混凝土養(yǎng)護(hù)對(duì)寒區(qū)混凝土橋梁壽命周期的影響

李 鈞 沈 義 李 麗 孫 宇

(黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

對(duì)于一些高寒地區(qū)比如東北島狀凍土地區(qū)，由于長(zhǎng)期受到劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)，其自然條件相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)受到地質(zhì)，地理，氣候等特殊自然條件，給公路、橋梁建設(shè)維護(hù)帶來(lái)不便。尤其在高寒季節(jié)氣溫最低能夠達(dá)到-40℃，晝夜溫差可達(dá)到30℃以上，從一定程度上給公路橋梁材料使用壽命周期帶來(lái)了威脅，使很多已建公路橋梁使用壽命顯著降低，需要不斷開(kāi)展重建和維修工程，不僅影響了交通運(yùn)輸，也給運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位帶來(lái)較大成本。提升混凝土結(jié)構(gòu)壽命周期的措施如下。在設(shè)計(jì)圖中標(biāo)注水標(biāo)比以及與混凝土使用壽命周期相關(guān)的參數(shù)，標(biāo)注結(jié)構(gòu)耐久性相關(guān)的質(zhì)量要求，尤其是混凝土橋梁養(yǎng)護(hù)方法和保護(hù)層厚度等質(zhì)控措施，混凝土橋梁在使用過(guò)程中的定期維修要求，結(jié)構(gòu)、布置、類型、構(gòu)造等利于減輕不良環(huán)境對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的影響，便于施工和提升施工質(zhì)量，因此針對(duì)高寒地區(qū)混凝土橋梁壽命周期的施工養(yǎng)護(hù)相關(guān)研究是十分重要的。

1 工程概況分析

在本研究中主要以北黑公路石金河大橋作為研究對(duì)象，其橋梁全長(zhǎng)為869m，橋梁底部為C30等級(jí)的混凝土鉆孔灌注而成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，采用雙柱式墩臺(tái)，上部采用c50級(jí)別的混凝土后張法預(yù)應(yīng)力箱梁，橋面采用厚度為10cm的水泥混凝土鋪裝防水劑，其型號(hào)為FTY-I，上部位置鋪設(shè)厚度為9cm的AC16中粒式瀝青混凝土，兩側(cè)鋪設(shè)C30等級(jí)的混凝土防撞護(hù)墻。

該橋梁屬于高寒地區(qū)，氣候復(fù)雜多變，整體路段為減少路基受島狀凍土相關(guān)影響，可以采用以橋代路的方式，采用多跨簡(jiǎn)支梁，每相隔20m由9片箱梁構(gòu)成，采用后張預(yù)應(yīng)力的方式。相比其他建筑工程來(lái)說(shuō)，由于該路段氣候條件惡劣，在使用混凝土?xí)r很容易受到外界因素的影響，包括風(fēng)沙腐蝕，硫酸鹽腐蝕等。由于上述環(huán)境多種因素協(xié)同作用產(chǎn)生的腐蝕，破壞該公路混凝土結(jié)構(gòu)，因此為提升混凝土橋梁工程的使用周期，需要綜合分析影響混凝土材料壽命周期的因素，并且能夠從養(yǎng)護(hù)施工等方法來(lái)提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

2 寒區(qū)混凝土橋梁壽命周期影響因素

為提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命周期，需要確保施工質(zhì)量，可采取的措施包含做好混凝土結(jié)構(gòu)表層混凝土密實(shí)性以及混凝土養(yǎng)護(hù)，準(zhǔn)確設(shè)置混凝土保護(hù)層厚度，做好裂縫控制，由于該路段屬于高寒氣候地區(qū)，因此需要采取嚴(yán)格工藝，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

