轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的实施与应用

殷奉军，孙洪江

（菏泽市公路勘测设计院，山东 菏泽 274000）

在道路交通运输持续发展的背景下，公路桥梁建设事业与发展速度是相当客观的，尤其一些既有公路桥梁随着建设年限的延长，无法与当前交通运输能力要求相匹配，桥梁损坏事件频频发生。长期以来，针对公路桥梁建设项目，尤其旧桥改造项目所使用的混凝土原料多为容重在2 500.0 kg/m3左右的普通混凝土，受旧桥自身承载能力已经有所下降的因素影响，这种自重较大的普通混凝土原料在实际使用中势必会对公路桥梁使用寿命以及通行能力产生影响与危害。为解决这一问题，近年来工程实践中提出对轻骨料混凝土的应用概念。相较于常规混凝土原料而言，轻骨料混凝土原料造价低廉，轻质特点突出，可以十分有效地减少构造物自身重量与相应的处理成本，结构断面等特殊情况也得到了一定的控制，同时还大幅提高了有效使用面积，并提高了公路桥梁工程的经济性与可靠性。

1 轻骨料混凝土及其性能优势

轻骨料混凝土即基于轻粗骨料，轻砂（普通砂），水泥以及水所配置而成的特殊混凝土，其干表观密度在1 950.0 kg/m3范围内。虽然从单方造价的角度上来说，轻骨料混凝土单方造价显著高于等级相同的普通密度混凝土，但其在实际应用中具有一系列的性能优势，如强度高，可有效减轻建筑物自身重量，降低基础处理费用，增加使用面积，缩小结构断面以及节约工程造价等，综合经济效益突出，因而在公路桥梁施工中具有相当突出的应用价值。其在我国的具体应用发展可以概括如下图1所示。从公路桥梁工程应用实践的角度上来说，轻骨料混凝土的应用具备以下几个方面的优势：

图1 轻骨料在我国的具体应用发展示意图

1.1 轻质高强

受集料中孔隙因素的影响，集料自身容重明显偏低，轻骨料混凝土凭借这一机制在容重上得到了明显的下降，当前技术条件支持下，轻骨料混凝土的容重在800.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范围内，作为承重结构所使用的轻骨料混凝土容重在1 400.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范围内，与同等强度等级普通混凝土相比容重下降25%～30%。同时，在强度等级相同的情况下，轻骨料混凝土抗压强度可以达到3.5MPa～40.0 MPa的理想范围，强度等级可以达到15～50级，最高强度等级达到70级。现阶段技术条件支持下，国外研究人员已经成功配置容重为1 660.0 kg/m3，同时28 d龄期强度达到55.5MPa的轻骨料混凝土，完全可以满足现阶段公路桥梁施工的承重结构需求。

1.2 抗震性能好

轻骨料混凝土相较于常规意义上的混凝土原料具有较低的弹性模量，这也就意味着梁体自振周期明显延长，变形能力好，在梁体遭受破坏的情况下能够对更多的变形能进行消耗，以达到良好的抗震性能。同时，在地震因素的影响下，地震作用与上部结构呈正相关关系，加之轻骨料混凝土的自身容重明显低于普通混凝土，因此相同强度地震作用力下所产生的水平剪切作用力偏低，对公路桥梁结构抗震是非常有利的。

1.3 耐久性高

在公路桥梁工程实践中，应用轻骨料混凝土能够有效避免混凝土出现碱集料反应问题，对延长公路桥梁有效使用寿命有重要意义。同时，轻骨料混凝土渗透性低，从而表现出了良好的耐磨性以及抗冻融能力。更为关键的一点是，与常规意义上的普通混凝土原料对比，轻骨料混凝土具备更小的弹性模量以及热膨胀系数，因此冷缩以及干缩作用下所致拉应力水平偏低，这也就意味着轻骨料混凝土在实践应用中表现出的构件抗裂性能更高，以达到改善构件耐久性，延长使用寿命，节约后续维护费用的目的。

1.4 施工适应性强

人造轻骨料以及轻骨料混凝土可以在较为广阔的范围内进行配置，根据生产需要以及施工现场实际情况的不同，配置强度以及容重不同的轻骨料混凝土，可以制作砂轻混凝土、全轻混凝土、无砂混凝土，也可进行钢筋以及预应力钢筋混凝土的配置工作，可以结合施工现场的实际需求进行预制，也可以进行机械化的现场浇筑，对各种建筑体系内部均有良好的适应性。更为关键的一点是，人造轻骨料混凝土在生产工艺上与普通混凝土原料高度相似，无需投入特殊设备，因此有较强的施工适应性。

2 轻骨料混凝土配合比设计

2.1 确定试配强度

根据我国现行有关轻骨料混凝土的技术操作规程中有关要求，在公路桥梁工程实践应用中，轻骨料混凝土的配合比应当通过计算与试配的方式最终确定。该参数主要受到轻骨料混凝土强度标准差以及轻骨料混凝土立方体抗压强度标准值这两个方面因素的影响。

2.2 水泥

轻骨料混凝土配合过程中所选用水泥推荐两种类型：第一类为普通硅酸盐水泥，第二类为32.5级以上硅酸盐水泥。以某旧桥改造工程为例，选用xx厂生产42.5R级硅酸盐水泥。需要注意的一点是，水泥用量会直接对混凝土强度及其相关性能产生重要影响，这一点对于轻骨料混凝土而言同样如此，虽然持续提高水泥用量能够有助于轻骨料混凝土强度水平的提高，但同时也会导致其密度水平的上升。因此，必须对水泥用量进行科学控制。一般来说，建议轻骨料混凝土水泥用量最高控制在550.0 kg/m3范围内。

