基于 “三低一高”的桥面混凝土可靠性研究

夏茂贺

（中铁上海工程局集团第一工程有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 常用的桥面混凝土特性

目前，我国桥面多数所采用的防水层方式有如下三种：1）卷材加聚氨酯涂料或水泥基胶型；2）聚氨酯涂料型的防水层；3）高聚物改性沥青防水层。以上三种类型的防水层上均应该按照要求采用纤维混凝土保护层。防水的主要目的是为了防止桥面结构出现渗水现象，时间长了会导致结构出现变形导致出现安全问题；其次，是为了提高桥面的抗裂性能，防止桥面混凝土开裂后，碎裂成一些小的混凝土块，在高铁动车组经过时，利用风动力卷带混凝土，损伤动车组外部构件。

区别于普通混凝土的特性，纤维混凝土具有优异的抗渗性、密实度高、防水性好、抗裂性好等优良性能近年来在例如交通、建房、桥梁、隧道电力、水利等各个方面得到了广泛的应用。通过各类工程实践证明采用纤维混凝土作为各类工程项目作为防水保护层，该保护层不但可以保证混凝土的抗渗性、坚固性、抗耐性、还可以延长其使用寿命，从而产生较高的社会和经济效益。

2 纤维混凝土主要技术指标

1）纤维混凝土主要采用细石纤维混凝土，而纤维采用混合型的高锆耐碱玻璃纤维，注意保证其掺量一般不小于2.8kg/m3，实际的掺量由试验需求而确定。因为根据不同的配比会满足不同的性能要求，但是也可能会影响其他功能，所以要加选择合适的配比。

2）胶凝材料用量不大于360kg/m3；粗骨料采用整形与两级配相结合的方式降低空隙率，粗骨料的孔隙率不大于38%，混凝土砂率宜控制在36%-40%之间。

3）通过现场搅拌来确定纤维混凝土的具体搅拌时间，并且要求规定的普通混凝土搅拌时间适当延长40s-60s，同时对于分散型纤维，规定其搅拌时间必须多于180s，注意在混凝土拌合过程中加入集束型纤维，搅拌时间以60s为宜。主要目的是为了在混凝土拌中确保纤维分散均匀。最终达到满足实际工程要求的纤维混凝土的效果。

3 纤维混凝土的材料要求

第一、保护层纤维混凝土原材料

1）对于粗骨料，应采用5-10mm的碎石，其中空隙率不大于38%，对于空隙率达不到要求的骨料，应该进行整形的处理方法，同时通过二级配 （5-8mm、8-10mm）的混配来优化空隙率，不可以直接用于掺配2.5-5mm的碎石，粒径小于5mm的碎石含量应该小于10%。

2）细骨料的细度模数应该≤2.7。

3）对于聚羧酸系的高性能减水剂，建议选用与矿物掺和料、水泥之间具有良好相容性的产品，从而保证混凝土不泌水、不离析，要保证坍落度保持能力应满足施工要求。应该单掺引气剂，混凝土中的含气量应该保证在相对稳定的数值内。减水剂的抗压强度比应小于140%，同时在进场后必须要进行相容性试拌，注意要留存试拌记录。

4）建议采用高锆耐碱的玻璃纤维，要求其集束型纤维掺量不小于2.5kg/m3，分散型纤维掺量不小于0.3kg/m3，检验项目和检验频次必须符合公司 《桥面防水层施工指导意见》规定。

第二、保护层纤维混凝土生产

1）粗细骨料应长存储、矮堆放，含水率应该保持稳定。

2）规定要求胶凝材料总量应该≤360kg/m3，用水量应≤140kg/m3。

3）对于分散型纤维，保证搅拌时间≥180s，在混凝土拌合过程中加入集束型纤维，保证以60s的搅拌时间。

4）针对混凝土，应该满足具有良好的流动性和保水性，保证坍落度应该小于140mm、最好以110mm-130mm为宜。建议坍落度经时损失小于30mm/h。保证施工单位每车混凝土的各试验不少于1次；监理单位留存影像。

5）混凝土出机含气量应通过试验确定，通常大于4%，以保证混凝土入模含气量为4%-6%。

第三、保护层纤维混凝土施工

1）混凝土不得泵送浇筑。

2）入模前，混凝土必须对挡水堰、轨道板底座板侧面进行湿润。

3）综合考虑混凝土振捣富浆、易于摊铺、模面平整、坡度可塑、工序衔接顺畅等因素来确定入模坍落度，入模坍落度应该保证在80mm-100mm，此外对入模温度、含气量检测，对于施工单位，保证每车混凝土必须各试验不少于1次；监理单位必须留存影像。

4）采用平板振捣器在混凝土摊铺后，应该加强振捣，主要是手持式振捣器对混凝土边缘进行补振，混凝土边缘应该保证振捣充分，不得与挡水堰、轨道板底座板离缝。

5）振捣完毕混凝土后，必须及时跟进压实抹面，保证4-6次的抹面次数，禁止采用洒水抹面。

6）严格规范保护层混凝土横向、纵向排水坡的技术要求，混凝土表面保证不得积水。

7）入模时的混凝土温度≤30℃，防水卷材表面温度≤40℃，气温超过35℃时不得施工。雨天不得施工。

4 朝凌客专桥面防水项目优化调整

本次项目对朝凌客专起点—DK99+100的桥面进行防水保护设计。本项目原设计是对无砟轨道桥面防水采用 “薄涂型聚氨酯防水层”，后期基于 “三低一高”的总体优势，各方面建议朝凌客专桥面防水采用 “高聚物改性沥青防水卷材+改良C40细石纤维混凝土保护层方案”，故对本项目防水层形式进行了调整。

