抗凍混凝土在高速公路中的應用

（中交四公局第一工程有限公司，北京 100020）

本研究以松通高速公路一工區項目為依托，該項目路線全長30km，路基寬27m，其中，大橋314米/2座、中橋288米/4座、小橋123米/4座、通道248米/8座、天橋1891米/16座、匝道橋1109.5米/5座。主線橋梁的護欄底座、伸縮縫以及墻式護欄均涉及到抗凍混凝土的設計，且設計方案對混凝土的材料質量做出了明確要求，并制定了完善的施工工藝。例如，墻式護欄混凝土內側應采用透水模板布進行處理等。本文主要對項目所得結論進行普及推廣，以期對同類施工項目有所啟發。

一、設計要求

粗集料：優先選用玄武巖、安山巖等偏堿性巖石，且巖石潔凈、質地均勻，具有級配良好的碎石，不得含有泥塊。

細集料：選用天然潔凈的河砂。

水泥：選用礦物外摻料為硅灰，且強度等級在42.5以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

減水劑：選用具有引氣功能的聚羧酸高效減水劑，禁止使用萘系減水劑。

引氣劑：選用三萜皂苷、松香熱聚物類或改性松香皂類作為引氣劑。

二、抗凍混凝土配合比優化

通過大量的室內及現場試驗，研究組按照設計要求開展了C30、C40、C50抗凍混凝土配合比的優化設計，并確定了摻配比例。

（一）C30抗凍混凝土配合比優化

水泥選用吉林亞泰P.O42.5；細集料采用潔凈河砂（中砂），細度模數為2.7；粗集料為粒徑低于31.5mm的玄武巖，確定粗集料級配應當使用最大容量法，比例分三檔：4.75～9.5mm：9.5～19mm：19～31.5mm=21:59:20；外加劑采用引氣減水復合型外加劑；硅灰采用SF94型硅灰，摻量為5.2%；按照最大緊方密度法確定C30抗凍混凝土砂率為42%，基準水膠比為0.42，實測坍落度200mm，表觀密度2400kg/m3，C30抗凍混凝土配合比如表1所示。

表1.C30抗凍混凝土配合比

（二）C40抗凍混凝土配合比優化

C40抗凍混凝土與C30抗凍混凝土所用原材料均一致，僅調整了一部分材料的指標，包括水膠比和相關膠凝材料的使用劑量等，C40抗凍混凝土配合比如表2所示。通過試驗得出，7d時C40抗凍混凝土的抗壓強度達到41.2MPa，28d時其強度達到49.7MPa。

表2.C40抗凍混凝土配合比

（三）C50抗凍混凝土配合比優化

由于項目沿線性能優良的一級粉煤灰較少，因此，在進行C50抗凍混凝土配合比優化時，將硅灰作為摻和料。同時，將實測坍落度控制在190mm以內，將最大粒徑控制在19mm以內，將表觀密度控制在2450kg/m3，C50抗凍混凝土配合比如表3所示。通過試驗得出，7d時C50抗凍混凝土的強度為52.4MPa，28d時其強度達到60.8MPa。

表3.C50抗凍混凝土配合比

三、混凝土抗凍輔助措施

（一）硅烷浸漬

根據設計要求及試驗分析，松通高速公路的相關構造通過硅烷浸漬。該物質的主要原料為異丁烯三乙氧基硅烷（占比超98.9%），在配制過程中，要嚴格把控可水解氯化物、硅氧烷的含量，將其占比分別控制在0.01%、0.3%以內。此外，還要按照相關要求保存硅烷浸漬材料，將其密封并存放于陰涼處，以免影響使用性能。

在使用硅烷浸漬材料時，務必遵循以下要求：確保施工專用架的安全性，檢查各焊接口有無損壞，且焊縫高度不低于較薄構件的厚度；確保欄桿的焊接質量，注意把控欄桿的高度，確保其高于90cm；每完成500m2的硅烷浸漬施工，同步對一組箱梁濕接縫混凝土試塊進行浸漬，該試塊噴涂面的處理與同梁體的硅烷浸漬要求相同，處理完成后，將試塊放置在相應的硅烷浸漬施工范圍內，并與箱梁同條件養護。在試塊上做好標記，以便后期檢測。

（二）透水模板布

選用的透水模板布應該符合規范要求，該措施的工藝流程為：清理模板表面→噴涂膠水→粘貼模板布→邊緣固定及搭縫處理→模板安裝→混凝土澆筑→拆除模板→清水沖洗表面→后續施工。在施工過程中，還應該注意以下幾點：依照模板尺寸裁剪模板布，預留5cm排水處；待膠水成無色狀時再粘合；粘貼務必迅速、準確，每5m in至少粘貼2m；施工前做好各項準備工作。

四、結語

本項目位于地勢平坦的松嫩平原，工程涉及區域大多數為旱田。高速公路沿線構造物數量龐大，全線主線橋梁構件的水泥混凝土均采用抗凍混凝土設計與施工。通過雙摻粉煤灰、硅灰提升混凝土的抗凍性能，一方面可以降低工程造價，大幅壓縮施工成本；另一方面，水泥混凝土抗凍技術的實施，可明顯延長橋梁構造物表面凍融敏感部位的水泥混凝土使用壽命，預計工程運營期內，可節省維修與養護費用12%以上。

總體而言，該工藝在經濟效益、生態效益、社會效益方面具有明顯優勢。大量粉煤灰被應用于施工項目后，為電廠節約了占地費用和倒運費，具有顯著的間接經濟效益；道路沿線豐富的工業廢材成為生產礦物超細粉的優質原材料，改善了生態環境，取得了良好的生態效益；使用后，橋涵構造物的抗凍性能得到提升，沿線設施的景觀得到改善，具有重要的社會效益。