提高高速公路橋梁混凝土結構耐久性的施工與養(yǎng)護技術

孫鑫

（中交二公局第四工程有限公司，河南洛陽 471003）

1 工程概況

G213 策克至磨憨高速公路樂都至化隆段，起訖里程為K44+490～K53+915，全長9.425 km。沿線建設3 座共2 262 m大橋、1 座80 m 中橋。施工現場的自然條件特殊，地處青藏高原邊緣地帶，降雨量少、蒸發(fā)量大、晝夜溫差明顯，此自然條件易影響混凝土結構的耐久性，加劇混凝土老化，因此，切實提高混凝土結構的耐久性成為工程中的重難點內容之一[1]。

2 高寒地區(qū)橋梁混凝土耐久性分析

2.1 混凝土的抗凍性能

混凝土抗凍性能是指當混凝土處于飽水狀態(tài)時所體現的抵抗凍融循環(huán)作用的能力。施工現場較為寒冷或混凝土與水頻繁接觸后，混凝土容易出現凍融破壞的問題，表現形式有凍脹開裂和表面剝蝕。存在于毛細孔內的水由于現場溫度較低而結冰，有凍脹開裂的跡象，此時混凝土的各項性能顯著下降，嚴重威脅結構的穩(wěn)定性。對于我國西部地區(qū)，普遍具有高寒氣候特征，由此可知，如何提高混凝土抗凍性是工程中的重點內容。

混凝土抗凍性能主要受到含氣量和孔結構的影響。在摻入引氣劑與礦物摻和料后，可有效改善抗凍性，而不同的摻入方法得到的應用效果存在差異。對于C30 混凝土，可采取雙摻硅灰與礦渣的方法，此時將含氣量穩(wěn)定在3.5%～5%，在此條件下混凝土的凍融循環(huán)次數可達到300 次。而對于C40 混凝土，在采取雙摻的方法后，含氣量穩(wěn)定在5%～7%，凍融循環(huán)次數可達到300 次。

2.2 抗氯離子滲透性

現場環(huán)境氯離子侵入混凝土后，會破壞既有的堿性狀態(tài)，經過化學反應后，可見混凝土內鋼筋表面原本相對完整的鈍化膜受損，鋼筋有銹蝕跡象，隨著受損程度的加重，結構遭到明顯破壞。經分析，對于橋梁混凝土來說，氯離子是影響其耐久性的最顯著因素。所以，為了確保提高橋梁混凝土抗氯離子滲透性從而增加使用壽命，必須采取措施來降低氯離子的影響程度。

在采取雙摻法對C30、C40 混凝土進行施工后發(fā)現，這兩種強度的混凝土的含氣量均有所增加。在此前提下，混凝土內抗氯離子滲透性呈現出了先增后減的變化趨勢；同時，控制區(qū)間不同，含氣量變化特點也不同：（1）當C30、C40 混凝土含氣量在3.5%～5%時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而得到提升；（2）當C30、C40 混凝土含氣量在5%以上時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而降低。

在采取雙摻法對C50 混凝土實行施工后發(fā)現：（1）當C50混凝土含氣量在3.5%～5%時，混凝土抗氯離子滲透性不會隨含氣量的變化而發(fā)生大幅度改變；（2）當C50 混凝土含氣量在5%以上時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而發(fā)生一定幅度的變化。

由以上分析可知，在高速公路橋梁施工中采取雙摻法對混凝土進行施工后，可一定程度地提升其抗氯離子滲透性。

3 混凝土原材料的選擇及質量控制要點

3.1 鋼筋

鋼筋型號、尺寸、表觀質量均要滿足DB 14/T 680—2012《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁加固技術規(guī)程》的要求。材料進場時加強質量檢驗，詳細檢查質量合格證等相關質量證明文件，判斷鋼筋是否滿足規(guī)程要求。此外，需要檢查鋼筋的形態(tài)，剔除變形的鋼筋。在后續(xù)使用鋼筋時，先檢查鋼筋是否附著雜物，若有則及時清理干凈[2]。

