寒區(qū)機(jī)制砂混凝土耐久性及施工質(zhì)量控制研究

王國峰，關(guān) 輝，高 銘，楊 猛

(1.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱智路科技開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江省公路科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 寒區(qū)機(jī)制砂混凝土的耐久性研究現(xiàn)狀

1.1 無機(jī)類耐久性防護(hù)劑研制

高寒地區(qū)溫差較大，長期低溫時(shí)間長，且降雪和酸雨較多，為機(jī)制砂混凝土的耐久性提出了更高的要求，通過多種防護(hù)劑的研制，提升其耐久性，延長其使用年限，保障建筑工程安全投入使用生產(chǎn)具有重要的作用。無機(jī)類耐久性防護(hù)劑是通過反應(yīng)結(jié)晶固化的反應(yīng)物，對混凝土內(nèi)部孔隙進(jìn)行填充和阻塞，達(dá)到提升混凝土表面密度提升、憎水性加強(qiáng)的效果，使用方法以噴涂和涂抹為主。無機(jī)類耐久性防護(hù)劑施工成本相對較低，且成效較為顯著們能夠?qū)炷恋乃旨坝泻橘|(zhì)進(jìn)行阻斷，且在長期應(yīng)用后可見到明顯成效。

將無機(jī)耐久性防護(hù)劑在常溫下有和無摻加助劑進(jìn)行分組滲透性進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)無摻加助劑的混凝土發(fā)現(xiàn)顆粒填充的混凝土帶有基層孔隙導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，混凝土密實(shí)度增加，但吸水率降低，抗?jié)B能力以及碳化深度隨之降低，且混凝土抗壓強(qiáng)度提高。在使用新型混凝土無機(jī)類耐久性防護(hù)劑過程中，將防護(hù)劑與機(jī)制砂混凝土混合后將能提高混凝土的密度，防護(hù)劑涂層與基層材料反應(yīng)后能夠達(dá)到抗凍融需求，使寒區(qū)機(jī)制砂混凝土的耐久程度增加。

1.2 無機(jī)類耐久性防護(hù)劑工程應(yīng)用

寒區(qū)混凝土無機(jī)類耐久性防護(hù)劑研發(fā)后，在黑龍江省龍頭橋水庫溢洪道補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)工程，機(jī)制砂混凝土無機(jī)類耐久性防護(hù)劑應(yīng)用在問題部位，噴涂處理在新聚合物砂漿表面，使表面的密度加強(qiáng)，吸水性降低同時(shí)憎水性也隨之加強(qiáng)，通過含有防護(hù)劑的機(jī)制砂混凝土對細(xì)小的孔隙、裂紋進(jìn)行填補(bǔ)，增強(qiáng)填補(bǔ)材料的耐久性，且經(jīng)過長期的觀察，成效較為顯著。另外黑龍江牡丹江鏡泊湖水庫溢流壩裂縫處理工程等多個(gè)水利工程中多種界面也進(jìn)行不同程度的應(yīng)用，后期觀察成效也較為顯著。

2 寒區(qū)機(jī)制砂混凝土提高耐久性針對性策略

2.1 提高機(jī)制砂混凝土的密實(shí)度

機(jī)制砂混凝土作為復(fù)雜的多相多孔材料，內(nèi)部具有多尺度異形態(tài)的孔隙，是關(guān)系機(jī)制砂混凝土的密實(shí)度，有效的減少孔隙率，提高混凝土的密實(shí)度，可以采用引氣劑方式提升混凝土的折壓比，提高混凝土的韌性，也可起到抗凍融作用。在《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》和《黑龍江省橋梁結(jié)構(gòu)高耐久性混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》中明確要求混凝土的含氣量與起泡間隔系數(shù)與機(jī)制砂粒徑有直接關(guān)系，骨料最大粒徑為10～15 mm，混凝土高度報(bào)保水6.5，在混凝土中度保水5.5～5.0，鹽或化學(xué)腐蝕下凍融在6.5，25 mm骨料最大粒徑時(shí)為混凝土保水程度在6.0～4.5，鹽或化學(xué)腐蝕下凍融在6.5，40 mm骨料粒徑為混凝土保水程度為高度5.5，中度4.0，鹽或化學(xué)腐蝕下凍融5.5。減小混凝土的孔隙率，提升混凝土的密實(shí)程度，保障混凝土的抗?jié)B性、吸水性，降低凍融破壞程度，混凝土橋面板設(shè)計(jì)必須重視楊恒的及時(shí)性，保證足夠的養(yǎng)生時(shí)間，保證洪凝土的密實(shí)性。