桥面防水项目优化调整步骤：①混凝土面打磨②涂抹高聚物改性沥青防水卷材基层处理剂③铺设卷材④封边⑤铺设改良C40细石纤维混凝土保护层。

变更设计优化后，无砟轨道桥面防水体系示意图如图.1所示：

5 “三低一高”的实验配合比优化及设计

基于朝凌客专桥面防水项目进行纤维混凝土配合比进行合理的优化；按照表2的 “三低一高”进行优化配合比参数实验。

表2的 “三低一高”进行优化配合比参数实验

遵循的 “低胶凝用量、低用水量、低坍落度、高含气量”的 “三低一高”方案对桥面进行配合比设计，考虑现场的混凝土的用水泥、减水剂粗细骨料以及各项性能指标、以及现场施工温度都会对纤维混凝土的性能产生直接影响，因此，纤维混凝土的优化配合比成为重中之重。基于 “三低一高”的技术要求，通过不断地进行配比调整，来确定纤维混凝土最终施工配合比。配合比及相关指标要求如下：具体指标要求：胶材用量≤360kg/m3，坍落度≤140mm，初凝时间≥ 14h，玻璃纤维掺量 ≥ 2.8kg/m3，3d抗压强度 ≤20MPa，用水量 ≤140kg/m3，砂率 ≤38%，入模含气量 ≥4～6%。

按照实验要求进行的 “三低一高”优化配比，对防裂性和耐久性以及防冻性能均大大提高。

6 “三低一高”的优异性

防护墙侧桥面防水施工，依次在挡渣墙 （防护）墙内侧与桥面交角处设置3*3cm的倒角，涂刷基层处理剂，在防护墙侧铺贴防水卷材，用聚氨酯防水涂料封边长100mm高50mm，最后纤维混凝土保护层浇筑。第一、以往的设计中往往使用较高含量的胶凝材料，除了会带来生产费用较高外，也会引起环境问题，同时会使在浇筑的阶段造成混凝土水化热较高，使其硬化后的收缩和徐变较大，容易造成混凝土的表面开裂，从而最终会影响结构的耐久性和使用寿命。因此，在混凝土的生产过程所造成的环境问题逐步被提上日程，需要降低混凝土对环境的负担。在充分考虑降低胶凝材料用量的同时，要兼顾其工作、力学及耐久性能等方面的一系列考虑因素；因此低胶量普遍受行业内部推崇。针对降低胶凝材料的迫切性及广阔的市场，重点体现了它的双重价值。第二、由于在混凝土施工的施工过程中往往需经过搅拌、浇筑，包括到现场的运输时间以及停放原料的时间，一旦时间过长，便会导致混凝土的和易性出现降低，也就是外界常说的坍落度损失，这样会对混凝土施工性以及后期层结构产生大量浮浆，最后导致产生剥落的后果。故需要对混凝土坍落度进行深入分析，提出降低坍落度的方案，不仅能避免层结构出现剥落的危险，更能增加原材料的利用率，使得使用寿命增加。

第三、在混凝土的施工过程中，往往需要消耗大量的水，这样带来的后果是会使得混凝土的干燥收缩大，从而最终造成易开裂的后果。因此要提出低用水量的方案。减少用水量既可以缩小混凝土的干燥收缩，从而避免造成材料开裂的后果。

第四、含气量在混凝土外加剂中处于独特的地位，目前在国际上，能显著的改善混凝土的匀质性与工作性，能够大大提高混凝土抗冻性，对改善混凝土的性能具有诸多的非同寻常的特殊功效。在混凝土的整个发展过程中，含气量起到了非常重要的作用，特别是在混凝土的耐久性方面。虽然含气量相对非常小，却能因使各种混凝土在搅拌过程中引气而大幅度改善在混凝土的抗冻融循环方面的耐久性，主要应用在桥面、堤坝和港工等方面，大大提高了它们的使用寿命，因此，含气量对于混凝土是一种非常重要的。所以，至今，主要研究提出如何增大含气量的方案，并应用在实际混凝土桥面构造中。

7 结语

综上所述，随着我国的科学技术水平不断提高，新型的施工材料广泛应用于市政桥梁的建设施工中，采用 “高聚物改性沥青防水卷材+改良C40细石纤维混凝土保护层方案”遵循 “低胶凝用量、低用水量、低坍落度、高含气量”的“三低一高”优化方案进行配合比设计参考依据，采用低胶使用量，是为了防止混凝土表面开裂、表面收缩及徐变增大，提高结构的耐久性和正常使用寿命需要；低用水量主要是为了防止出现开裂现象；通过良好的流动性及保水性降低了坍落度，此外高含气量的作用是提高了防冻能力，这四条规范按照防水混凝土原材料的合理选择、优化的混凝土配合比设计，此外，重视纤维、外加剂、防水涂料等对混凝土抗渗、防裂性能的提高作用，提高施工工艺水平，这几种因素相互配合，互相影响，既提高了设备的使用周期又提高了经济效益；重要的是满足了防水混凝土的要求。通过对实际桥面的数据分析，充分肯定了 “三低一高”防渗水功能的优越性，防水玻璃纤维混凝土不易产生裂痕，耐久性能更强的优越性，为以后的桥面防水层的相关工程应用提供理论参考依据。