混凝土养护对寒区混凝土桥梁寿命周期的影响

2021-03-30李钧沈义李丽孙宇

居业 2021年2期

李钧沈义李丽孙宇

(黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江哈尔滨 150050)

对于一些高寒地区比如东北岛状冻土地区，由于长期受到剧烈的地壳运动，其自然条件相对复杂，同时受到地质，地理，气候等特殊自然条件，给公路、桥梁建设维护带来不便。尤其在高寒季节气温最低能够达到-40℃，昼夜温差可达到30℃以上，从一定程度上给公路桥梁材料使用寿命周期带来了威胁，使很多已建公路桥梁使用寿命显著降低，需要不断开展重建和维修工程，不仅影响了交通运输，也给运营维护单位带来较大成本。提升混凝土结构寿命周期的措施如下。在设计图中标注水标比以及与混凝土使用寿命周期相关的参数，标注结构耐久性相关的质量要求，尤其是混凝土桥梁养护方法和保护层厚度等质控措施，混凝土桥梁在使用过程中的定期维修要求，结构、布置、类型、构造等利于减轻不良环境对混凝土桥梁结构的影响，便于施工和提升施工质量，因此针对高寒地区混凝土桥梁寿命周期的施工养护相关研究是十分重要的。

1 工程概况分析

在本研究中主要以北黑公路石金河大桥作为研究对象，其桥梁全长为869m，桥梁底部为C30等级的混凝土钻孔灌注而成的基础结构，采用双柱式墩台，上部采用c50级别的混凝土后张法预应力箱梁，桥面采用厚度为10cm的水泥混凝土铺装防水剂，其型号为FTY-I，上部位置铺设厚度为9cm的AC16中粒式沥青混凝土，两侧铺设C30等级的混凝土防撞护墙。

该桥梁属于高寒地区，气候复杂多变，整体路段为减少路基受岛状冻土相关影响，可以采用以桥代路的方式，采用多跨简支梁，每相隔20m由9片箱梁构成，采用后张预应力的方式。相比其他建筑工程来说，由于该路段气候条件恶劣，在使用混凝土时很容易受到外界因素的影响，包括风沙腐蚀，硫酸盐腐蚀等。由于上述环境多种因素协同作用产生的腐蚀，破坏该公路混凝土结构，因此为提升混凝土桥梁工程的使用周期，需要综合分析影响混凝土材料寿命周期的因素，并且能够从养护施工等方法来提升桥梁结构的耐久性。

2 寒区混凝土桥梁寿命周期影响因素

为提升混凝土桥梁结构的使用寿命周期，需要确保施工质量，可采取的措施包含做好混凝土结构表层混凝土密实性以及混凝土养护，准确设置混凝土保护层厚度，做好裂缝控制，由于该路段属于高寒气候地区，因此需要采取严格工艺，确保混凝土施工质量。

2.1 原材料控制

对于混凝土质量来说材料是其关键，也是结构寿命周期的重要影响因素，由于该地区气候条件特殊，因此对混凝土结构的寿命周期提出较高要求。在具体施工过程中需要从施工源头抓起，严格控制材料关，要求整个施工中所使用的水泥，钢筋，砂石等符合相关质量需求。

2.2 原材料保温加热

由于地处外界环境温度较低，在混凝土拌和过程中温度无法满足相关要求，这种情况下应当采用加热水，如果加热水无法满足施工需求也可以同时加热骨料，需要通过计算和实验来确定加热温度。

2.3 混凝土拌合

应当在拌合站集中进行混凝土拌合过程，使用自动计量上料系统进行混凝土搅拌，搅拌时间为两分钟，应当控制在5min以内。根据灌注工艺要求确定混凝土拌合物的塌落度，按照配合比进行控制，当使用常温养护法进行混凝土生产时要求混凝土的拌合物中含气量达到3%～6%之间，利用蒸氧法进行混凝土构件生产时要求其含气量达到2%～3%之间。为满足现场施工条件，需要确定混凝土具体搅拌流程，在冬期为确保混凝土入膜温度要求，需要进行混凝土搅拌前热工计算，通过预实验确定骨料以及水的预热温度。