2.1 原材料控制

對(duì)于混凝土質(zhì)量來(lái)說(shuō)材料是其關(guān)鍵，也是結(jié)構(gòu)壽命周期的重要影響因素，由于該地區(qū)氣候條件特殊，因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的壽命周期提出較高要求。在具體施工過(guò)程中需要從施工源頭抓起，嚴(yán)格控制材料關(guān)，要求整個(gè)施工中所使用的水泥，鋼筋，砂石等符合相關(guān)質(zhì)量需求。

2.2 原材料保溫加熱

由于地處外界環(huán)境溫度較低，在混凝土拌和過(guò)程中溫度無(wú)法滿足相關(guān)要求，這種情況下應(yīng)當(dāng)采用加熱水，如果加熱水無(wú)法滿足施工需求也可以同時(shí)加熱骨料，需要通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來(lái)確定加熱溫度。

2.3 混凝土拌合

應(yīng)當(dāng)在拌合站集中進(jìn)行混凝土拌合過(guò)程，使用自動(dòng)計(jì)量上料系統(tǒng)進(jìn)行混凝土攪拌，攪拌時(shí)間為兩分鐘，應(yīng)當(dāng)控制在5min以內(nèi)。根據(jù)灌注工藝要求確定混凝土拌合物的塌落度，按照配合比進(jìn)行控制，當(dāng)使用常溫養(yǎng)護(hù)法進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)要求混凝土的拌合物中含氣量達(dá)到3%～6%之間，利用蒸氧法進(jìn)行混凝土構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)要求其含氣量達(dá)到2%～3%之間。為滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件，需要確定混凝土具體攪拌流程，在冬期為確保混凝土入膜溫度要求，需要進(jìn)行混凝土攪拌前熱工計(jì)算，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定骨料以及水的預(yù)熱溫度。

2.4 混凝土運(yùn)輸

在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中需要針對(duì)運(yùn)輸機(jī)具進(jìn)行保溫，或采取運(yùn)輸車廢氣加熱的方式，盡可能縮短運(yùn)輸時(shí)間以及距離，減少裝卸次數(shù)，在實(shí)際運(yùn)輸中要求其溫度損失低于5℃，在澆筑運(yùn)輸時(shí)的溫度以及覆蓋材料需要符合相關(guān)熱工計(jì)算要求。當(dāng)不滿足要求時(shí)可適當(dāng)提升原材料加熱溫度，進(jìn)一步減少裝卸次數(shù)，縮短運(yùn)輸距離和時(shí)間，并合理調(diào)整，為減少現(xiàn)場(chǎng)逗留時(shí)間，減少運(yùn)輸次數(shù)以及混凝土入膜的熱量損失，要求在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中允許的延續(xù)時(shí)間在30～75min之間。

2.5 混凝土澆筑

應(yīng)當(dāng)分層開(kāi)展混凝土澆筑，根據(jù)混凝土的運(yùn)輸條件拌制能力、振搗能力確定其分層厚度，一般混凝土分層厚度為25cm，預(yù)制梁混凝土澆筑厚度低于20cm，同時(shí)結(jié)合振搗要求，對(duì)于新拌和混凝土在振搗過(guò)程中可以細(xì)化混凝土氣泡體系所排出的氣泡，其主要依據(jù)拌和物振搗強(qiáng)度、時(shí)間等因素。