2.2 加強(qiáng)鋼筋防護(hù)

建筑工程中鋼筋的應(yīng)用是關(guān)鍵，機(jī)制砂混凝土在與鋼筋共同應(yīng)用中需要，我國混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋等設(shè)計(jì)及施工相關(guān)規(guī)范中具有明確添加鋼筋要求，并在建設(shè)過程中針對性較高的有效方式對鋼筋進(jìn)行阻銹及耐久性施工明確要求，是保障鋼筋發(fā)揮有效作用的關(guān)鍵。在機(jī)制砂混凝土中摻入阻銹劑，建設(shè)運(yùn)用過程中鋼筋的應(yīng)用，例如在背景四環(huán)、五環(huán)路建設(shè)過程中混凝土摻入復(fù)合氨基醇阻銹劑，在鋼筋表面形成保護(hù)膜，抑制電化學(xué)腐蝕過程中的陽極和陰極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)金屬銹蝕阻止，合理降低銹蝕速率，同時(shí)該類阻銹劑不能改變混凝土性狀，是單純機(jī)理的最佳利用，適合高性能混凝土、環(huán)氧涂層鋼筋、混凝土表面涂層等的使用。另外還可以在沿海地區(qū)以及跨海大橋等的進(jìn)行防腐時(shí)，其耐久性也較為理想。

2.3 混凝土鋪裝路橋面防水措施

寒區(qū)機(jī)制砂混凝土在鋪裝橋面過程中需要加強(qiáng)防水鋪裝層，且防水混凝土面鋪裝層必須重視抗?jié)B等級(jí)的應(yīng)用管理，低于S6的混凝土中含有的水泥數(shù)量較少，容易造成面層的分層離析現(xiàn)象，影響整體的抗?jié)B性能，降低耐用性，必要時(shí)對重要工程抗?jié)B等級(jí)采用S8以上的防水混凝土。在局部修補(bǔ)過程中，采用水泥基滲透結(jié)晶型等剛性防水結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)，其中橋梁橋面防水是禁止采用防水卷材的，《城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ139-2010)中明確做出了相關(guān)規(guī)定，必須采用抗?jié)B大的防水混凝土，保證防水的可靠性。我國寒區(qū)冬季降雪量及次數(shù)較多，常用除雪劑，且酸雨發(fā)生較多，防水混凝土的耐腐蝕程度需著重管理，可通過機(jī)制砂混凝土試塊分別置于侵蝕性融雪劑與飲用水中掩護(hù)六個(gè)月，滯后對其抗折強(qiáng)度進(jìn)行對比，系數(shù)應(yīng)不小于0.8，方能達(dá)到耐腐蝕需求。

2.4 合理設(shè)計(jì)混凝土保護(hù)層厚度

混凝土的保護(hù)層厚度逐漸受到建筑行業(yè)的重視，在路橋設(shè)計(jì)過程中混凝土的保護(hù)層厚度是對鋼筋、面層等多方面保護(hù)的關(guān)鍵，國外上世紀(jì)曾采用鋼筋混凝土在2.5 cm，80年代逐漸增加到7 cm。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在對橋梁的使用環(huán)境，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重點(diǎn)保護(hù)層采用不同的厚度要求，防止混凝土對鋼筋的銹蝕，并能夠降低施工成本，同時(shí)還規(guī)定保護(hù)層大于50 mm必須設(shè)置防裂筋，機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用逐漸走向完善。

