基于 “三低一高”的橋面混凝土可靠性研究

夏茂賀

（中鐵上海工程局集團(tuán)第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 常用的橋面混凝土特性

目前，我國(guó)橋面多數(shù)所采用的防水層方式有如下三種：1）卷材加聚氨酯涂料或水泥基膠型；2）聚氨酯涂料型的防水層；3）高聚物改性瀝青防水層。以上三種類(lèi)型的防水層上均應(yīng)該按照要求采用纖維混凝土保護(hù)層。防水的主要目的是為了防止橋面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形導(dǎo)致出現(xiàn)安全問(wèn)題；其次，是為了提高橋面的抗裂性能，防止橋面混凝土開(kāi)裂后，碎裂成一些小的混凝土塊，在高鐵動(dòng)車(chē)組經(jīng)過(guò)時(shí)，利用風(fēng)動(dòng)力卷帶混凝土，損傷動(dòng)車(chē)組外部構(gòu)件。

區(qū)別于普通混凝土的特性，纖維混凝土具有優(yōu)異的抗?jié)B性、密實(shí)度高、防水性好、抗裂性好等優(yōu)良性能近年來(lái)在例如交通、建房、橋梁、隧道電力、水利等各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)各類(lèi)工程實(shí)踐證明采用纖維混凝土作為各類(lèi)工程項(xiàng)目作為防水保護(hù)層，該保護(hù)層不但可以保證混凝土的抗?jié)B性、堅(jiān)固性、抗耐性、還可以延長(zhǎng)其使用壽命，從而產(chǎn)生較高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 纖維混凝土主要技術(shù)指標(biāo)

1）纖維混凝土主要采用細(xì)石纖維混凝土，而纖維采用混合型的高鋯耐堿玻璃纖維，注意保證其摻量一般不小于2.8kg/m3，實(shí)際的摻量由試驗(yàn)需求而確定。因?yàn)楦鶕?jù)不同的配比會(huì)滿足不同的性能要求，但是也可能會(huì)影響其他功能，所以要加選擇合適的配比。

2）膠凝材料用量不大于360kg/m3；粗骨料采用整形與兩級(jí)配相結(jié)合的方式降低空隙率，粗骨料的孔隙率不大于38%，混凝土砂率宜控制在36%-40%之間。

3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攪拌來(lái)確定纖維混凝土的具體攪拌時(shí)間，并且要求規(guī)定的普通混凝土攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)40s-60s，同時(shí)對(duì)于分散型纖維，規(guī)定其攪拌時(shí)間必須多于180s，注意在混凝土拌合過(guò)程中加入集束型纖維，攪拌時(shí)間以60s為宜。主要目的是為了在混凝土拌中確保纖維分散均勻。最終達(dá)到滿足實(shí)際工程要求的纖維混凝土的效果。

3 纖維混凝土的材料要求

第一、保護(hù)層纖維混凝土原材料

1）對(duì)于粗骨料，應(yīng)采用5-10mm的碎石，其中空隙率不大于38%，對(duì)于空隙率達(dá)不到要求的骨料，應(yīng)該進(jìn)行整形的處理方法，同時(shí)通過(guò)二級(jí)配 （5-8mm、8-10mm）的混配來(lái)優(yōu)化空隙率，不可以直接用于摻配2.5-5mm的碎石，粒徑小于5mm的碎石含量應(yīng)該小于10%。

2）細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)應(yīng)該≤2.7。

3）對(duì)于聚羧酸系的高性能減水劑，建議選用與礦物摻和料、水泥之間具有良好相容性的產(chǎn)品，從而保證混凝土不泌水、不離析，要保證坍落度保持能力應(yīng)滿足施工要求。應(yīng)該單摻引氣劑，混凝土中的含氣量應(yīng)該保證在相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值內(nèi)。減水劑的抗壓強(qiáng)度比應(yīng)小于140%，同時(shí)在進(jìn)場(chǎng)后必須要進(jìn)行相容性試拌，注意要留存試拌記錄。

4）建議采用高鋯耐堿的玻璃纖維，要求其集束型纖維摻量不小于2.5kg/m3，分散型纖維摻量不小于0.3kg/m3，檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)頻次必須符合公司 《橋面防水層施工指導(dǎo)意見(jiàn)》規(guī)定。

第二、保護(hù)層纖維混凝土生產(chǎn)

