大體積抗凍融混凝土在市政橋梁工程中的應(yīng)用

李雙營(yíng)

（青海民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，青海 西寧 810007）

抗凍性指材料在反復(fù)抵抗凍融循環(huán)的過(guò)程中性能仍保持完好，在試驗(yàn)時(shí)可采用快凍法與慢凍法，前種方法應(yīng)用較多[1]。此外，混凝土受凍的主要表現(xiàn)為開(kāi)裂和剝蝕，主要由于材料內(nèi)部含有可凍水或處于溫度變化較大的環(huán)境中，因此在改善混凝土本身性能時(shí)可采取優(yōu)化配合比的處理方式。

1 混凝土溫度裂縫危害

在國(guó)家城市化不斷發(fā)展過(guò)程中，道路壓力不斷增大，對(duì)于橋梁穩(wěn)定性也提出更高需求。大體積混凝土產(chǎn)生的溫度裂縫不僅會(huì)影響橋梁工程使用壽命和應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)還會(huì)對(duì)混凝土耐久性造成很大程度的不良影響，甚至導(dǎo)致橋梁倒塌，危害公民生命財(cái)產(chǎn)安全。在橋梁工程建設(shè)過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力和溫度應(yīng)力不斷疊加，改變整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁運(yùn)營(yíng)安全性無(wú)法得到有效保障。在形成深層裂縫或貫穿裂縫之后，將造成更大程度的危害?；诖耍谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和溫控設(shè)計(jì)加強(qiáng)重視，確?；炷临|(zhì)量能夠最大程度滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求。

2 工程概況與技術(shù)路線

本工程的主墩承臺(tái)及輔助墩承臺(tái)分別為4座和6座，主橋西側(cè)與東側(cè)的承臺(tái)尺寸分別為4 770m3和1 126m3，埋深均為4.5m。

結(jié)合本工程實(shí)際情況來(lái)看，要求混凝土抗凍融達(dá)250次。在其他因素保持穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，抗凍融性與混凝土強(qiáng)度成正比，而混凝土強(qiáng)度在水膠比不變時(shí)與水泥用量成正比。因此要提高混凝土抗凍性能，最有效的方式是增加水泥用量[2]。但本工程為大體積混凝土，如果過(guò)量添加水泥，必然會(huì)增大水化熱，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度控制難度較高，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，使混凝土持續(xù)劣化，侵入水分和其他侵蝕性介質(zhì)，加快混凝土結(jié)構(gòu)破壞速度。此外，根據(jù)研究結(jié)果來(lái)看，抗凍性與孔隙大小、數(shù)量、降溫速度、混凝土強(qiáng)度等因素直接有關(guān)，目前在提高抗凍性時(shí)主要是通過(guò)優(yōu)化配合比實(shí)現(xiàn)?？商砑踊瘜W(xué)外加劑，引入穩(wěn)定性較強(qiáng)的微小氣泡。另外，礦物摻和料有助于提高混凝土的耐久性，并且加入礦物摻和料后可發(fā)生物理及化學(xué)等多種類型的反應(yīng)。另外，為避免水泥含量過(guò)高，可部分由粉煤灰替代，盡管在應(yīng)用初期會(huì)影響混凝土強(qiáng)度，但在應(yīng)用后期能夠明顯增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，礦渣粉也具有同樣作用，并且填充和活性效應(yīng)十分顯著。此外，本工程需要同時(shí)滿足早期低溫升及后期抗耐久性2項(xiàng)要求。

3 原材料及試驗(yàn)

在進(jìn)行工程施工過(guò)程中，原料應(yīng)用是工程質(zhì)量的重要保障。基于此，必須對(duì)其應(yīng)用材料嚴(yán)格控制。首先需要重視水泥選擇，選擇具有較長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間和較低水熱化的水泥。可選擇硅酸鹽水泥，性能指標(biāo)如表1，2所示。同時(shí)，在選擇骨料時(shí)，需要對(duì)骨料堿活性認(rèn)真檢查，避免在進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)水泥與其發(fā)生堿骨料反應(yīng)，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。粗骨料選擇級(jí)配碎石，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.6，粗細(xì)2種骨料的表觀密度分別為2 685，2 661kg/m3，減水劑減水率為29%。粉煤灰及礦粉分別選擇Ⅱ級(jí)和S95級(jí)，物理性能如表3，4所示，并根據(jù)工程要求合理開(kāi)展混凝土配合比試驗(yàn)，如表5所示。

表1 水泥化學(xué)成分%

表2 水泥物理力學(xué)性能

表3 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)

