大體積抗凍融混凝土在市政橋梁工程中的應用

李雙營

（青海民族大學建筑工程學院，青海 西寧 810007）

抗凍性指材料在反復抵抗凍融循環的過程中性能仍保持完好，在試驗時可采用快凍法與慢凍法，前種方法應用較多[1]。此外，混凝土受凍的主要表現為開裂和剝蝕，主要由于材料內部含有可凍水或處于溫度變化較大的環境中，因此在改善混凝土本身性能時可采取優化配合比的處理方式。

1 混凝土溫度裂縫危害

在國家城市化不斷發展過程中，道路壓力不斷增大，對于橋梁穩定性也提出更高需求。大體積混凝土產生的溫度裂縫不僅會影響橋梁工程使用壽命和應力狀態，同時還會對混凝土耐久性造成很大程度的不良影響，甚至導致橋梁倒塌，危害公民生命財產安全。在橋梁工程建設過程中，混凝土結構應力和溫度應力不斷疊加，改變整體結構應力，導致橋梁運營安全性無法得到有效保障。在形成深層裂縫或貫穿裂縫之后，將造成更大程度的危害。基于此，在設計過程中，需要對其結構設計和溫控設計加強重視，確保混凝土質量能夠最大程度滿足現代社會發展需求。

2 工程概況與技術路線

本工程的主墩承臺及輔助墩承臺分別為4座和6座，主橋西側與東側的承臺尺寸分別為4 770m3和1 126m3，埋深均為4.5m。

結合本工程實際情況來看，要求混凝土抗凍融達250次。在其他因素保持穩定狀態時，抗凍融性與混凝土強度成正比，而混凝土強度在水膠比不變時與水泥用量成正比。因此要提高混凝土抗凍性能，最有效的方式是增加水泥用量[2]。但本工程為大體積混凝土，如果過量添加水泥，必然會增大水化熱，導致混凝土結構溫度控制難度較高，進而出現裂縫，使混凝土持續劣化，侵入水分和其他侵蝕性介質，加快混凝土結構破壞速度。此外，根據研究結果來看，抗凍性與孔隙大小、數量、降溫速度、混凝土強度等因素直接有關，目前在提高抗凍性時主要是通過優化配合比實現。可添加化學外加劑，引入穩定性較強的微小氣泡。另外，礦物摻和料有助于提高混凝土的耐久性，并且加入礦物摻和料后可發生物理及化學等多種類型的反應。另外，為避免水泥含量過高，可部分由粉煤灰替代，盡管在應用初期會影響混凝土強度，但在應用后期能夠明顯增強混凝土強度，礦渣粉也具有同樣作用，并且填充和活性效應十分顯著。此外，本工程需要同時滿足早期低溫升及后期抗耐久性2項要求。

3 原材料及試驗

在進行工程施工過程中，原料應用是工程質量的重要保障。基于此，必須對其應用材料嚴格控制。首先需要重視水泥選擇，選擇具有較長凝結時間和較低水熱化的水泥。可選擇硅酸鹽水泥，性能指標如表1，2所示。同時，在選擇骨料時，需要對骨料堿活性認真檢查，避免在進行施工作業時水泥與其發生堿骨料反應，從而導致裂縫產生。粗骨料選擇級配碎石，細骨料細度模數為2.6，粗細2種骨料的表觀密度分別為2 685，2 661kg/m3，減水劑減水率為29%。粉煤灰及礦粉分別選擇Ⅱ級和S95級，物理性能如表3，4所示，并根據工程要求合理開展混凝土配合比試驗，如表5所示。

表1 水泥化學成分%

表2 水泥物理力學性能

表3 粉煤灰技術指標

表4 礦粉技術指標

表5 混凝土試驗配合比

在工程施工過程中，需要對混凝土配合比進行多次試驗，最大程度確保混凝土配制的科學性和合理性，能夠使混凝土應用價值得以有效提升，避免混凝土質量為項目施工造成不良影響，進一步保障工程質量。合理應用雙摻技術進行混凝土配制，將高效減水劑和粉煤灰同時添加進混凝土內，高效減水劑能夠使水泥用量有效減少，確保混凝土具有更高可泵性，從而使混凝土水化熱有效降低。在冬季施工時選擇使用普通型，在夏季施工作業時選擇使用緩凝型，能夠使混凝土結構溫度應力有效降低。與此同時，粉煤灰具有一定程度的滾珠效應和火山灰活性，能夠使混凝土具有更高的強度，從而使其抗凍性能有效提升。

