高速公路橋梁施工中高性能混凝土技術(shù)研究

羅義龍、魏海濤

（1.江西省交通工程集團(tuán)有限公司，江西南昌330000；2.江西贛粵高速公路股份有限公司南昌南管理中心新建養(yǎng)護(hù)所，江西南昌330000）

0 引言

在高速公路橋梁建設(shè)中，高性能混凝土技術(shù)的應(yīng)用可以提升路橋項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量。高性能混凝土技術(shù)具備施工效率高、耐久性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，由此其在高速公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行分析，尋找出更為科學(xué)有效的技術(shù)策略意義重大。

1 高性能混凝土優(yōu)勢(shì)分析

1.1 良好的耐久性

從高性能混凝土的使用狀況來(lái)看，這種新型材料具有傳統(tǒng)混凝土不具備的優(yōu)勢(shì)。高性能混凝土在使用過(guò)程中，需要按照一定的比例實(shí)現(xiàn)有效的混合和處理。通過(guò)不同比例的膠水加入，可以有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)性能的提升，確?；炷敛牧系姆€(wěn)定性和高抵抗性能，減少不必要的損害和流失，將高性能混凝土應(yīng)用在高速公路橋梁建設(shè)中，不僅能夠延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，還有助于整體性能的穩(wěn)定。

1.2 穩(wěn)定性

在使用常規(guī)混凝土材料時(shí)，外部環(huán)境很容易影響混凝土的性能。尤其處于自然環(huán)境下，發(fā)生腐蝕性的可能性偏高。而高性能混凝土能夠更好地抵抗不同層面的侵蝕壓力，能夠更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求。這種全新的混凝土中的水泥含量較高，制備過(guò)程中的用水量較少，具有良好的收縮性和彈性，能夠達(dá)到綜合穩(wěn)定的整體效果[1]。

1.3 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性更為顯著

在采用高性能混凝土施工時(shí)，整體操作步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要使用大量的混凝土，同時(shí)，對(duì)鋼筋的消耗也較降，有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。并且，隨著施工系統(tǒng)的完善，最終的施工效果能夠達(dá)到良好的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性十分明顯，可為建筑行業(yè)帶來(lái)更加直觀的經(jīng)濟(jì)效益，其在道路橋梁工程中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

2 公路橋梁工程施工中高性能混凝土的應(yīng)用

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

為了保證施工順利推進(jìn)，在正式施工前，一定要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及周圍情況進(jìn)行勘察，并做好基礎(chǔ)性的記錄工作。嚴(yán)格落實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)任務(wù)和目標(biāo)，選擇合適的混凝土攪拌場(chǎng)所，確保交通的順暢度和地面的平整度，將攪拌機(jī)等相關(guān)器械設(shè)備放置在指定的位置。結(jié)合具體的施工條件要求，進(jìn)一步購(gòu)置相關(guān)設(shè)施，嚴(yán)格按照相應(yīng)的預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)推進(jìn)各項(xiàng)工作。按照質(zhì)量要求嚴(yán)格落實(shí)材料質(zhì)檢情況，并對(duì)水泥進(jìn)行生產(chǎn)安全性檢驗(yàn)。前期所有準(zhǔn)備工作落實(shí)后，才能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝處理，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的放樣操作。精準(zhǔn)指導(dǎo)，保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)圖紙能夠?qū)崿F(xiàn)有效落實(shí)到實(shí)際施工環(huán)節(jié)，特別是涉及縮縫和脹縫的細(xì)節(jié)問(wèn)題，需要進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2.2 保證不同原材料用量精準(zhǔn)

在高性能混凝土的制備環(huán)節(jié)，整體流程相對(duì)穩(wěn)定，稱量方式和堆料要求嚴(yán)格，不會(huì)出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。在攪拌過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)的操作人員要結(jié)合混凝土的動(dòng)態(tài)狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如果出現(xiàn)黏稠度過(guò)高的現(xiàn)象，要進(jìn)行人工調(diào)試，以充分保證不同原材料的用量精準(zhǔn)。

2.3 澆筑方式

高性能混凝土的澆筑一般有布料、振搗、抹平和修整四個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)澆注環(huán)節(jié)，需要按照指定要求，做好高性能混凝土溫度和濕度的測(cè)量，落實(shí)各項(xiàng)指標(biāo)和任務(wù)。可以結(jié)合實(shí)際情況采用適宜的澆筑方法，但要按照嚴(yán)格要求實(shí)現(xiàn)多次泵送和平均攤鋪，還要嚴(yán)格控制混凝土的泵送量和操作間隔。在攤鋪過(guò)程中，可以結(jié)合振搗效果實(shí)現(xiàn)有效的拆分。整個(gè)過(guò)程要按照合理的流程和步驟開(kāi)展，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的撞擊損壞。此外，要做好提前的預(yù)埋件處理和鋼筋布置[2]。

2.4 混凝土運(yùn)輸和泵送

在高性能混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，需要控制運(yùn)輸時(shí)間，避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)材料性能造成影響。在公路橋梁等項(xiàng)目施工中應(yīng)用高性能混凝土?xí)r，要保證運(yùn)輸環(huán)節(jié)不出現(xiàn)嚴(yán)重的離析和漏漿現(xiàn)象。如果產(chǎn)生嚴(yán)重的離析問(wèn)題，在使用前還需要進(jìn)行二次攪拌。當(dāng)材料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)之后，要將這些高性能混凝土裝入泵車料斗。若澆筑厚度偏大，可借助串筒進(jìn)行澆筑。一般情況下，可逐步移動(dòng)下料口，選擇合適的固定形式實(shí)現(xiàn)有效的時(shí)間控制，要嚴(yán)格把握泵送方向和泵送距離，實(shí)現(xiàn)更高層次的處理。施工結(jié)束之后，應(yīng)全面清除管內(nèi)混凝土，并將管路沖洗干凈[3]。