3.2 水泥

強度、耐久性均是水泥材料質量控制中的重點考慮對象，在合理選擇水泥材料后，有助于提高混凝土的強度，改善和易性。水泥材料進場后，妥善保管，避免遇水結塊現象。

3.3 粗、細集料

高寒地區(qū)橋梁施工中，粗集料是重要的混凝土原材料，通常選擇的是連續(xù)級配、含泥量低、耐久性好的碎石、卵石，必要時可采用基于碎石、卵石兩種材料的混合物，且最大粒徑應≤40 mm。C50 以下等級混凝土，需保證粗集料的含泥量≤1.0%，C50 以上等級混凝土，則需要確保含泥量≤0.5%。若由于原材料取材受限或其他原因而不得已使用堿活性集料時，則必須確保砂漿膨脹率≤0.20%，否則會影響混凝土的性能。

細集料以中粗砂為宜，要求級配良好、有害物含量少。C50以下等級混凝土，要求用砂含泥量≤3.0%，氯離子含量＜0.06%；C50 以上混凝土，對細集料的質量要求更高，如砂含泥量≤2.0%，泥塊含量＜0.1%。除此之外，其他各項指標也均要滿足JTJ E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》的相關要求。

3.4 拌和用水

水是混凝土拌制中的基礎材料，水中不得含有不利于水泥凝結的雜質。在混凝土拌制階段，除了合理選擇拌各用水外，還要控制好水量，否則混凝土會出現過稀或過稠的情況，均不利于混凝土的澆筑與成型。

3.5 外加劑

以DZ 系列外加劑為宜，其具有低溫、早強、耐腐蝕的基本特性，其他各項指標也均要滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》等相關規(guī)范。在高速公路橋梁工程施工中，不同部位的混凝土在水膠比和水泥用量方面有所差異，需做針對性的控制，具體見表1。

表1 混凝土水膠比和水泥用量

4 高寒地區(qū)橋梁混凝土施工技術的具體要點

4.1 施工準備

在拌和混凝土的準備環(huán)節(jié)，為了確保積水能夠從攪拌機內順利排出，要使用熱水來對其進行沖洗；此外，將澆筑施工機具配備到位，同時施工人員在自身崗位上做好準備工作。

與此同時，要做好骨料的級配工作，本工程中要注意的施工要點包括：（1）砂子含泥量＜3%，泥塊含量＜1%；（2）石子含泥量＜1%，泥塊含量＜0.5%；（3）水泥強度≥32.5 MPa；（4）可選擇強度合適的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥；（5）拌和用水選用飲用水，要求不存在影響水泥性能的雜物；（6）防凍劑選用硝酸鈣，用量控制為3%。

4.2 混凝土拌制

在以確認配合比為依據來選取原材料后，需充分拌和這些原材料，目的在于保證所得到混凝土可體現良好均勻性。對于拌和物，溫度是較重要的影響因素之一，具體要求為：入模溫度≥10 ℃；出罐溫度13～18 ℃。

為了使出罐溫度具有合理性，先對拌和用水做適當加熱處理，但由于現場屬于高寒地區(qū)，出現加熱后依然不符合要求的概率較高，因此，需進一步加熱骨料。在負溫度情況下拌制混凝土，應當注意以下5 個技術要點：

1）摻入適量防凍劑來保護混凝土免受凍傷危害。

2）對水泥做保溫處理，但不允許加熱。

3）嚴格控制各類原材料的溫度，骨料加熱溫度應≤40 ℃，拌和用水溫度應≤60 ℃。

4）若骨料有積雪、凍團，應及時予以清理。

5）混凝土拌制過程中，可適當延長拌和時間，確保產出的混凝土有足夠的和易性和流動性。

4.3 混凝土澆筑施工

混凝土澆筑施工前，先清理附著在模板、鋼筋上的雜物，檢查模板、鋼筋的位置及穩(wěn)定性。在施工接縫部位澆筑混凝土時，先用碘鎢燈處理接觸面，或在該處澆淋熱水，直至接頭部位混凝土的溫度≥5℃為止。混凝土澆筑后，控制混凝土接合面的溫度，使其維持在正常的溫度區(qū)間內。

