提高高速公路桥梁混凝土结构耐久性的施工与养护技术

孙鑫

（中交二公局第四工程有限公司，河南洛阳 471003）

1 工程概况

G213 策克至磨憨高速公路乐都至化隆段，起讫里程为K44+490～K53+915，全长9.425 km。沿线建设3 座共2 262 m大桥、1 座80 m 中桥。施工现场的自然条件特殊，地处青藏高原边缘地带，降雨量少、蒸发量大、昼夜温差明显，此自然条件易影响混凝土结构的耐久性，加剧混凝土老化，因此，切实提高混凝土结构的耐久性成为工程中的重难点内容之一[1]。

2 高寒地区桥梁混凝土耐久性分析

2.1 混凝土的抗冻性能

混凝土抗冻性能是指当混凝土处于饱水状态时所体现的抵抗冻融循环作用的能力。施工现场较为寒冷或混凝土与水频繁接触后，混凝土容易出现冻融破坏的问题，表现形式有冻胀开裂和表面剥蚀。存在于毛细孔内的水由于现场温度较低而结冰，有冻胀开裂的迹象，此时混凝土的各项性能显著下降，严重威胁结构的稳定性。对于我国西部地区，普遍具有高寒气候特征，由此可知，如何提高混凝土抗冻性是工程中的重点内容。

混凝土抗冻性能主要受到含气量和孔结构的影响。在掺入引气剂与矿物掺和料后，可有效改善抗冻性，而不同的掺入方法得到的应用效果存在差异。对于C30 混凝土，可采取双掺硅灰与矿渣的方法，此时将含气量稳定在3.5%～5%，在此条件下混凝土的冻融循环次数可达到300 次。而对于C40 混凝土，在采取双掺的方法后，含气量稳定在5%～7%，冻融循环次数可达到300 次。

2.2 抗氯离子渗透性

现场环境氯离子侵入混凝土后，会破坏既有的碱性状态，经过化学反应后，可见混凝土内钢筋表面原本相对完整的钝化膜受损，钢筋有锈蚀迹象，随着受损程度的加重，结构遭到明显破坏。经分析，对于桥梁混凝土来说，氯离子是影响其耐久性的最显著因素。所以，为了确保提高桥梁混凝土抗氯离子渗透性从而增加使用寿命，必须采取措施来降低氯离子的影响程度。

在采取双掺法对C30、C40 混凝土进行施工后发现，这两种强度的混凝土的含气量均有所增加。在此前提下，混凝土内抗氯离子渗透性呈现出了先增后减的变化趋势；同时，控制区间不同，含气量变化特点也不同：（1）当C30、C40 混凝土含气量在3.5%～5%时，混凝土抗氯离子渗透性会随含气量数值增加而得到提升；（2）当C30、C40 混凝土含气量在5%以上时，混凝土抗氯离子渗透性会随含气量数值增加而降低。

在采取双掺法对C50 混凝土实行施工后发现：（1）当C50混凝土含气量在3.5%～5%时，混凝土抗氯离子渗透性不会随含气量的变化而发生大幅度改变；（2）当C50 混凝土含气量在5%以上时，混凝土抗氯离子渗透性会随含气量数值增加而发生一定幅度的变化。

由以上分析可知，在高速公路桥梁施工中采取双掺法对混凝土进行施工后，可一定程度地提升其抗氯离子渗透性。

3 混凝土原材料的选择及质量控制要点

3.1 钢筋

钢筋型号、尺寸、表观质量均要满足DB 14/T 680—2012《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁加固技术规程》的要求。材料进场时加强质量检验，详细检查质量合格证等相关质量证明文件，判断钢筋是否满足规程要求。此外，需要检查钢筋的形态，剔除变形的钢筋。在后续使用钢筋时，先检查钢筋是否附着杂物，若有则及时清理干净[2]。

3.2 水泥

强度、耐久性均是水泥材料质量控制中的重点考虑对象，在合理选择水泥材料后，有助于提高混凝土的强度，改善和易性。水泥材料进场后，妥善保管，避免遇水结块现象。

3.3 粗、细集料

高寒地区桥梁施工中，粗集料是重要的混凝土原材料，通常选择的是连续级配、含泥量低、耐久性好的碎石、卵石，必要时可采用基于碎石、卵石两种材料的混合物，且最大粒径应≤40 mm。C50 以下等级混凝土，需保证粗集料的含泥量≤1.0%，C50 以上等级混凝土，则需要确保含泥量≤0.5%。若由于原材料取材受限或其他原因而不得已使用碱活性集料时，则必须确保砂浆膨胀率≤0.20%，否则会影响混凝土的性能。

细集料以中粗砂为宜，要求级配良好、有害物含量少。C50以下等级混凝土，要求用砂含泥量≤3.0%，氯离子含量＜0.06%；C50 以上混凝土，对细集料的质量要求更高，如砂含泥量≤2.0%，泥块含量＜0.1%。除此之外，其他各项指标也均要满足JTJ E42—2005《公路工程集料试验规程》的相关要求。

3.4 拌和用水

水是混凝土拌制中的基础材料，水中不得含有不利于水泥凝结的杂质。在混凝土拌制阶段，除了合理选择拌各用水外，还要控制好水量，否则混凝土会出现过稀或过稠的情况，均不利于混凝土的浇筑与成型。