3 提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)壽命周期的養(yǎng)護(hù)方法

首先結(jié)合現(xiàn)有研究成果可以采用富摻粉煤灰，磨細(xì)礦渣粉，控制水泥、粗骨料、細(xì)骨料質(zhì)量，并合理實(shí)現(xiàn)混凝土摻氣以使達(dá)到混凝土橋梁使用壽命周期。從原材料來(lái)看，其水泥型號(hào)為p052.5R，各項(xiàng)指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求，其中硅灰等級(jí)為s95級(jí)，粉煤灰為一級(jí)粗集料，粒徑為5～20mm，細(xì)集料選用中粗砂，其細(xì)度模數(shù)為3.6。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)塌落度和調(diào)配測(cè)試最終選擇w2的混凝土配合比。為分析不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，按照相同材料配合比進(jìn)行混凝土試塊制作，將其分為14組，每組各三塊，在相同養(yǎng)護(hù)條件下分別選擇4組開(kāi)展養(yǎng)護(hù)測(cè)試，其中分別對(duì)樣塊開(kāi)展3d，5d和7d齡期抗壓強(qiáng)度分析，各個(gè)混凝土石塊采用不同養(yǎng)護(hù)方法在3d，5d和7d齡期具體的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，采用暖棚養(yǎng)護(hù)法其效果較好，而采用養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)未達(dá)到預(yù)期效果，從現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施來(lái)看，結(jié)合上述不同養(yǎng)護(hù)方法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，結(jié)合混凝土預(yù)制梁現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境可采用暖棚養(yǎng)護(hù)以及養(yǎng)護(hù)及養(yǎng)護(hù)相融合的方式。具體步驟如下。第一，暖棚支架，按照梁水平投影尺寸將暖棚平面長(zhǎng)寬各延3m，暖棚的骨架結(jié)構(gòu)采用鋼管搭設(shè)，完成混凝土施工之后外部照射氧護(hù)罩，使用帆布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)罩加工，暖棚下部位置預(yù)留出入口，便于工作人員出入。第二，混凝土澆筑固定好模板和鋼筋之后，進(jìn)行單梁混凝土澆筑，在白天進(jìn)行施工，完成澆筑后及時(shí)收面，并在頂部位置覆蓋塑料膜，防止混凝土表面在夜間受凍，做好塑料膜密封性，防止水分散失導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。第三，暖棚養(yǎng)護(hù)，采用暖棚養(yǎng)護(hù)的方式，開(kāi)通暖風(fēng)機(jī)，可以適當(dāng)通入，無(wú)需灑水僅需覆蓋保濕，要求養(yǎng)護(hù)溫度高于15℃時(shí)需要定期采取灑水養(yǎng)護(hù)的方式，防止水分散失，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。同時(shí)還需要定期進(jìn)行箱梁內(nèi)外部溫度的測(cè)量。第四，拆模養(yǎng)護(hù)，拆除模板支外的養(yǎng)護(hù)罩以及混凝土塑料膜之后，進(jìn)行模板拆除，拆除前需要關(guān)閉暖風(fēng)機(jī)以降低墩體位置的溫度，防止在拆模過(guò)程中導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，拆模之后還需要適當(dāng)涂抹養(yǎng)護(hù)劑，按照塑料膜、棉被繼續(xù)保溫兩周，兩周之后拆除棉被，利用塑料膜養(yǎng)護(hù)30d，一般來(lái)說(shuō)塑料膜覆蓋時(shí)間越長(zhǎng)其效果越好。

從現(xiàn)場(chǎng)工廠來(lái)看，上述方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)高寒地區(qū)混凝土橋梁主梁位置裂縫顯著減少，表明主梁抗裂性能獲得提升，在施工過(guò)程中未出現(xiàn)混凝土離析，證明混凝土拌和物具有良好性能，可滿足實(shí)際施工需求。同時(shí)混凝土主梁無(wú)堿化、其抗堿能力獲得提高，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工抽樣檢驗(yàn)加入外加劑之后混凝土施工性能較好，且混凝土工程壽命周期滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，在本研究中針對(duì)高寒地區(qū)混凝土橋梁壽命周期影響因素進(jìn)行分析，進(jìn)一步以東北島狀凍土某工程為例，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得提升該結(jié)構(gòu)壽命周期的措施。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用暖棚養(yǎng)護(hù)相比自然養(yǎng)護(hù)以及養(yǎng)護(hù)及養(yǎng)護(hù)來(lái)說(shuō)混凝土強(qiáng)度影響較好，且采取上述措施能夠提升主梁混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，包括抗?jié)B性能，抗凍性能等。