1）粗細(xì)骨料應(yīng)長(zhǎng)存儲(chǔ)、矮堆放，含水率應(yīng)該保持穩(wěn)定。

2）規(guī)定要求膠凝材料總量應(yīng)該≤360kg/m3，用水量應(yīng)≤140kg/m3。

3）對(duì)于分散型纖維，保證攪拌時(shí)間≥180s，在混凝土拌合過(guò)程中加入集束型纖維，保證以60s的攪拌時(shí)間。

4）針對(duì)混凝土，應(yīng)該滿足具有良好的流動(dòng)性和保水性，保證坍落度應(yīng)該小于140mm、最好以110mm-130mm為宜。建議坍落度經(jīng)時(shí)損失小于30mm/h。保證施工單位每車(chē)混凝土的各試驗(yàn)不少于1次；監(jiān)理單位留存影像。

5）混凝土出機(jī)含氣量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，通常大于4%，以保證混凝土入模含氣量為4%-6%。

第三、保護(hù)層纖維混凝土施工

1）混凝土不得泵送澆筑。

2）入模前，混凝土必須對(duì)擋水堰、軌道板底座板側(cè)面進(jìn)行濕潤(rùn)。

3）綜合考慮混凝土振搗富漿、易于攤鋪、模面平整、坡度可塑、工序銜接順暢等因素來(lái)確定入模坍落度，入模坍落度應(yīng)該保證在80mm-100mm，此外對(duì)入模溫度、含氣量檢測(cè)，對(duì)于施工單位，保證每車(chē)混凝土必須各試驗(yàn)不少于1次；監(jiān)理單位必須留存影像。

4）采用平板振搗器在混凝土攤鋪后，應(yīng)該加強(qiáng)振搗，主要是手持式振搗器對(duì)混凝土邊緣進(jìn)行補(bǔ)振，混凝土邊緣應(yīng)該保證振搗充分，不得與擋水堰、軌道板底座板離縫。

5）振搗完畢混凝土后，必須及時(shí)跟進(jìn)壓實(shí)抹面，保證4-6次的抹面次數(shù)，禁止采用灑水抹面。

6）嚴(yán)格規(guī)范保護(hù)層混凝土橫向、縱向排水坡的技術(shù)要求，混凝土表面保證不得積水。

7）入模時(shí)的混凝土溫度≤30℃，防水卷材表面溫度≤40℃，氣溫超過(guò)35℃時(shí)不得施工。雨天不得施工。

4 朝凌客專(zhuān)橋面防水項(xiàng)目?jī)?yōu)化調(diào)整

本次項(xiàng)目對(duì)朝凌客專(zhuān)起點(diǎn)—DK99+100的橋面進(jìn)行防水保護(hù)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)是對(duì)無(wú)砟軌道橋面防水采用 “薄涂型聚氨酯防水層”，后期基于 “三低一高”的總體優(yōu)勢(shì)，各方面建議朝凌客專(zhuān)橋面防水采用 “高聚物改性瀝青防水卷材+改良C40細(xì)石纖維混凝土保護(hù)層方案”，故對(duì)本項(xiàng)目防水層形式進(jìn)行了調(diào)整。

橋面防水項(xiàng)目?jī)?yōu)化調(diào)整步驟：①混凝土面打磨②涂抹高聚物改性瀝青防水卷材基層處理劑③鋪設(shè)卷材④封邊⑤鋪設(shè)改良C40細(xì)石纖維混凝土保護(hù)層。

變更設(shè)計(jì)優(yōu)化后，無(wú)砟軌道橋面防水體系示意圖如圖.1所示：

5 “三低一高”的實(shí)驗(yàn)配合比優(yōu)化及設(shè)計(jì)

基于朝凌客專(zhuān)橋面防水項(xiàng)目進(jìn)行纖維混凝土配合比進(jìn)行合理的優(yōu)化；按照表2的 “三低一高”進(jìn)行優(yōu)化配合比參數(shù)實(shí)驗(yàn)。

表2的 “三低一高”進(jìn)行優(yōu)化配合比參數(shù)實(shí)驗(yàn)

遵循的 “低膠凝用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的 “三低一高”方案對(duì)橋面進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，考慮現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的用水泥、減水劑粗細(xì)骨料以及各項(xiàng)性能指標(biāo)、以及現(xiàn)場(chǎng)施工溫度都會(huì)對(duì)纖維混凝土的性能產(chǎn)生直接影響，因此，纖維混凝土的優(yōu)化配合比成為重中之重?；?“三低一高”的技術(shù)要求，通過(guò)不斷地進(jìn)行配比調(diào)整，來(lái)確定纖維混凝土最終施工配合比。配合比及相關(guān)指標(biāo)要求如下：具體指標(biāo)要求：膠材用量≤360kg/m3，坍落度≤140mm，初凝時(shí)間≥ 14h，玻璃纖維摻量 ≥ 2.8kg/m3，3d抗壓強(qiáng)度 ≤20MPa，用水量 ≤140kg/m3，砂率 ≤38%，入模含氣量 ≥4～6%。