結合配合比進行坍落度損失、含氣量、抗凍性試驗，在試驗過程中應選擇專業的檢測機構，確保檢測結果更加可靠。

4 試驗結果及分析

通過表6可看出，粉煤灰和礦粉的添加有助于提高混凝土的流動性，有效控制坍落度損失量，將其控制在較小程度，并且能夠促使混凝土的和易性更好[3]，抗壓強度如圖1所示。坍落度和含氣量同時處于較高狀態時，與氣泡容易保持的性能有關，并且將含氣量控制在3%～5%時混凝土的抗凍性能最好。

表6 坍落度及含氣量

結合表6和圖1可發現，如果水泥添加量較多，混凝土強度在早期相對較高。在早期礦粉和粉煤灰兩種添加劑的活性較高，對于控制后期的水化反應具有重要作用。并且這2種添加劑可優勢互補，增加混凝土的硬化強度，促使混凝土早期的水化速度得到控制，降低至合理的范圍內。等到60d齡期，粉煤灰摻量為35%時，抗壓強度達到最佳，粉煤灰摻量為25%～35%時，混凝土的抗壓強度較好。

圖1 不同粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

圖2為不同配合比狀態下的溫升曲線，配合比1，2，3，4，5 所對應的最高溫升分別是 67.2，62.1，64.9，59.3，55.1℃。 配合比5早期的升溫最為緩慢，主要是由于該配合比中水泥用量較少，而其他2種添加劑用量較多所造成的。這2種添加劑水化反應較慢，能夠將早期水化熱降低至最小，避免混凝土出現裂縫，可保護混凝土。

圖2 絕熱溫升曲線

綜合強度及溫升結果來看，配合比5效果最好，可開展凍融循環試驗，質量損失率如圖3所示[4]。評定時可將最大循環次數作為依據，條件是彈性模型和質量損失率分別高于60%和低于5%。凍融300次時，配合比1，4，5所對應的質量損失率分別為3.78%，3.71%，4.80%。因此選擇配合比5最為合適。

圖3 質量損失

5 施工注意事項

1）確保拌合物入模時的和易性較好；結合工程建設要求合理控制振搗時間，糾正振搗時間越長，材料性能越好的錯誤觀念，否則就會導致有益氣泡被嚴重破壞。

2）混凝土澆筑作業結束后，需要對其進行保濕和保溫，確保混凝土澆筑塊體降溫速度和內外溫差均能夠最大程度滿足溫控指標需求，養護時間需要基于溫度應力進行控制。本次選擇使用保濕養護法，整個養護過程應連續開展而不能中斷，養護時間控制在兩周左右最為合適。在養護過程中應定期檢查塑料膜及涂層是否完整。混凝土表面干燥時應及時灑水，確保混凝土密實度更高且強度能夠持續增長。

3）在拆除具有保溫功能的覆蓋層時不能一次性全部拆除，而應采取分層拆除的處理方式，可全部拆除的標志是混凝土與外部溫差低于20℃。于此同時，大體積混凝土表面通常會存在一定程度的泌水現象，如果泌水量與混凝土坍落度和外加劑成分之間具有直接關系，需要對其進行及時排除，確保混凝土質量有效提升。

6 結語

總而言之，同時添加粉煤灰和礦粉不僅能夠降低水化熱，并且能夠提高混凝土強度。引氣劑的加入則能夠使混凝土的含氣量更加合理，提高其抗凍性。在優化配合比時，需要把握好這2個關鍵點，確保內部溫升及抗凍性均能夠滿足工程建設要求，進而有效保障工程建設質量，在一定程度上推進我國經濟道路橋梁建設，使其為國家經濟發展貢獻更大的力量。