基于 “三低一高”的橋面混凝土可靠性研究

夏茂賀

（中鐵上海工程局集團第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 常用的橋面混凝土特性

目前，我國橋面多數所采用的防水層方式有如下三種：1）卷材加聚氨酯涂料或水泥基膠型；2）聚氨酯涂料型的防水層；3）高聚物改性瀝青防水層。以上三種類型的防水層上均應該按照要求采用纖維混凝土保護層。防水的主要目的是為了防止橋面結構出現滲水現象，時間長了會導致結構出現變形導致出現安全問題；其次，是為了提高橋面的抗裂性能，防止橋面混凝土開裂后，碎裂成一些小的混凝土塊，在高鐵動車組經過時，利用風動力卷帶混凝土，損傷動車組外部構件。

區別于普通混凝土的特性，纖維混凝土具有優異的抗滲性、密實度高、防水性好、抗裂性好等優良性能近年來在例如交通、建房、橋梁、隧道電力、水利等各個方面得到了廣泛的應用。通過各類工程實踐證明采用纖維混凝土作為各類工程項目作為防水保護層，該保護層不但可以保證混凝土的抗滲性、堅固性、抗耐性、還可以延長其使用壽命，從而產生較高的社會和經濟效益。

2 纖維混凝土主要技術指標

1）纖維混凝土主要采用細石纖維混凝土，而纖維采用混合型的高鋯耐堿玻璃纖維，注意保證其摻量一般不小于2.8kg/m3，實際的摻量由試驗需求而確定。因為根據不同的配比會滿足不同的性能要求，但是也可能會影響其他功能，所以要加選擇合適的配比。

2）膠凝材料用量不大于360kg/m3；粗骨料采用整形與兩級配相結合的方式降低空隙率，粗骨料的孔隙率不大于38%，混凝土砂率宜控制在36%-40%之間。

3）通過現場攪拌來確定纖維混凝土的具體攪拌時間，并且要求規定的普通混凝土攪拌時間適當延長40s-60s，同時對于分散型纖維，規定其攪拌時間必須多于180s，注意在混凝土拌合過程中加入集束型纖維，攪拌時間以60s為宜。主要目的是為了在混凝土拌中確保纖維分散均勻。最終達到滿足實際工程要求的纖維混凝土的效果。

3 纖維混凝土的材料要求

第一、保護層纖維混凝土原材料

1）對于粗骨料，應采用5-10mm的碎石，其中空隙率不大于38%，對于空隙率達不到要求的骨料，應該進行整形的處理方法，同時通過二級配 （5-8mm、8-10mm）的混配來優化空隙率，不可以直接用于摻配2.5-5mm的碎石，粒徑小于5mm的碎石含量應該小于10%。

2）細骨料的細度模數應該≤2.7。

3）對于聚羧酸系的高性能減水劑，建議選用與礦物摻和料、水泥之間具有良好相容性的產品，從而保證混凝土不泌水、不離析，要保證坍落度保持能力應滿足施工要求。應該單摻引氣劑，混凝土中的含氣量應該保證在相對穩定的數值內。減水劑的抗壓強度比應小于140%，同時在進場后必須要進行相容性試拌，注意要留存試拌記錄。

4）建議采用高鋯耐堿的玻璃纖維，要求其集束型纖維摻量不小于2.5kg/m3，分散型纖維摻量不小于0.3kg/m3，檢驗項目和檢驗頻次必須符合公司 《橋面防水層施工指導意見》規定。

第二、保護層纖維混凝土生產

1）粗細骨料應長存儲、矮堆放，含水率應該保持穩定。

2）規定要求膠凝材料總量應該≤360kg/m3，用水量應≤140kg/m3。

3）對于分散型纖維，保證攪拌時間≥180s，在混凝土拌合過程中加入集束型纖維，保證以60s的攪拌時間。

4）針對混凝土，應該滿足具有良好的流動性和保水性，保證坍落度應該小于140mm、最好以110mm-130mm為宜。建議坍落度經時損失小于30mm/h。保證施工單位每車混凝土的各試驗不少于1次；監理單位留存影像。

5）混凝土出機含氣量應通過試驗確定，通常大于4%，以保證混凝土入模含氣量為4%-6%。

第三、保護層纖維混凝土施工

1）混凝土不得泵送澆筑。

2）入模前，混凝土必須對擋水堰、軌道板底座板側面進行濕潤。

3）綜合考慮混凝土振搗富漿、易于攤鋪、模面平整、坡度可塑、工序銜接順暢等因素來確定入模坍落度，入模坍落度應該保證在80mm-100mm，此外對入模溫度、含氣量檢測，對于施工單位，保證每車混凝土必須各試驗不少于1次；監理單位必須留存影像。

4）采用平板振搗器在混凝土攤鋪后，應該加強振搗，主要是手持式振搗器對混凝土邊緣進行補振，混凝土邊緣應該保證振搗充分，不得與擋水堰、軌道板底座板離縫。

5）振搗完畢混凝土后，必須及時跟進壓實抹面，保證4-6次的抹面次數，禁止采用灑水抹面。

6）嚴格規范保護層混凝土橫向、縱向排水坡的技術要求，混凝土表面保證不得積水。

7）入模時的混凝土溫度≤30℃，防水卷材表面溫度≤40℃，氣溫超過35℃時不得施工。雨天不得施工。

4 朝凌客專橋面防水項目優化調整

本次項目對朝凌客專起點—DK99+100的橋面進行防水保護設計。本項目原設計是對無砟軌道橋面防水采用 “薄涂型聚氨酯防水層”，后期基于 “三低一高”的總體優勢，各方面建議朝凌客專橋面防水采用 “高聚物改性瀝青防水卷材+改良C40細石纖維混凝土保護層方案”，故對本項目防水層形式進行了調整。