按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行的 “三低一高”優(yōu)化配比，對(duì)防裂性和耐久性以及防凍性能均大大提高。

6 “三低一高”的優(yōu)異性

防護(hù)墻側(cè)橋面防水施工，依次在擋渣墻 （防護(hù)）墻內(nèi)側(cè)與橋面交角處設(shè)置3*3cm的倒角，涂刷基層處理劑，在防護(hù)墻側(cè)鋪貼防水卷材，用聚氨酯防水涂料封邊長(zhǎng)100mm高50mm，最后纖維混凝土保護(hù)層澆筑。第一、以往的設(shè)計(jì)中往往使用較高含量的膠凝材料，除了會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)費(fèi)用較高外，也會(huì)引起環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)會(huì)使在澆筑的階段造成混凝土水化熱較高，使其硬化后的收縮和徐變較大，容易造成混凝土的表面開(kāi)裂，從而最終會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。因此，在混凝土的生產(chǎn)過(guò)程所造成的環(huán)境問(wèn)題逐步被提上日程，需要降低混凝土對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。在充分考慮降低膠凝材料用量的同時(shí)，要兼顧其工作、力學(xué)及耐久性能等方面的一系列考慮因素；因此低膠量普遍受行業(yè)內(nèi)部推崇。針對(duì)降低膠凝材料的迫切性及廣闊的市場(chǎng)，重點(diǎn)體現(xiàn)了它的雙重價(jià)值。第二、由于在混凝土施工的施工過(guò)程中往往需經(jīng)過(guò)攪拌、澆筑，包括到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸時(shí)間以及停放原料的時(shí)間，一旦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，便會(huì)導(dǎo)致混凝土的和易性出現(xiàn)降低，也就是外界常說(shuō)的坍落度損失，這樣會(huì)對(duì)混凝土施工性以及后期層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大量浮漿，最后導(dǎo)致產(chǎn)生剝落的后果。故需要對(duì)混凝土坍落度進(jìn)行深入分析，提出降低坍落度的方案，不僅能避免層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝落的危險(xiǎn)，更能增加原材料的利用率，使得使用壽命增加。

第三、在混凝土的施工過(guò)程中，往往需要消耗大量的水，這樣帶來(lái)的后果是會(huì)使得混凝土的干燥收縮大，從而最終造成易開(kāi)裂的后果。因此要提出低用水量的方案。減少用水量既可以縮小混凝土的干燥收縮，從而避免造成材料開(kāi)裂的后果。

第四、含氣量在混凝土外加劑中處于獨(dú)特的地位，目前在國(guó)際上，能顯著的改善混凝土的勻質(zhì)性與工作性，能夠大大提高混凝土抗凍性，對(duì)改善混凝土的性能具有諸多的非同尋常的特殊功效。在混凝土的整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，含氣量起到了非常重要的作用，特別是在混凝土的耐久性方面。雖然含氣量相對(duì)非常小，卻能因使各種混凝土在攪拌過(guò)程中引氣而大幅度改善在混凝土的抗凍融循環(huán)方面的耐久性，主要應(yīng)用在橋面、堤壩和港工等方面，大大提高了它們的使用壽命，因此，含氣量對(duì)于混凝土是一種非常重要的。所以，至今，主要研究提出如何增大含氣量的方案，并應(yīng)用在實(shí)際混凝土橋面構(gòu)造中。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，新型的施工材料廣泛應(yīng)用于市政橋梁的建設(shè)施工中，采用 “高聚物改性瀝青防水卷材+改良C40細(xì)石纖維混凝土保護(hù)層方案”遵循 “低膠凝用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的“三低一高”優(yōu)化方案進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)參考依據(jù)，采用低膠使用量，是為了防止混凝土表面開(kāi)裂、表面收縮及徐變?cè)龃?，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和正常使用壽命需要；低用水量主要是為了防止出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象；通過(guò)良好的流動(dòng)性及保水性降低了坍落度，此外高含氣量的作用是提高了防凍能力，這四條規(guī)范按照防水混凝土原材料的合理選擇、優(yōu)化的混凝土配合比設(shè)計(jì)，此外，重視纖維、外加劑、防水涂料等對(duì)混凝土抗?jié)B、防裂性能的提高作用，提高施工工藝水平，這幾種因素相互配合，互相影響，既提高了設(shè)備的使用周期又提高了經(jīng)濟(jì)效益；重要的是滿足了防水混凝土的要求。通過(guò)對(duì)實(shí)際橋面的數(shù)據(jù)分析，充分肯定了 “三低一高”防滲水功能的優(yōu)越性，防水玻璃纖維混凝土不易產(chǎn)生裂痕，耐久性能更強(qiáng)的優(yōu)越性，為以后的橋面防水層的相關(guān)工程應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。