2.3 高强陶粒的合理选择

轻骨料混凝土在配合过程中应当优先选择圆球形高强度陶粒，同时要求陶粒密度等级达到700以上，强度标号达到30.0 MPa以上，筒压强度应当达到5.0 MPa以上，同时应当满足人造高强度轻集料的一系列要求。以满足轻骨料混凝土颗粒级配相关标准为要求，原则上对轻骨料最大粒径进行严格控制（最大粒径建议根据工程实际需求灵活设定，一般最大值应控制在16.0 mm～20.0 mm范围内）。在确定轻骨料混凝土轻骨料最大粒径的情况下，考虑到轻骨料自身颗粒密度会对混凝土整体离析分层产生直接影响（一般情况下，轻骨料自身颗粒密度越大，混凝土结构整体出现离析分层的可能性越小），以及轻骨料形态与混凝土整体离析分层之间的相关性关系（一般情况下，碎石形轻骨料出现混凝土离析分层的可能性低于圆球形颗粒轻骨料）。在前文中所提到的旧桥改造工程项目中，选用xx陶粒制品有限公司所提供的900级页岩陶粒作为配合陶粒。

3 轻骨料混凝土应用要点

3.1 轻骨料预湿处理

在公路桥梁工程施工实践中，考虑到轻骨料混凝土多为多孔结构，未经过充分预湿处理的轻骨料混凝土原料在搅拌成型过程中仍然持续吸水，这会导致拌合物润滑用水大量减少，增加坍落度损失，对施工作业的开展会造成不利影响。考虑到此实际情况，在施工期间需要于混凝土搅拌前1 d对轻骨料料袋进行浇水浸泡，施工前控干多余水分即可，并安排专人根据轻骨料含水量对施工配比进行合理调节即可。

3.2 搅拌

在搅拌工艺的选择上，必须充分考虑公路桥梁工程集料堆积密度以及混凝土级配类型对搅拌工艺的影响。一般情况下，对于粗集料堆积密度＜500.0 kg/m3的砂轻混凝土，应当优先选用强制式搅拌机，做到随拌随用，注意出料速度保持均匀。对于轻粗集料堆积密度＞500.0 kg/m3以上的塑形砂轻混凝土，应当优先选用自由式搅拌机，搅拌过程中对搅拌时间进行严格控制，通过试拌确定最佳搅拌时间，一般来说建议控制在30 min范围内。

3.3 拌合物处理

原则上在公路桥梁现场施工过程中应当尽可能缩短轻骨料混凝土拌合物运输距离，若因运输距离过长导致拌合物出现严重离析问题，需要在浇筑前进行二次拌合。拌合物从搅拌机卸料开始至浇筑入模延续时间应当严格控制在45 min范围内。在现场经泵送施工的过程中，需要结合施工现场实际需求对泵送管道进行准确布置，尽可能控制泵送阻力，如配置充足水泥砂浆对管道内壁进行湿润处理，以确保管道内壁可形成薄浆层，从而保证泵送作业的顺利开展，现场拌合物连续不间断匀速供应。在此基础之上，还需要特别注意的一点是，公路桥梁现场浇筑横向结构，每层浇筑高度应当进行严格控制，一般控制标准为30～50 cm。轻骨料混凝土的拌合物浇筑倾落高度应当严格限定在1.5 m范围内，以免轻骨料混凝土因倾落高度过高而发生离析问题。

3.4 振捣

在浇筑作业完成后，为了进一步确保轻骨料混凝土拌合物达到密实状态，需要根据轻骨料混凝土拌合物的工作性质采取相应的振捣成型方式。结合既往公路桥梁施工经验，对于坍落度不足16 cm的轻骨料混凝土拌合物，人工插捣存在一定难度，因此需采取机械式振捣联合人工振捣的处理方式。振捣环节的工作时间不但会对轻骨料混凝土拌合物中轻骨料的上浮、分布产生影响，同时还会对轻骨料混凝土整体密度与强度水平产生影响。因此，在振捣时间的确定上，应当以拌合物充分振捣均匀且轻骨料未上浮为基本原则。在此基础之上，还需要充分参考轻骨料混凝土拌合物的稠度以及振捣部位，一般建议控制标准为10～30 s。针对坍落度达到16 cm且流动性较大的塑形拌合物，应当优先选用插捣成型方案，确保轻骨料混凝土拌合物的密实性达到理想状态。

3.5 抹面

轻骨料混凝土在经振捣达到成型状态后会有一定比例的轻粗骨料浮于表层，为了避免轻骨料混凝土表面质量受此因素影响，可以在完成振捣成型后通过抹面的方式解决该问题，将上浮于表层的轻粗骨料颗粒压入混凝土内部。针对上浮颗粒面积较大的区域，可以借助于表面振动器进行二次振捣，在砂浆反上后再进行抹面，以达到满意的处理效果。

4 结束语

文章围绕轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的实施与应用问题进行分析，首先对轻骨料混凝土的基本界定概念以及应用优势进行分析，指出在公路桥梁工程实践中应用轻骨料混凝土能够表现出轻质高强、抗震性能好、耐久性高以及施工适应性强这几个方面的优势，然后对轻骨料混凝土的配合比设计方案进行初步研究，指出轻骨料混凝土配置拌合中应重点关注的指标与质量控制措施，最后对轻骨料混凝土在公路桥梁工程施工中的实践应用问题进行阐述，包括预湿处理，搅拌，拌合物处理，振捣以及抹面等多个环节，希望通过对公路桥梁工程施工应用轻骨料混凝土等一系列问题的分析，为后续同类工程实践提供意见与建议，供业内人士参考。