混凝土橋面混凝土配比設計與工程應用

趙 紀 王安德

1. 安徽陽光半島混凝土有限公司，安徽淮南 232000；2.太湖瑞獅建材有限公司，安徽安慶 246400

現階段，經濟社會的飛速發展推動了國內高速公路的快速發展，再加上交通壓力的上升，使得公路橋面經常性的處在一個超負荷狀態下，最終導致大量的公路橋面鋪裝層被破壞，如路面鋪裝層裂縫現象，在一定程度上影響了正常的交通運行。為了保證正常的交通運輸，降低正常交通運行的影響，就必須通過性能良好的快速修補材料來應對。

1 混凝土橋梁橋面鋪裝快速修復方案及混凝土配比設計

1.1 工程概況

該高速公路工程為雙向四車道，全長約80km，K120+665分離立交橋組合為4×38m，立交橋下部機構為柱式臺墩、樁基礎，上部是鋼筋混凝土結構，下部支座使用的方形橡膠支座。該段公路開通運營超過十年，經過長時間的運營橋面已經出現了多處破裂、露筋等病害，并且諸如鋼筋銹蝕等病害還有加劇惡化的趨勢，橋面鋪裝層維修加固工程迫在眉睫。同時，該段立交橋公路屬于特殊路段，受外部條件的限制，本次工程項目在開展路面鋪裝層修復的過程中不占用其他行車道路，所以這對于與快速修復方案以及混凝土材料的組合使用就提出了更高的要求。

1.2 快速修復設計方案

根據該段高速公路分離立交橋的實際病害狀況以及運行要求，對于橋面鋪裝層病害的修復使用快速修復和混凝土材料組合配比的方案進行：

具體的維修首先是混凝土材料設計，要求混凝土材料初凝時間保持在1～3h，終凝時間控制在3～6h，在滿足通車條件的基礎上保證2d～3d的混凝土強度；

其次，原有混凝土路面鑿毛深度要保持在4mm以上，完成鑿毛之后的路面需要涂刷水泥漿；

再者，鋪裝層維修過程中要對施工左側立交橋主梁做臨時加固支撐處理，加固支撐要使用滿堂鋼支架和方木組合，等到混凝土養護結束之后再拆除支架；

最后，新維修完工的橋面車速要控制在60km/h以下，禁止車輛急走急停。

1.3 混凝土配比設計原則

混凝土材料配比設計要在滿足工作性要求的基礎上，來合理地確定原材料的品質、設計強度等級、耐久性以及施工工藝，然后經過計算、試配以及不斷地調整來確定。實際過程中要根據施工需求來配制混凝土，高性能混凝土配比設計首要的必須要考慮到材料的耐久性，之后根據具體的施工工藝來確定強度和拌合物工作性，再通過反復的試配和調整滿足使用要求。

為了更好地提升混凝土材料的耐久性和抗裂性能，可以適當地添加粉煤灰、礦渣粉或硅粉，通過性能試驗來確定具體的礦物外加劑用量。另外，化學外加劑的使用量需要滿足混凝土規定的水膠比以及工作強度；同時，化學外加劑的使用量不能過多，因為用量過多范圍會影響到混凝土的凝結時間以及強度，對后期工程質量產生不利的影響。

1.4 鋪裝層混凝土配比設計

（1）混凝土強度配制。按照鋪裝層快速修復的需求，混凝土材料的設計強度為50±0.5MPa，根據材料設計強度可以得出配制強度約為58.2MPa，其中包括了水量、漿液體積、空氣體積、水泥密度以及摻合料用量、密度等。

（2）水泥質量。混凝土材料中最重要的試配用膠凝材料即為水泥，所以水泥質量的好壞將會直接影響到試配混凝土的質量。對于水泥的選擇首先要滿足普通混凝土配置要求，更重要的要注意水泥內在質量穩定性以及和高效減水劑的相容性，同時要選擇富余強度較高的水泥。水泥相容性主要體現在水灰比大小和塌落度損失率兩個方面，高性能混凝土材料的配制過程中水泥細度要比表面積多出300m2/kg以上，因為不同種類的水泥其化學成分構成也有一定的差異，故而其使用范圍也有差異，本次工程使用高性能混凝土選擇普通硅酸鹽水泥或者是礦渣硅酸鹽水泥。

