高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計及施工工藝探究

摘要：參考實際高鐵建設(shè)工程，圍繞高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計及施工工藝展開研究，利用新型配合比的混合玻璃纖維進(jìn)行混凝土配比設(shè)計，并與常規(guī)材料配比進(jìn)行對比測試。分析適合低開裂敏感性和低塌落度的橋面防水層纖維混凝土施工工藝，并進(jìn)行試驗效果分析。

關(guān)鍵詞：高鐵橋面;防水層;纖維混凝土配合比;施工工藝

0" "引言

“以橋代路”既能夠保證高鐵線路工程的水平精度和平穩(wěn)性，還能降低高鐵施工對耕地資源的占比，有效提升國內(nèi)高鐵平順、穩(wěn)定、安全性能，提升高鐵橋梁使用年限，保證高鐵安全運營[1]。橋面防水層是高鐵橋梁結(jié)構(gòu)直面方式構(gòu)建的位置區(qū)域，用于防止外來水等浸到梁體中，從而避免梁體混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕，影響梁體使用壽命[2]。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前較常見的利用細(xì)石纖維混凝土配合防水卷材結(jié)構(gòu)類型建設(shè)的防水層，易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞情況，對高鐵列車的穩(wěn)定運行構(gòu)成危害。本文根據(jù)高速鐵路工程建設(shè)的實際需要，針對高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比及施工工藝影響纖維混凝土性能因素展開探討，形成纖維混凝土配合比及施工工藝的設(shè)計優(yōu)化方案。

1" "高鐵橋面防水層結(jié)構(gòu)概述

橋面防水層根據(jù)構(gòu)建材料種類不同，可分為有機(jī)防水材料和細(xì)石纖維混凝土配合防水卷材兩種。兩種類型各自具備自身特點。有機(jī)防水材料結(jié)構(gòu)類型應(yīng)歸結(jié)為柔性防水類型，其特征是操作便利、性能優(yōu)勢明顯，但由于材料本身特點，此種形式防水易受到寒冷、雨水、高溫等外部環(huán)境影響，以及界面施工工藝的影響[3]。另一方面，與混凝土相比，有機(jī)材料在耐老化性、抗光照性和防凍性方面不具優(yōu)勢，基于這些原因，使得有機(jī)材料的應(yīng)用推廣受到限制。

據(jù)調(diào)查顯示，聚脲有機(jī)防水涂料施工過程中易受到路基情況、溫度條件、施工條件等環(huán)境因素影響。橋面經(jīng)過噴涂處理后，防水層易發(fā)生裂縫、剝落等現(xiàn)象。通過一段時間的高速鐵路線路運營使用，聚脲防水層極易發(fā)生防水質(zhì)量問題，且質(zhì)量問題惡化趨勢明顯，對高鐵列車的正常運營造成危害。

細(xì)石纖維混凝土配合防水卷材結(jié)構(gòu)類型，可歸結(jié)為剛性配合柔性聯(lián)合防水類型。此種形式混凝土保護(hù)層強(qiáng)度優(yōu)良，防水層建成后不易受到外界環(huán)境影響，具備較高的使用耐久度，是比較常用的高鐵橋面防水結(jié)構(gòu)類型[4]。

通過調(diào)查高速鐵路實際運營情況發(fā)現(xiàn)，防水層結(jié)構(gòu)表面易發(fā)生受凍粉化剝落及產(chǎn)生裂縫等病害。通過病害研究分析發(fā)現(xiàn)，其病害誘因主要是纖維混凝土選材不科學(xué)及材料配合比設(shè)計不合理，導(dǎo)致混凝土收縮變化較大，以及纖維混凝土施工工藝缺陷使得纖維收縮開裂。纖維混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問題，嚴(yán)重影響高速鐵路橋面防水層結(jié)構(gòu)的正常使用和鐵路線路的有序運營。

2" "高鐵橋面防水層纖維混凝土配比設(shè)計優(yōu)化及效果

2.1" "優(yōu)化設(shè)計防水保護(hù)層纖維混凝土原材料及配合比

本文針對某CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的高速鐵路線路施工項目，進(jìn)行試驗環(huán)境搭建，并進(jìn)行防水保護(hù)層纖維混凝土原材料及配合比性能提升設(shè)計試驗。其橋面防水層主要為細(xì)石纖維混凝土配合防水卷材結(jié)構(gòu)類型。

2.1.1" "優(yōu)化纖維混凝土配合比

常規(guī)高鐵橋面防護(hù)層纖維混凝土易發(fā)生開裂病害，本次試驗采用低摻水量、低膠凝材料配比、低坍落度及高含氣量的“三低一高”設(shè)計理念，以降低纖維混凝土開裂現(xiàn)象的發(fā)生率[5]。此次試驗測試中，將高鐵橋面防水層纖維的摻水使用量，由常規(guī)的150kg/m³配比優(yōu)化設(shè)計為低于145kg/m³，膠凝材料使用由常規(guī)的440kg/m³配比調(diào)整低于400kg/m³，坍落度由常規(guī)配合比（180±20）mm優(yōu)化設(shè)計為（120±20）mm，氣體含量配比由常規(guī)的2%～4%區(qū)間范圍調(diào)整至4%～6%區(qū)間，同時控制纖維混凝土初凝時間應(yīng)超過14h。