2.4 混凝土运输

在混凝土运输过程中需要针对运输机具进行保温，或采取运输车废气加热的方式，尽可能缩短运输时间以及距离，减少装卸次数，在实际运输中要求其温度损失低于5℃，在浇筑运输时的温度以及覆盖材料需要符合相关热工计算要求。当不满足要求时可适当提升原材料加热温度，进一步减少装卸次数，缩短运输距离和时间，并合理调整，为减少现场逗留时间，减少运输次数以及混凝土入膜的热量损失，要求在混凝土运输过程中允许的延续时间在30～75min之间。

2.5 混凝土浇筑

应当分层开展混凝土浇筑，根据混凝土的运输条件拌制能力、振捣能力确定其分层厚度，一般混凝土分层厚度为25cm，预制梁混凝土浇筑厚度低于20cm，同时结合振捣要求，对于新拌和混凝土在振捣过程中可以细化混凝土气泡体系所排出的气泡，其主要依据拌和物振捣强度、时间等因素。

3 提升混凝土桥梁结构寿命周期的养护方法

首先结合现有研究成果可以采用富掺粉煤灰，磨细矿渣粉，控制水泥、粗骨料、细骨料质量，并合理实现混凝土掺气以使达到混凝土桥梁使用寿命周期。从原材料来看，其水泥型号为p052.5R，各项指标满足相关规范要求，其中硅灰等级为s95级，粉煤灰为一级粗集料，粒径为5～20mm，细集料选用中粗砂，其细度模数为3.6。经现场塌落度和调配测试最终选择w2的混凝土配合比。为分析不同养护条件下混凝土强度产生的影响，按照相同材料配合比进行混凝土试块制作，将其分为14组，每组各三块，在相同养护条件下分别选择4组开展养护测试，其中分别对样块开展3d，5d和7d龄期抗压强度分析，各个混凝土石块采用不同养护方法在3d，5d和7d龄期具体的抗压强度数据。根据研究发现，采用暖棚养护法其效果较好，而采用养护剂进行养护时未达到预期效果，从现场养护措施来看，结合上述不同养护方法的实验数据比较，结合混凝土预制梁现场施工环境可采用暖棚养护以及养护及养护相融合的方式。具体步骤如下。第一，暖棚支架，按照梁水平投影尺寸将暖棚平面长宽各延3m，暖棚的骨架结构采用钢管搭设，完成混凝土施工之后外部照射氧护罩，使用帆布进行养护罩加工，暖棚下部位置预留出入口，便于工作人员出入。第二，混凝土浇筑固定好模板和钢筋之后，进行单梁混凝土浇筑，在白天进行施工，完成浇筑后及时收面，并在顶部位置覆盖塑料膜，防止混凝土表面在夜间受冻，做好塑料膜密封性，防止水分散失导致混凝土出现裂缝。第三，暖棚养护，采用暖棚养护的方式，开通暖风机，可以适当通入，无需洒水仅需覆盖保湿，要求养护温度高于15℃时需要定期采取洒水养护的方式，防止水分散失，导致混凝土开裂。同时还需要定期进行箱梁内外部温度的测量。第四，拆模养护，拆除模板支外的养护罩以及混凝土塑料膜之后，进行模板拆除，拆除前需要关闭暖风机以降低墩体位置的温度，防止在拆模过程中导致混凝土内外温差较大，拆模之后还需要适当涂抹养护剂，按照塑料膜、棉被继续保温两周，两周之后拆除棉被，利用塑料膜养护30d，一般来说塑料膜覆盖时间越长其效果越好。

从现场工厂来看，上述方法进行养护时高寒地区混凝土桥梁主梁位置裂缝显著减少，表明主梁抗裂性能获得提升，在施工过程中未出现混凝土离析，证明混凝土拌和物具有良好性能，可满足实际施工需求。同时混凝土主梁无碱化、其抗碱能力获得提高，通过现场施工抽样检验加入外加剂之后混凝土施工性能较好，且混凝土工程寿命周期满足相关标准要求。