橋梁工程中膨脹混凝土的應用探究

趙紅星

摘要：本文通過對預防橋梁裂縫的各種措施及其效果進行了分析，發(fā)現(xiàn)膨脹劑對于裂縫有著最好的控制效果，并對膨脹劑抑制裂縫的效果進行了討論，對如何控制膨脹混凝土的質(zhì)量提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；膨脹混凝土；應用探究

引言

目前，在橋梁工程的施工中，裂縫的產(chǎn)生對橋梁工程整體的質(zhì)量造成了非常嚴重的影響。盡管裂縫對于橋梁的承載能力幾乎沒有影響，但在鋼筋腐蝕等方面的影響則不容忽視。因此，在橋梁工程的施工中，往往會采取各種措施來對裂縫的產(chǎn)生進行控制。

1.預防裂縫的各種措施及其效果

1.1降低混凝土坍落度，延緩脫模時間

混凝土的單位水泥用量與其坍落度之間有著較為密切的聯(lián)系，當降低單位水泥用量時，混凝土的單位用水量和水化發(fā)熱量也會出現(xiàn)一定程度的降低；當降低坍落度和單位用水量時，則會使水泥的干縮量出現(xiàn)降低。因此，通過適當?shù)恼{(diào)整混凝土配比，降低坍落度，將養(yǎng)護時間進行適當?shù)难娱L，可以使裂縫的產(chǎn)生得到有效的減少，施工質(zhì)量得到提高。但該方案對于裂縫的寬度降低并無明顯作用。

1.2加入高性能減水劑

該方案通過將混凝土內(nèi)的單位用水量進行減少，從而使坍落度得到降低。該方案對于裂縫產(chǎn)生的數(shù)量上有著一定的抑制作用，但對于裂縫的寬度降低并無明顯效果。

1.3增加腹板鋼筋

為了使箱梁腹板的裂縫能夠得到抑制，選擇在箱梁的腹板增加鋼筋量的方式，使腹板配筋率高于極限配筋率。該方案對于裂縫的寬度有著一定的控制效果，但是對于裂縫產(chǎn)生的數(shù)量控制上則效果并不理想。

1.4加入膨脹劑

膨脹劑以其補償收縮、產(chǎn)生自應力、膨脹纖維等功能和作用，通過引入化學預應力，對于橋梁裂縫的蔓延能夠起到良好的抑制作用，對于混凝土內(nèi)部的裂縫也有著較好的控制效果，能夠有效的減少箱梁裂縫的產(chǎn)生和裂縫寬度。

2.膨脹劑抑制彎曲裂縫分析

相比于普通混凝土，通過在混凝土中摻加膨脹劑使其成為膨脹混凝土，能夠大幅度提高混凝土的抗裂能力。6%摻量的膨脹纖維混凝土就可以提高近90%的抗裂能力。其原理是由于膨脹纖維在混凝土中呈亂向分布，使得混凝土的塑性收縮和凍融應力被減弱，同時由于膨脹纖維有著較高的抗拉強度，因此也使得混凝土的韌性被大大增強，很大程度上使細微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展受到了抑制。由于膨脹纖維在生產(chǎn)的過程中采用了特殊的工藝對表面進行了處理，使其與水泥基料之間能夠產(chǎn)生很強的粘結(jié)力，所以可以和混凝土材料進行輕易、迅速以及均勻的混合。此外，由于在混凝土中往往會加入一定量的鋼筋，這些對于混凝土能夠起到一定的約束作用，再加上混凝土的收縮變形，就會產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土拉應變的極限時，就會導致裂縫的產(chǎn)生。而膨脹混凝土的補償收縮功能能夠在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應力和壓應變，對混凝土的收縮變形進行補償，對產(chǎn)生拉應力進行抵消，使得混凝土的抗裂性能大大提高。

3.質(zhì)量控制措施

3.1保證原材料質(zhì)量

在膨脹混凝土的原材料選擇上，要對材料質(zhì)量進行嚴格的控制，選用強度等級不低于C40的水泥混凝土，水泥用量保持在360～400kg/m3左右；所選用的粗骨料應保證顆粒直徑小于31.5mm，含泥量不大于1%；壓碎值不大于20%，細骨料則宜選擇中粗砂。并保證其含泥量在3%以下。