2.1.2" "優(yōu)化纖維混凝土材料

以提升混凝土性能為目的，粉煤灰選取具備水配比低、燒失量低、細(xì)度品質(zhì)恒定特點的材料的優(yōu)質(zhì)一級粉煤灰，摻量配比應(yīng)不低于30%。為降低混凝土開裂敏感性，本次試驗選取常規(guī)硅酸鹽水泥或低熱硅酸鹽水泥材料。

為使防水層纖維混凝土達(dá)到低膠凝和低坍落度效果，本次試驗選取經(jīng)過整形處理的雜質(zhì)少、隔離規(guī)整、緊密空隙率小于40%，且直徑范圍在5～10mm區(qū)間的碎石作用粗骨料材料。為了有效提升纖維混凝土和易性，根據(jù)方案設(shè)計中的低混凝土膠凝材料用量、低砂率的配比原則，選取含泥量低、級配效果好的河砂材料，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)應(yīng)限定在2.4～2.5區(qū)間范圍。

根據(jù)高鐵橋面防水層建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，常用聚丙烯腈纖維或聚丙烯纖維網(wǎng)作為防水保護(hù)層纖維混凝土。但使用此兩類纖維的弊端是配比時，混凝土需要更大量的水，從而造成混凝土密實度下降，導(dǎo)致混凝土變形收縮幾率增大，使纖維在混凝土中的防裂功能大幅減弱。針對這一情況，本次試驗選擇用水量少的分散集束型高鋯耐堿玻璃纖維，替換常規(guī)的聚丙烯腈有機(jī)纖維進(jìn)行纖維混凝土配比制作。為了達(dá)到纖維混凝土的低坍落度效果，提升混凝土可施工特征，選擇敏感性不高、保坍效果好的聚羧酸類減水劑材料，并配合摻入適量引氣劑。

2.2" "纖維混凝土優(yōu)化效果分析

根據(jù)方案設(shè)計選擇規(guī)定纖混凝土材料，并根據(jù)設(shè)計配合比完成混凝土的制備，設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級為C40。將常規(guī)橋面防水層有機(jī)纖維混凝土與經(jīng)過優(yōu)化改良的玻璃纖維混凝土，進(jìn)行工作性能、力學(xué)與耐久性能等方面對比分析。表1為常規(guī)與優(yōu)化后的C40纖維混凝土工作性能。表2為常規(guī)與優(yōu)化后的C40纖維混凝土力學(xué)與耐久性能。

根據(jù)表1和表2列出數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過設(shè)計改良配合比及材料型號的纖維混凝土，相比常規(guī)配合比混凝土，其混凝土凝結(jié)時間均不同程度的增加，其初期抗壓強(qiáng)度數(shù)值及變化趨勢明顯低于常規(guī)混凝土，從而有效的降低了混凝土初期（4天）收縮應(yīng)力和開裂敏感性的參數(shù)。中期（8天和30天）時，優(yōu)化配比混凝土抗壓強(qiáng)度略低于常規(guī)混凝土，末期（60天）抗壓強(qiáng)度基本一致。優(yōu)化配比混凝土的劈拉強(qiáng)度高于常規(guī)混凝土，表明其抗裂性能得到顯著提升。

3" "高鐵橋面防水層纖維混凝土施工工藝優(yōu)化及效果

3.1" "優(yōu)化基層施工

正式施工前進(jìn)行基層施工，控制施工后的基層無起皮、起砂、凹凸及尖銳物等，如不能達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，完成進(jìn)一步鑿毛或磨平施工，處理后利用水泥砂漿找平。高鐵橋梁表面應(yīng)保證清潔，沒有油污、殘渣等雜物，如不符合要求，利用鐵刷配合高壓風(fēng)槍清潔處理。驗收合格并保證基層表面干燥后，在基層表面刷涂高聚合瀝青及防水涂料等表面保護(hù)材料，待其干燥后實施下道卷材鋪設(shè)工序。

3.2" "優(yōu)化鋪設(shè)卷材施工

鋪設(shè)防水卷材時，應(yīng)先使用噴燈加熱處理卷材瀝青下表面和基層表面保護(hù)材料，直到卷材瀝青下表面顏色亮黑，且呈流淌趨勢時停止加熱?？刂萍訜岢潭缺苊鉄┚聿幕蜻^度加熱。隨后將卷材底面向下前向滾動鋪設(shè)，鋪設(shè)起始位置從橋面邊緣開始，縱橫方向按從低至高次序完成。卷材鋪設(shè)時應(yīng)控制平整度，保證基層與卷材之間不存在雜物，禁止發(fā)生脫貼、空鼓等情況。到泄水孔區(qū)域時應(yīng)做修剪處理，保證泄水管下口外側(cè)與卷材鋪設(shè)緊貼。

