配置要求，更重要的要注意水泥内在质量稳定性以及和高效减水剂的相容性，同时要选择富余强度较高的水泥。水泥相容性主要体现在水灰比大小和塌落度损失率两个方面，高性能混凝土材料的配制过程中水泥细度要比表面积多出300m2/kg以上，因为不同种类的水泥其化学成分构成也有一定的差异，故而其使用范围也有差异，本次工程使用高性能混凝土选择普通硅酸盐水泥或者是矿渣硅酸盐水泥。

（3）砂率和集料用量。根据本次工程概况计算得出的混凝土初始配比标准为水泥、砂、石、水的比例为452∶676∶1094∶155，而以上这些材料配比标准计算中并没有考虑水泥砂石的物理力学性质以及混凝土材料的塌落度等问题，所以这些没有考虑到的问题都需要在后续的实验试配中进行解决。通过后期的试配试验，然后根据混凝土和易性以及具体强度要求得出所有材料基准配合比如下：水泥∶石子∶砂∶水泥∶聚丙烯纤维∶聚羧酸减水剂为500∶784∶675∶140∶0.7∶19.5，水胶比为0.28，胶泥材料的使用量为452kg，砂率为0.37，砂浆体积为450L，表面密度为2.56kg/L，使用的石子表面密度要高于砂浆表面密度，为2.77kg/L，混凝土初始的塌落度为200mm，一小时以后为190mm。

2 混凝土桥面铺装层快速修复混凝土理学性能测试

（1）混凝土力学性能测试。对于混凝土力学性能的测试主要是参照《普通混凝土力学性能测试方法标准》来进行的，相较于普通的混凝土结构而言，掺加了粉煤灰、矿渣粉或硅粉等材料的高性能混凝土结构早期的时候本身的抗压强度都相对较低。但是，从后期的测试结果可以看出，掺加了这些材料的混凝土后期的力学性能都能够满足工程结构设计需求。因为粉煤灰、矿渣粉以及硅粉等在初期并不会参与到水化反应中，并且高性能混凝土材料相较于普通的混凝土材料，在初期阶段水泥用量相对较少，所以发生的水化反应就不如普通混凝土材料快。从实际的效果来看，使用粉煤灰来等量代替一部分的水泥配制高性能混凝土的方法是可行的。

具体的测试首先根据性能测试实验需求，对混凝土材料含泥量、含水量以及配比大小进行实验，具体的实验配比如表1所示。

表1 混凝土材料用量配比数据（单位：kg/m3）

表1中标号1的混凝土材料配比数据是未经过水洗的材料用量，编号2是经过水洗之后的材料用量。

后期实验根据表1中的两组编号材料数据进行混凝土抗折弯强度以及抗裂、抗压强度等进行试验，最终的试验结果显示，编号1和2材料配比状况下的混凝土抗压强度会随着时间的增加不断地增强，同时编号2配比的混凝土抗压强度随时间增强的幅度高于编号1。

两种材料用量情况下的抗折强度都会随着时间的增加不断提升，而编号2配比的混凝土整体的抗折强度高于编号1。随着时间的增加，经过抹胶处理的混凝土和没有经过抹胶处理的混凝土抗劈裂强度都会有所提升，但是后者的混凝土材料强度始终比前者弱，所以经过试验可以得出第二种编号用量的混凝土材料不论是在抗折弯强度、抗压强度以及劈裂抗拉强度等方面，其性能都比较优越。

（2）混凝土氯离子渗透性能测试。混凝土氯离子渗透性能一方面可以体现混凝土材料的密实程度，另一方面还可以较好的反应混凝土材料抵抗外部介质向内部侵蚀的效果。同时，氯离子渗透性能还是测试混凝土材料耐久性的重要指标，该测试选择的对象为直径100mm、高度50mm的柱体，混凝土结构抗渗透性能的评价主要是根据试件总电量来进行的。试件电量越小说明混凝土结构的抗渗透性能越好，同理其密实性也就越高。通过对试件对象的测试，结果表明添加了粉煤灰、矿渣粉或硅粉等矿物成分的混凝土材料其抗渗透性能有了明显的提升，混凝土材料的总电量都在500C以下，这个结果也表明添加了矿物成分的混凝土材料抗渗透性能相较于普通混凝土有了显著提升，而这种高性能混凝土材料的抗氯离子侵蚀能力也十分优越。