3.5 外加剂

以DZ 系列外加剂为宜，其具有低温、早强、耐腐蚀的基本特性，其他各项指标也均要满足GB 8076—2008《混凝土外加剂》等相关规范。在高速公路桥梁工程施工中，不同部位的混凝土在水胶比和水泥用量方面有所差异，需做针对性的控制，具体见表1。

表1 混凝土水胶比和水泥用量

4 高寒地区桥梁混凝土施工技术的具体要点

4.1 施工准备

在拌和混凝土的准备环节，为了确保积水能够从搅拌机内顺利排出，要使用热水来对其进行冲洗；此外，将浇筑施工机具配备到位，同时施工人员在自身岗位上做好准备工作。

与此同时，要做好骨料的级配工作，本工程中要注意的施工要点包括：（1）砂子含泥量＜3%，泥块含量＜1%；（2）石子含泥量＜1%，泥块含量＜0.5%；（3）水泥强度≥32.5 MPa；（4）可选择强度合适的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；（5）拌和用水选用饮用水，要求不存在影响水泥性能的杂物；（6）防冻剂选用硝酸钙，用量控制为3%。

4.2 混凝土拌制

在以确认配合比为依据来选取原材料后，需充分拌和这些原材料，目的在于保证所得到混凝土可体现良好均匀性。对于拌和物，温度是较重要的影响因素之一，具体要求为：入模温度≥10 ℃；出罐温度13～18 ℃。

为了使出罐温度具有合理性，先对拌和用水做适当加热处理，但由于现场属于高寒地区，出现加热后依然不符合要求的概率较高，因此，需进一步加热骨料。在负温度情况下拌制混凝土，应当注意以下5 个技术要点：

1）掺入适量防冻剂来保护混凝土免受冻伤危害。

2）对水泥做保温处理，但不允许加热。

3）严格控制各类原材料的温度，骨料加热温度应≤40 ℃，拌和用水温度应≤60 ℃。

4）若骨料有积雪、冻团，应及时予以清理。

5）混凝土拌制过程中，可适当延长拌和时间，确保产出的混凝土有足够的和易性和流动性。

4.3 混凝土浇筑施工

混凝土浇筑施工前，先清理附着在模板、钢筋上的杂物，检查模板、钢筋的位置及稳定性。在施工接缝部位浇筑混凝土时，先用碘钨灯处理接触面，或在该处浇淋热水，直至接头部位混凝土的温度≥5℃为止。混凝土浇筑后，控制混凝土接合面的温度，使其维持在正常的温度区间内。

5 混凝土浇筑后的养护方法

为准确掌握不同养护条件下混凝土的强度变化特性，按照同条件制作14 组尺寸为150 mm×150 mm×150 mm 的标准试块，每组3 块。养护后，测定各自在3 d、5 d、7 d 龄期时的抗压强度，分析各组试块混凝土在不同龄期时的强度，明确其发展规律。分别对各组试块用不同的养护方式，即标准养护、自然养护、暖棚养护、养护剂养护。对比分析不同养护方式下、不同龄期混凝土的强度（见表2），发现暖棚养护的效果最佳[3]。

表2 养护方式对混凝土强度的影响

5.1 现场养护方法

选择暖棚和使用养护剂的综合养护方案，在多重措施下保证混凝土成型效果。

5.2 暖棚支架的搭设

暖棚养护时，暖棚的平面尺寸为首要考虑对象，可按梁的水平投影尺寸，沿长、宽方向各加宽3 m。暖棚以钢管、碗扣式扣件为基础构件，形成主体框架，混凝土浇筑后于外侧罩上养护罩（或帆布）。

5.3 浇筑混凝土

模板、钢筋安装到位并确认无误后，组织单个混凝土梁浇筑施工，为避免夜间低温对混凝土性能的影响，适宜安排在白天浇筑后随即收面，并覆盖塑料薄膜及棉被，避免混凝土冻伤。

5.4 暖棚养护

暖棚养护主要针对的是试验梁，具体方法是，为其适配暖风机以提供暖风。暖风机要满足以下要求：（1）启动与停机温度分别为5 ℃、10 ℃；（2）通常来说，不需要在提供暖风过程中进行洒水，一般使用覆盖保湿方法即可；（3）当实际养护温度＞15 ℃时，为避免混凝土表面因失水过多而出现开裂情况，要定期洒水养护；（4）测定箱梁外部、内部的温度。

5.5 拆除模板后的养护

在拆除模板前，必须要确保其外部养护罩及顶部塑料薄膜已被拆除。需注意的是，拆除模板过程必须要严谨细致。除此之外，为了避免出现混凝土表面与周围环境温差较大而导致混凝土成型质量受到影响，在拆除模板前必须要确保暖风机已处于关闭状态，同时还要适当降低墩体混凝土温度。

拆除完模板后要及时涂抹适量养护剂，并将其覆盖好塑料薄膜和棉被。一般来说，保温、保湿、养护时间为14 d，在此之后则可以先将棉被拆除；而此时还需继续使用用塑料薄膜养护至30 d 为止。

6 结语

在高速公路桥梁工程建设中，混凝土是重要的原材料，其耐久性必须得到保证。本文以具体工程项目为实例，介绍了高寒地区桥梁混凝土的耐久性，对混凝土原材料的选择标准进行了分析，并就高寒地区桥梁施工中的混凝土拌制、浇筑及现场养护技术要点展开了详细的研究，通过原材料的质量控制、施工工艺的优化及合理养护措施，有效保证桥梁混凝土结构的耐久性。