5 混凝土澆筑后的養(yǎng)護方法

為準確掌握不同養(yǎng)護條件下混凝土的強度變化特性，按照同條件制作14 組尺寸為150 mm×150 mm×150 mm 的標準試塊，每組3 塊。養(yǎng)護后，測定各自在3 d、5 d、7 d 齡期時的抗壓強度，分析各組試塊混凝土在不同齡期時的強度，明確其發(fā)展規(guī)律。分別對各組試塊用不同的養(yǎng)護方式，即標準養(yǎng)護、自然養(yǎng)護、暖棚養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護。對比分析不同養(yǎng)護方式下、不同齡期混凝土的強度（見表2），發(fā)現暖棚養(yǎng)護的效果最佳[3]。

表2 養(yǎng)護方式對混凝土強度的影響

5.1 現場養(yǎng)護方法

選擇暖棚和使用養(yǎng)護劑的綜合養(yǎng)護方案，在多重措施下保證混凝土成型效果。

5.2 暖棚支架的搭設

暖棚養(yǎng)護時，暖棚的平面尺寸為首要考慮對象，可按梁的水平投影尺寸，沿長、寬方向各加寬3 m。暖棚以鋼管、碗扣式扣件為基礎構件，形成主體框架，混凝土澆筑后于外側罩上養(yǎng)護罩（或帆布）。

5.3 澆筑混凝土

模板、鋼筋安裝到位并確認無誤后，組織單個混凝土梁澆筑施工，為避免夜間低溫對混凝土性能的影響，適宜安排在白天澆筑后隨即收面，并覆蓋塑料薄膜及棉被，避免混凝土凍傷。

5.4 暖棚養(yǎng)護

暖棚養(yǎng)護主要針對的是試驗梁，具體方法是，為其適配暖風機以提供暖風。暖風機要滿足以下要求：（1）啟動與停機溫度分別為5 ℃、10 ℃；（2）通常來說，不需要在提供暖風過程中進行灑水，一般使用覆蓋保濕方法即可；（3）當實際養(yǎng)護溫度＞15 ℃時，為避免混凝土表面因失水過多而出現開裂情況，要定期灑水養(yǎng)護；（4）測定箱梁外部、內部的溫度。

5.5 拆除模板后的養(yǎng)護

在拆除模板前，必須要確保其外部養(yǎng)護罩及頂部塑料薄膜已被拆除。需注意的是，拆除模板過程必須要嚴謹細致。除此之外，為了避免出現混凝土表面與周圍環(huán)境溫差較大而導致混凝土成型質量受到影響，在拆除模板前必須要確保暖風機已處于關閉狀態(tài)，同時還要適當降低墩體混凝土溫度。

拆除完模板后要及時涂抹適量養(yǎng)護劑，并將其覆蓋好塑料薄膜和棉被。一般來說，保溫、保濕、養(yǎng)護時間為14 d，在此之后則可以先將棉被拆除；而此時還需繼續(xù)使用用塑料薄膜養(yǎng)護至30 d 為止。

6 結語

在高速公路橋梁工程建設中，混凝土是重要的原材料，其耐久性必須得到保證。本文以具體工程項目為實例，介紹了高寒地區(qū)橋梁混凝土的耐久性，對混凝土原材料的選擇標準進行了分析，并就高寒地區(qū)橋梁施工中的混凝土拌制、澆筑及現場養(yǎng)護技術要點展開了詳細的研究，通過原材料的質量控制、施工工藝的優(yōu)化及合理養(yǎng)護措施，有效保證橋梁混凝土結構的耐久性。