高性能混凝土在道路桥梁工程施工中的应用

2020-01-11郑方

黑龙江交通科技 2020年2期

关键词：减水剂耐久性集料

郑方

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030012)

在以往的桥梁建设中，混凝土作为最常用施工材料，其强度是工程设计与施工重要控制指标之一，对于耐久性并未提出较高要求，对高性能混凝土而言，它是以工程所处环境为依据，将耐久性视作重点控制对象，且具有良好适应性的新混凝土类型。

1 高性能混凝土介绍

相较于普通混凝土，它具有以下特点：

(1)由于掺加了超细矿物质粉及高效减水剂，所以高性能混凝土的用水量很低，并能减小其内部空隙，这样能使成型的结构长时间保持安全稳定。

(2)对于混凝土的抗冻融性，它是衡量混凝土耐久性的关键指标之一，我国大部分地区四季分明，冬夏两季温差较大，作为适应性出色的高性能混凝土，应能适应这种环境要求，因此其抗冻融性必定符合要求。生产中掺加一定量引气剂，通过封闭气孔的适量引入，能对应力与渗透作用予以缓冲，进而提高抗冻性性能。

(3)在工作性方面，首先是坍落度不容易发生变化，因粘度相对较大，振捣时，粗集料不会快速沉降，振捣相同的时间，其沉降的距离相比较短，且均匀性与稳定性均较好。另外，因其水灰比很小，含有的自由水也很少，所有能有效防止泌水和离析。

(4)在体积稳定性方面，它指的是受到物理或化学作用后，体积发生变化幅度较小的能力。硬化初期，高性能混凝土的水化热不会很高，同时在硬化之后只会发生很小的变形，所以其体积稳定性良好。

(5)对于混凝土强度，它是疲劳、抗压、抗拉和抗折的统称。作为目前最常用的非均质材料，它的强度会受到很多因素的影响，而且不同的强度间还具有相互关系。当混凝土的水灰比减小时，其强度将增大。基于此，高性能混凝土通过对高效减水剂的使用对水泥分散能力予以改善，起到提高减水率，进而增加强度的作用。另外，掺加适量超细矿物对水泥中存在的空隙进行填充，有效改善混凝土的界面结构，保证其强度与密实度。

综上，正是由于高性能混凝土具备以上优势特点，所以其经济性良好，一方面可以减少维修费用，有效延长结构及构件的使用寿命；另一方面可以减小结构尺寸，降低自重，提供更大的使用空间。

2 道路桥梁施工中高性能混凝土的应用

2.1 工程概况

某拟建道路桥梁工程的墩柱、承台、盖梁、上部结构、桥面系均采用高性能混凝土，其强度等级分为三种，即Ca35、Ca40和Ca50。

2.2 原材料

(1)水泥

水泥对混凝土而言是不可替代的胶凝材料，本工程采用普硅水泥，其比表面积按300～350 m2/kg严格控制，且铝酸三钙实际含量应控制在8%以内。

(2)高效减水剂与引气剂

如前所述，为减少含水量和提高流动性与强度，需要向混凝土中掺加适量高效减水剂。根据现行规范和标准，高效减水剂的含气量应控制在3%以内。对于引气剂，其性能需要符合相关标准；完成拌和后，混凝土的气泡应保持均匀和细小，使含气量处于4%～6%以内。另外，高效减水剂和引气剂必须分别掺加。

(3)集料

高性能混凝土中，集料应避免碱集料反应。进场前，应对集料实施专门的检查试验，经试验确认合格后才能批准进场。集料分细集料与粗集料，其中，细集料以质地坚硬、有良好级配且空隙率相对较小为准选择，以细度模数在2.6～3.2范围内的干净河砂为宜；粗集料按质地坚硬且匀称、粒形适宜、级配合理等要求选择，其技术指标必须满足现行规范提出的各项要求。

(4)矿物掺合料

为使混凝土具有符合要求的密实性，还需要向混凝土中掺加数量的矿物掺合料，如分粉煤灰、硅粉和磨细矿渣粉。本次主要使用粉煤灰，其质量应达到以下要求：(1)细度：当强度等级为C50以上时，不能超过12%，当强度等级小于C50时，不能超过25%；(2)需水量比：当强度等级为C50以上时，不能超过92%，当强度等级小于C50时，不能超过105%；(3)烧失量：当强度等级为C50以上时，不能超过5%，当强度等级小于C50时，不能超过8%；(4)氯离子含量：不能超过0.02%；(5)含水量：不能超过1%；(6)硫酸盐含量：不能超过3%；(7)安定性：不超过5.0；(7)游离态氧化钙的含量：当为F类时，不能超过1%，当为C类时，不能超过4%。

(5)拌和与养护用水

不能使用海水、污水与pH值在5以内的水，且氯离子含量不能超过200 mg/L，硫酸盐含量不能超过500 mg/L。

2.3 配合比设计

过去主要是根据强度等级要求对水胶比进行计算，对于高性能混凝土，需要根据耐久性要求，结合环境作用等级进行水胶比的确定，对胶凝材料的最低用量与掺合料比例进行控制。配合比需要综合考虑包含施工工艺、环境、材料品质等在内的各项因素，由各参与方经计算和试验确定。

2.4 计量、拌和

对原材料的投放通过电子计量进行，严格按照配合比来计算和称量。除集料以外的其它原材料，质量误差不能超过±1%，集料的质量误差不能超过±2%。生产中应对工艺、配合比及投料的方式都进行严格控制。在冬季进行施工时，需要对各类原材料进行适当的加热或保温。

2.5 运输、浇筑

对混凝土进行运输时，应选择平坦的道路，减少运转次数，缩短运输的时间，避免由于振动过度导致离析。所用运输设备应能满足凝结时间要求，并与浇筑的速度相适应，以确保浇筑能够顺利且连续的进行。

将混凝土运输到现场后应尽快浇筑，减少放置的时间，同时这也是混凝土施工重要工序，对结构质量有很大影响。结构成型后，其表面应保持平整与光滑，尺寸、钢筋与各类预埋件所处位置应准确无误。浇筑开始前，应先对混凝土实施高速搅拌，持续1～2 min，检查确认混凝土达到匀化后开始浇筑。若减水剂的消泡不彻底，将在表面产生若干大气泡，所以需要对减水剂实施消泡，之后再进行引气。与此同时，还要对浇筑高度进行严格控制，通常每层不能超过30 cm。在倒角处等气泡难以排出的部位，需要在原基础上减小一定浇筑高度，通常每层不能超过20 cm。

在混凝土浇筑的同时还应做好振捣，通过振捣使混凝土达到均匀。一般都使用插入式振捣棒进行振捣，操作时遵循快插慢拔的基本原则，对上一层进行振捣时，应将振捣棒插入下一层5 cm，以此消除两层接缝，形成一体。

2.6 养生

浇捣成型后，立即使用土工布进行覆盖开始养生。针对预制的梁板，则可进行喷淋养生，根据环境与实际情况确定适宜的喷淋次数；针对墩柱等结构，可使用塑料布来覆盖，防止水分大量散失；桥面的铺装也要做好覆盖，及时进行浇水，以免产生裂缝。对构件进行养生时，水不能使用被污染过的河水与地下水，并防止温度突然降低而开裂。在冬季施工过程中，一般采用蒸汽方法进行养生，此时需要将静停时间延长到24 h，在静停的时间范围内，养护环境温度按5 ℃～20 ℃控制；如果必须采用加热的方法进行养生，需要注意将烟雾排放至室外，以免造成碳化，对混凝土成型后的耐久性造成影响。