3.3" "優(yōu)化制備混凝土

利用強(qiáng)制雙臥軸攪拌設(shè)備進(jìn)行纖維混凝土拌和，通常拌和時長超出4min，一盤制備2m3。拌和時長增加易折斷集束型玻璃纖維，為確保實際防裂性，經(jīng)過驗證確定拌和工藝。將骨料與分散型玻璃纖維共同置入攪拌設(shè)備，再添加水、粉料及外加劑等，拌和2min，再置入集束型玻璃纖維材料，拌和1min出料。玻璃纖維摻量少，為控制其投料精準(zhǔn)，應(yīng)通過人工量測再經(jīng)攪拌設(shè)備觀察孔置入?？刂瞥隽虾蟮幕炷梁瑲饬吭?%～7%區(qū)間，坍落度在110～130mm米區(qū)間范圍。

3.4" "運輸混凝土控制

為保證纖維混凝土低坍落度使用需求，對運輸罐車提出了較高需求。罐車的進(jìn)出料溜槽應(yīng)保證平滑，表面不能出現(xiàn)雜質(zhì)，以提高混凝土出入罐車的流暢度。在裝載混凝土前，應(yīng)利用砂漿對罐體內(nèi)部進(jìn)行潤滑處置，完成潤滑排空砂漿后，進(jìn)行纖維混凝土裝載。運輸時，禁止向罐中加水，同時避免對罐車溜槽或卸料口沖洗，以免水進(jìn)入裝運罐內(nèi)。

3.5" "混凝土施工控制

混凝土施工可按布料、攤鋪、振搗和抹平的工序完成。將混凝土運至施工區(qū)域，利用起重機(jī)吊裝料斗實施多點位勻稱布料，嚴(yán)禁通過泵送模式布料，嚴(yán)禁利用振搗推送料?；炷敛剂贤瓿珊罅⒖虒嵤┗炷翑備?。攤鋪應(yīng)使用反扣模式，利用彈線控制防水層底座攤鋪高度，控制擋水沿攤鋪高度與沿高持平。混凝土攤鋪施工如圖1所示。

完成混凝土平整勻稱攤鋪后，通過橫梁式振搗設(shè)備實施振搗，應(yīng)控制振搗設(shè)備按1.5m/min的行走速率行進(jìn)，控制混凝土均勻并完成振搗，同時避免產(chǎn)生混凝土過振情況?；炷琳駬v施工如圖2所示。

實施振搗3min后，實施首次混凝土抹平操作。利用帶格子的塑料抹子或木質(zhì)抹子提漿收面，施工從中間向兩側(cè)實施，控制橫向坡。隨后利用鐵抹子實施第二、第三次收面操作，控制防水層保持整體平整且不露骨料。如果施工環(huán)境同時具備溫度高、干燥且風(fēng)力大的條件，可將第二、第三次收面并為一次完成。在梁縫和邊緣相應(yīng)位置每2m間距設(shè)置1處引導(dǎo)縫。

如果施工環(huán)境具備三者中之一，應(yīng)馬上完成最后的精細(xì)抹平操作，以修復(fù)控制聚集氣泡、砂眼等質(zhì)量缺陷。如果氣候及氣溫適宜，可在三次抹平操作完成10min后進(jìn)行精細(xì)抹平操作。三次抹平過程如圖3所示。

3.6" "優(yōu)化混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土整體抹平操作實施完畢后約1h后，利用塑料膜將表面覆蓋，利用噴霧設(shè)備在薄膜表面噴水約1mm厚度，以增加薄膜質(zhì)量，防止吹起。待混凝土硬化后，利用土工布覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)約28天。

3.7" "效果分析

經(jīng)過配合比材料優(yōu)化及施工工藝改良后的纖維混凝土，在經(jīng)過一個月的養(yǎng)護(hù)操作后，基本未出現(xiàn)表面裂紋。但利用常規(guī)配合比材料及施工工藝的纖維混凝土，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后出現(xiàn)了較明顯的裂縫。由此可見，優(yōu)化設(shè)計后的纖維混凝土應(yīng)用效果良好。

4" 結(jié)語

本文根據(jù)高鐵建設(shè)工程實際，針對高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計及施工工藝進(jìn)行試驗分析，設(shè)計了低開裂敏感性和低塌落度的橋面防水層纖維混凝土材料配合比及施工工藝。與常規(guī)配合比及施工工藝的纖維混凝土進(jìn)行試驗效果對比，其性能效果較突出，具備一定的應(yīng)用推廣價值。

參考文獻(xiàn)

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