3 寒區(qū)機(jī)制砂混凝土施工質(zhì)量控制措施

3.1 寒區(qū)機(jī)制砂混凝土施工過程中裂縫質(zhì)量控制

性能機(jī)制砂混凝土通過性能分析，具有和天然砂混凝土不相上下的優(yōu)異性能。機(jī)制砂混凝土應(yīng)用廣泛，在寒區(qū)運(yùn)用過程中凍融破壞為眾多因素的首要問題，凍融破壞后，機(jī)制砂混凝土容易造成滲透性下降，影響耐久性及施工質(zhì)量管理。機(jī)制砂混凝土是施工的基本保障，如不進(jìn)行嚴(yán)肅的配比及管理，將直接影響施工工期，同時(shí)機(jī)制砂的情況也影響機(jī)制砂混凝土的性能。加強(qiáng)對凍融和滲透耦合、裂縫與滲透耦合進(jìn)行分析，對寒區(qū)機(jī)制砂混凝土的電通量進(jìn)行分析對比，得到結(jié)論是機(jī)制砂混凝土隨著凍融作用的增加，滲透性也增高，需要重視機(jī)制混凝土中滲透性和凍融管理，控制施工過程中出現(xiàn)裂縫問題。

采用復(fù)合礦物摻合料和超強(qiáng)吸水聚合物(SAP)內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)聯(lián)合的方式針對機(jī)制砂混凝土裂縫問題，采用大量摻礦物合料和和聚羧酸減水劑相結(jié)合獲得良好的機(jī)制砂混凝土，并注重內(nèi)養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)補(bǔ)充水分，將內(nèi)部自收縮、干燥收縮等問題改善，保證混凝土內(nèi)部濕度及其分布狀態(tài)。并且探索了地質(zhì)聚合物新型修補(bǔ)料，滿足細(xì)小裂縫和已形成裂縫不同程度的虛部需要，且其凝結(jié)硬化較快，流動(dòng)性好，能夠防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)展。

3.2 合理運(yùn)用石粉提升施工質(zhì)量

機(jī)制砂中石粉對混凝土的性能影響較大，石粉增加或減少對混凝土的水量需求也會(huì)帶來一定程度的影響，石粉量增加，混凝土拌合物變稠，和易性變差，但同時(shí)也存在坍落度變化小，擴(kuò)展度有小幅減小，能夠得到粘聚性和保水性較強(qiáng)的機(jī)制砂混凝土。重視合理運(yùn)用石粉，改善機(jī)制砂混凝土材料性狀，減少孔隙率，增加流動(dòng)性，減少機(jī)制砂顆粒之間、粗集料之間的摩擦力，改善拌合物的離析泌水狀態(tài)，合理控制塑性開裂狀態(tài)，保證混凝土抗凍特性。要保證混凝土中適量的石粉含量，這是保證混凝土性能的關(guān)鍵，進(jìn)而保證工程施工質(zhì)量，石粉含量對細(xì)集料顆粒間咬合力和細(xì)料與瀝青的粘合性都有影響，且寒區(qū)溫差大、凍融情況嚴(yán)重，合理配比石粉含量，降低對機(jī)制砂混凝土的工作性能、力學(xué)性能、收縮開裂等多種性能影響，保證耐久性能。寒區(qū)環(huán)境下，粉煤灰、礦渣微粉的單摻及兩者的復(fù)摻均能有效提高機(jī)制砂混凝土的抗凍性能和抗?jié)B性能，其中以粉煤灰與礦渣微粉復(fù)摻的作用最為突出，對機(jī)制砂表面粒型及機(jī)制砂密度、孔隙率等問題進(jìn)行深入研究，改變其流變性能，降低收縮開裂的特性出現(xiàn)，根據(jù)表面粒形配比石粉，得出機(jī)制砂混凝土最佳優(yōu)化配合比，提升建筑的耐久性，滿足施工質(zhì)量控制要求。

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著我國天然砂資源的日益枯竭，機(jī)制砂混凝土在建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用將更為廣泛，在應(yīng)用過程中機(jī)制砂的和易性差，石粉比例不均衡，摻和劑運(yùn)用不同，造成機(jī)制砂混凝土質(zhì)量具有差異性，重視防凍、憎水性、抗凍融等多方面的影響，合理進(jìn)行機(jī)制砂混凝土配置，符合寒區(qū)機(jī)制混凝土耐久性需求，滿足寒區(qū)施工質(zhì)量要求，促進(jìn)我國混凝土工程的發(fā)展。