3.2嚴格控制水灰比

根據(jù)大量的研究和經(jīng)驗表明，在使用膨脹混凝土時應保證水灰比在0.32～0.35之間。如果膨脹混泥土的水灰比過高，就容易使鈣礬石結(jié)晶顆粒的填孔效果降低，使混凝土的抗?jié)B能力受到不良的影響。膨脹混凝土的膨脹大部分是在早期發(fā)生的，此時的砼仍然處于可塑性狀態(tài)，如果此時有著過高的孔隙率，那么就會在塑性體孔隙的壓縮以及其他非主要受限方向上消耗大量的膨脹能量，從而顯著減少了主要受限方向的有效壓應變和預壓應力的初始峰值，進而導致了主要受限方向上的孔隙有效壓縮量減少，降低了膨脹混凝土的抗?jié)B和抗裂性能。如果在施工過程中沒有對水灰比進行嚴格的控制，在運輸、振搗等過程中任意進行水的添加，都有可能導致質(zhì)量事故的發(fā)生。

3.3控制膨脹劑的選擇和摻量

目前常見的膨脹劑種類一般有：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鈣-硫鋁酸鈣類以及氧化鎂等。其中以我國建筑材料科學研究院所研發(fā)的U膨脹劑的效果最好。膨脹劑的摻量則需要根據(jù)工程施工的具體情況進行確定，一般存在以下幾種情況：（1）以抗裂為主要目的的工程施工，U型膨脹劑的摻量一般占水泥重的10%～14%，此時混凝土可以獲得良好的膨脹性能。在使用此摻量的膨脹劑時，非受限狀態(tài)下的膨脹砼的自由強度要比普通砼的自由強度降低5%～10%，但在實際的工程中，由于砼往往會處于受限狀態(tài)，而此時膨脹砼的強度則要比普通砼增加10%～30%，因此可以忽略非受限狀態(tài)下強度降低的不利影響。不過，當摻量大于14%且膨脹砼處于非受限狀態(tài)，則不能忽視此影響。（2）以抗?jié)B為主要目的的工程施工，U型膨脹劑的摻量一般占水泥重的8%～10%，此時混凝土的膨脹率較低，但砼的強度和抗?jié)B性能都得到了一定的提高。如果同時需要較好的抗裂性能，則可將膨脹劑摻量提高，并加強砼的強度等級。（3）當膨脹劑摻量在14%～16%左右時，由于混凝土膨脹率大幅度提高，而膨脹砼的強度則有著明顯的下降，降幅超過10%。而受限狀態(tài)的加強能夠?qū)ψ杂蓮姸鹊膿p失進行補償，從而使混凝土的整體強度得到提高。因此只有當體量較大且砼的受限狀態(tài)較強的情況下才適用此膨脹劑摻量。

3.4控制施工質(zhì)量

混凝土施工過程對于混凝土的質(zhì)量水平高低有著非常重要的意義。由于在混凝土中會加入一定量的膨脹劑，為了使膨脹劑能夠在混凝土內(nèi)均勻分布，就要適當延長攪拌的時間，但要注意攪拌時間不可過長，避免造成膨脹劑纖維的損壞，對膨脹混凝土的質(zhì)量造成影響。在混凝土澆注的過程中，要注意澆注的時間間隔應保持在1h以內(nèi)，澆注自由落距在2m以內(nèi)。如果施工時氣候較為干熱，或者運輸距離較長，則可以適當添加緩凝劑。在進行混凝土振搗時，要保證振搗工作的合理性，確保振搗密實，沒有漏振或者過振，從而使混凝土的密實性提高，避免蜂窩、麻面等問題的出現(xiàn)。

3.5加強混凝土養(yǎng)護工作

在混凝土澆筑完成后的前14天內(nèi)，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，通過在混凝土表面進行飽水養(yǎng)生，進而使膨脹率能夠達到峰值，使其抗裂和抗?jié)B性能得到提高。在以往的混凝土施工中，膨脹砼抗裂、抗?jié)B性能上出現(xiàn)的問題，多數(shù)都是由于沒有重視早期養(yǎng)護而造成的。

結(jié)語

綜上所述，在混凝土中摻加膨脹劑使其變?yōu)榕蛎浕炷翆τ谔岣邩蛄汗こ讨谢炷恋馁|(zhì)量、減少裂縫的產(chǎn)生有著非常良好的作用，在施工中有著較高的應用價值。由于膨脹混凝土的特性，在其配制、攪拌、膨脹劑選擇和摻量、施工以及早期養(yǎng)護等環(huán)節(jié)要加強管理和控制，從而使膨脹混凝土的施工質(zhì)量得到保障。

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