（3）砂率和集料用量。根據本次工程概況計算得出的混凝土初始配比標準為水泥、砂、石、水的比例為452∶676∶1094∶155，而以上這些材料配比標準計算中并沒有考慮水泥砂石的物理力學性質以及混凝土材料的塌落度等問題，所以這些沒有考慮到的問題都需要在后續的實驗試配中進行解決。通過后期的試配試驗，然后根據混凝土和易性以及具體強度要求得出所有材料基準配合比如下：水泥∶石子∶砂∶水泥∶聚丙烯纖維∶聚羧酸減水劑為500∶784∶675∶140∶0.7∶19.5，水膠比為0.28，膠泥材料的使用量為452kg，砂率為0.37，砂漿體積為450L，表面密度為2.56kg/L，使用的石子表面密度要高于砂漿表面密度，為2.77kg/L，混凝土初始的塌落度為200mm，一小時以后為190mm。

2 混凝土橋面鋪裝層快速修復混凝土理學性能測試

（1）混凝土力學性能測試。對于混凝土力學性能的測試主要是參照《普通混凝土力學性能測試方法標準》來進行的，相較于普通的混凝土結構而言，摻加了粉煤灰、礦渣粉或硅粉等材料的高性能混凝土結構早期的時候本身的抗壓強度都相對較低。但是，從后期的測試結果可以看出，摻加了這些材料的混凝土后期的力學性能都能夠滿足工程結構設計需求。因為粉煤灰、礦渣粉以及硅粉等在初期并不會參與到水化反應中，并且高性能混凝土材料相較于普通的混凝土材料，在初期階段水泥用量相對較少，所以發生的水化反應就不如普通混凝土材料快。從實際的效果來看，使用粉煤灰來等量代替一部分的水泥配制高性能混凝土的方法是可行的。

具體的測試首先根據性能測試實驗需求，對混凝土材料含泥量、含水量以及配比大小進行實驗，具體的實驗配比如表1所示。

表1 混凝土材料用量配比數據（單位：kg/m3）

表1中標號1的混凝土材料配比數據是未經過水洗的材料用量，編號2是經過水洗之后的材料用量。

后期實驗根據表1中的兩組編號材料數據進行混凝土抗折彎強度以及抗裂、抗壓強度等進行試驗，最終的試驗結果顯示，編號1和2材料配比狀況下的混凝土抗壓強度會隨著時間的增加不斷地增強，同時編號2配比的混凝土抗壓強度隨時間增強的幅度高于編號1。

兩種材料用量情況下的抗折強度都會隨著時間的增加不斷提升，而編號2配比的混凝土整體的抗折強度高于編號1。隨著時間的增加，經過抹膠處理的混凝土和沒有經過抹膠處理的混凝土抗劈裂強度都會有所提升，但是后者的混凝土材料強度始終比前者弱，所以經過試驗可以得出第二種編號用量的混凝土材料不論是在抗折彎強度、抗壓強度以及劈裂抗拉強度等方面，其性能都比較優越。

（2）混凝土氯離子滲透性能測試。混凝土氯離子滲透性能一方面可以體現混凝土材料的密實程度，另一方面還可以較好的反應混凝土材料抵抗外部介質向內部侵蝕的效果。同時，氯離子滲透性能還是測試混凝土材料耐久性的重要指標，該測試選擇的對象為直徑100mm、高度50mm的柱體，混凝土結構抗滲透性能的評價主要是根據試件總電量來進行的。試件電量越小說明混凝土結構的抗滲透性能越好，同理其密實性也就越高。通過對試件對象的測試，結果表明添加了粉煤灰、礦渣粉或硅粉等礦物成分的混凝土材料其抗滲透性能有了明顯的提升，混凝土材料的總電量都在500C以下，這個結果也表明添加了礦物成分的混凝土材料抗滲透性能相較于普通混凝土有了顯著提升，而這種高性能混凝土材料的抗氯離子侵蝕能力也十分優越。

3 結論

綜上所述，本文以實際的工程案例為標準，通過對公路橋面鋪裝層快速修復工程的試驗結果可以看出，利用快速修復的工程方案，再加上合理的混凝土材料配比是可以滿足實際工程需求的，并且通過對修復方案的試驗優化以及快速修補混凝土工程，還可以大幅度的減少對正常交通運行的影響。

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