表5 混凝土試驗(yàn)配合比

在工程施工過(guò)程中，需要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行多次試驗(yàn)，最大程度確?；炷僚渲频目茖W(xué)性和合理性，能夠使混凝土應(yīng)用價(jià)值得以有效提升，避免混凝土質(zhì)量為項(xiàng)目施工造成不良影響，進(jìn)一步保障工程質(zhì)量。合理應(yīng)用雙摻技術(shù)進(jìn)行混凝土配制，將高效減水劑和粉煤灰同時(shí)添加進(jìn)混凝土內(nèi)，高效減水劑能夠使水泥用量有效減少，確保混凝土具有更高可泵性，從而使混凝土水化熱有效降低。在冬季施工時(shí)選擇使用普通型，在夏季施工作業(yè)時(shí)選擇使用緩凝型，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力有效降低。與此同時(shí)，粉煤灰具有一定程度的滾珠效應(yīng)和火山灰活性，能夠使混凝土具有更高的強(qiáng)度，從而使其抗凍性能有效提升。

結(jié)合配合比進(jìn)行坍落度損失、含氣量、抗凍性試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)選擇專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，確保檢測(cè)結(jié)果更加可靠。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)表6可看出，粉煤灰和礦粉的添加有助于提高混凝土的流動(dòng)性，有效控制坍落度損失量，將其控制在較小程度，并且能夠促使混凝土的和易性更好[3]，抗壓強(qiáng)度如圖1所示。坍落度和含氣量同時(shí)處于較高狀態(tài)時(shí)，與氣泡容易保持的性能有關(guān)，并且將含氣量控制在3%～5%時(shí)混凝土的抗凍性能最好。

表6 坍落度及含氣量

結(jié)合表6和圖1可發(fā)現(xiàn)，如果水泥添加量較多，混凝土強(qiáng)度在早期相對(duì)較高。在早期礦粉和粉煤灰兩種添加劑的活性較高，對(duì)于控制后期的水化反應(yīng)具有重要作用。并且這2種添加劑可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，增加混凝土的硬化強(qiáng)度，促使混凝土早期的水化速度得到控制，降低至合理的范圍內(nèi)。等到60d齡期，粉煤灰摻量為35%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳，粉煤灰摻量為25%～35%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度較好。

圖1 不同粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2為不同配合比狀態(tài)下的溫升曲線，配合比1，2，3，4，5 所對(duì)應(yīng)的最高溫升分別是 67.2，62.1，64.9，59.3，55.1℃。 配合比5早期的升溫最為緩慢，主要是由于該配合比中水泥用量較少，而其他2種添加劑用量較多所造成的。這2種添加劑水化反應(yīng)較慢，能夠?qū)⒃缙谒療峤档椭磷钚?，避免混凝土出現(xiàn)裂縫，可保護(hù)混凝土。

圖2 絕熱溫升曲線

綜合強(qiáng)度及溫升結(jié)果來(lái)看，配合比5效果最好，可開(kāi)展凍融循環(huán)試驗(yàn)，質(zhì)量損失率如圖3所示[4]。評(píng)定時(shí)可將最大循環(huán)次數(shù)作為依據(jù)，條件是彈性模型和質(zhì)量損失率分別高于60%和低于5%。凍融300次時(shí)，配合比1，4，5所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量損失率分別為3.78%，3.71%，4.80%。因此選擇配合比5最為合適。

圖3 質(zhì)量損失

5 施工注意事項(xiàng)

1）確保拌合物入模時(shí)的和易性較好；結(jié)合工程建設(shè)要求合理控制振搗時(shí)間，糾正振搗時(shí)間越長(zhǎng)，材料性能越好的錯(cuò)誤觀念，否則就會(huì)導(dǎo)致有益氣泡被嚴(yán)重破壞。

2）混凝土澆筑作業(yè)結(jié)束后，需要對(duì)其進(jìn)行保濕和保溫，確?；炷翝仓K體降溫速度和內(nèi)外溫差均能夠最大程度滿足溫控指標(biāo)需求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要基于溫度應(yīng)力進(jìn)行控制。本次選擇使用保濕養(yǎng)護(hù)法，整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程應(yīng)連續(xù)開(kāi)展而不能中斷，養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在兩周左右最為合適。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中應(yīng)定期檢查塑料膜及涂層是否完整。混凝土表面干燥時(shí)應(yīng)及時(shí)灑水，確?；炷撩軐?shí)度更高且強(qiáng)度能夠持續(xù)增長(zhǎng)。

3）在拆除具有保溫功能的覆蓋層時(shí)不能一次性全部拆除，而應(yīng)采取分層拆除的處理方式，可全部拆除的標(biāo)志是混凝土與外部溫差低于20℃。于此同時(shí)，大體積混凝土表面通常會(huì)存在一定程度的泌水現(xiàn)象，如果泌水量與混凝土坍落度和外加劑成分之間具有直接關(guān)系，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)排除，確保混凝土質(zhì)量有效提升。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，同時(shí)添加粉煤灰和礦粉不僅能夠降低水化熱，并且能夠提高混凝土強(qiáng)度。引氣劑的加入則能夠使混凝土的含氣量更加合理，提高其抗凍性。在優(yōu)化配合比時(shí)，需要把握好這2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，確保內(nèi)部溫升及抗凍性均能夠滿足工程建設(shè)要求，進(jìn)而有效保障工程建設(shè)質(zhì)量，在一定程度上推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)道路橋梁建設(shè)，使其為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。