橋面防水項目優化調整步驟：①混凝土面打磨②涂抹高聚物改性瀝青防水卷材基層處理劑③鋪設卷材④封邊⑤鋪設改良C40細石纖維混凝土保護層。

變更設計優化后，無砟軌道橋面防水體系示意圖如圖.1所示：

5 “三低一高”的實驗配合比優化及設計

基于朝凌客專橋面防水項目進行纖維混凝土配合比進行合理的優化；按照表2的 “三低一高”進行優化配合比參數實驗。

表2的 “三低一高”進行優化配合比參數實驗

遵循的 “低膠凝用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的 “三低一高”方案對橋面進行配合比設計，考慮現場的混凝土的用水泥、減水劑粗細骨料以及各項性能指標、以及現場施工溫度都會對纖維混凝土的性能產生直接影響，因此，纖維混凝土的優化配合比成為重中之重。基于 “三低一高”的技術要求，通過不斷地進行配比調整，來確定纖維混凝土最終施工配合比。配合比及相關指標要求如下：具體指標要求：膠材用量≤360kg/m3，坍落度≤140mm，初凝時間≥ 14h，玻璃纖維摻量 ≥ 2.8kg/m3，3d抗壓強度 ≤20MPa，用水量 ≤140kg/m3，砂率 ≤38%，入模含氣量 ≥4～6%。

按照實驗要求進行的 “三低一高”優化配比，對防裂性和耐久性以及防凍性能均大大提高。

6 “三低一高”的優異性

防護墻側橋面防水施工，依次在擋渣墻 （防護）墻內側與橋面交角處設置3*3cm的倒角，涂刷基層處理劑，在防護墻側鋪貼防水卷材，用聚氨酯防水涂料封邊長100mm高50mm，最后纖維混凝土保護層澆筑。第一、以往的設計中往往使用較高含量的膠凝材料，除了會帶來生產費用較高外，也會引起環境問題，同時會使在澆筑的階段造成混凝土水化熱較高，使其硬化后的收縮和徐變較大，容易造成混凝土的表面開裂，從而最終會影響結構的耐久性和使用壽命。因此，在混凝土的生產過程所造成的環境問題逐步被提上日程，需要降低混凝土對環境的負擔。在充分考慮降低膠凝材料用量的同時，要兼顧其工作、力學及耐久性能等方面的一系列考慮因素；因此低膠量普遍受行業內部推崇。針對降低膠凝材料的迫切性及廣闊的市場，重點體現了它的雙重價值。第二、由于在混凝土施工的施工過程中往往需經過攪拌、澆筑，包括到現場的運輸時間以及停放原料的時間，一旦時間過長，便會導致混凝土的和易性出現降低，也就是外界常說的坍落度損失，這樣會對混凝土施工性以及后期層結構產生大量浮漿，最后導致產生剝落的后果。故需要對混凝土坍落度進行深入分析，提出降低坍落度的方案，不僅能避免層結構出現剝落的危險，更能增加原材料的利用率，使得使用壽命增加。

第三、在混凝土的施工過程中，往往需要消耗大量的水，這樣帶來的后果是會使得混凝土的干燥收縮大，從而最終造成易開裂的后果。因此要提出低用水量的方案。減少用水量既可以縮小混凝土的干燥收縮，從而避免造成材料開裂的后果。

第四、含氣量在混凝土外加劑中處于獨特的地位，目前在國際上，能顯著的改善混凝土的勻質性與工作性，能夠大大提高混凝土抗凍性，對改善混凝土的性能具有諸多的非同尋常的特殊功效。在混凝土的整個發展過程中，含氣量起到了非常重要的作用，特別是在混凝土的耐久性方面。雖然含氣量相對非常小，卻能因使各種混凝土在攪拌過程中引氣而大幅度改善在混凝土的抗凍融循環方面的耐久性，主要應用在橋面、堤壩和港工等方面，大大提高了它們的使用壽命，因此，含氣量對于混凝土是一種非常重要的。所以，至今，主要研究提出如何增大含氣量的方案，并應用在實際混凝土橋面構造中。

7 結語

綜上所述，隨著我國的科學技術水平不斷提高，新型的施工材料廣泛應用于市政橋梁的建設施工中，采用 “高聚物改性瀝青防水卷材+改良C40細石纖維混凝土保護層方案”遵循 “低膠凝用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的“三低一高”優化方案進行配合比設計參考依據，采用低膠使用量，是為了防止混凝土表面開裂、表面收縮及徐變增大，提高結構的耐久性和正常使用壽命需要；低用水量主要是為了防止出現開裂現象；通過良好的流動性及保水性降低了坍落度，此外高含氣量的作用是提高了防凍能力，這四條規范按照防水混凝土原材料的合理選擇、優化的混凝土配合比設計，此外，重視纖維、外加劑、防水涂料等對混凝土抗滲、防裂性能的提高作用，提高施工工藝水平，這幾種因素相互配合，互相影響，既提高了設備的使用周期又提高了經濟效益；重要的是滿足了防水混凝土的要求。通過對實際橋面的數據分析，充分肯定了 “三低一高”防滲水功能的優越性，防水玻璃纖維混凝土不易產生裂痕，耐久性能更強的優越性，為以后的橋面防水層的相關工程應用提供理論參考依據。