2.5 振搗

混凝土澆筑完成后，要進(jìn)行振搗。振搗器分平板式和插入式兩種?；炷翝仓雍穸葹?3cm 的，一般會(huì)選用平板式。在壓實(shí)路面環(huán)節(jié)，要關(guān)注壓實(shí)的深度和速度，并全面把握路面溫度的實(shí)際狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)中的各項(xiàng)問(wèn)題。在施工環(huán)節(jié)，接縫位置一般需要進(jìn)行反復(fù)碾壓，同時(shí)要保證混合料的平整度，確保碾壓效果。

2.6 養(yǎng)護(hù)工作

振搗工作結(jié)束后，應(yīng)對(duì)暴露的部分進(jìn)行覆蓋，通常選擇塑料布或者篷布。保護(hù)層混凝土結(jié)構(gòu)在發(fā)生初凝之前，應(yīng)該用抹子進(jìn)行表面處理，之后才能進(jìn)行二次覆蓋。此環(huán)節(jié)禁止覆蓋物直接接觸到結(jié)構(gòu)表面，還要對(duì)塑料膜進(jìn)行嚴(yán)密覆蓋，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的凝結(jié)水現(xiàn)象。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，通常選擇噴淋水和蒸汽的方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行集中處理。等到公路橋梁的構(gòu)件全部拆除之后，通常采用蓄水或覆蓋灑水的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。除此之外，選擇草簾或麻布等材料，合理控制內(nèi)外部溫度。如果外部的溫度小于5oC，就要做好保溫處理。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)合理控制內(nèi)外溫差，并保證所有結(jié)構(gòu)均處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆模處理時(shí)，如果和流水發(fā)生接觸，應(yīng)該進(jìn)行防水處理，并達(dá)到14 天以上的養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)[4,5]。

3 高性能混凝土的影響因素

3.1 配合比的影響

配合比會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生直接影響，這是關(guān)鍵性的參數(shù)。配合比設(shè)計(jì)的目的是提升混凝土的性能，保證其耐久性合格。耐久性的影響因素主要是材料的均勻性、穩(wěn)定性及原材料的質(zhì)量等；強(qiáng)度需要達(dá)到構(gòu)件強(qiáng)度性能的要求，而強(qiáng)度性能的影響因素主要是水膠比和礦物加入的比例，由于存在界面的干擾和影響，必須全面管理、控制好粗集料的粒徑、砂率、漿體數(shù)量。拌和物的性能極為重要，必須保證其穩(wěn)定性與流動(dòng)性符合標(biāo)準(zhǔn)，且無(wú)離析問(wèn)題，為確保水泥漿液的質(zhì)量符合要求，必須全面控制級(jí)配及外加劑的比例。具體來(lái)說(shuō)，要做好下述幾個(gè)方面的控制：第一，水膠比。水膠比過(guò)小，不利于混凝土的攪拌，會(huì)導(dǎo)致混凝土材料無(wú)法充分混合，水化反應(yīng)難以達(dá)到充分反應(yīng)的要求，流動(dòng)性難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；水膠比過(guò)大，容易影響混凝土的密實(shí)度，抗?jié)B性無(wú)法滿足要求，離析問(wèn)題會(huì)較為嚴(yán)重。第二，砂率。如果砂率較大，混凝土的強(qiáng)度性能會(huì)下降，如果砂率較小，會(huì)出現(xiàn)黏聚性較差，沁水、離析等問(wèn)題。第三，膠骨比。膠骨比控制在35∶65左右，如果膠骨比較大，容易導(dǎo)致混凝土的制作成本升高，水化反應(yīng)也會(huì)變得更強(qiáng)，容易引發(fā)溫度裂縫；如果膠骨比較小，則會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降、可泵性不合格。

3.2 選料的影響

原材料的性能和質(zhì)量會(huì)影響工程效果，如果原材料存在質(zhì)量問(wèn)題，必然會(huì)降低整體工程質(zhì)量。以水泥材料和摻和料為例進(jìn)行分析。

第一，水泥材料。水泥需選用硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，若是選用含堿量高的水泥，則會(huì)影響水泥的分散性和混凝土流動(dòng)性，使混凝土坍落度損失過(guò)大。加入石膏可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，但要注意水泥和石膏的比例，還要分析水泥和高效減水劑是否相容，如果相容性較差，會(huì)影響減水劑的使用效果，也會(huì)導(dǎo)致坍落度損失。

第二，摻和料。加入摻和料可以降低溫度，促進(jìn)材料性能的提升，實(shí)現(xiàn)后期強(qiáng)度的提升，保證結(jié)構(gòu)的性能合格，且耐腐蝕性也會(huì)得到一定程度的提高，特備是對(duì)堿-集料反應(yīng)的抑制作用。比表面積超過(guò)400m2/kg 的磨細(xì)礦渣粉活性好，能夠減小泌水性，但比表面積過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致早期形成的水化熱較大，造成較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。此外，拌和物的黏稠度過(guò)大也會(huì)影響泵送效果。

3.3 抗凍性能對(duì)混凝土的影響

凍融破壞的機(jī)理是溫度在0oC 以下時(shí)，凍害會(huì)先從溫度較低的位置開(kāi)始，表面毛細(xì)管的水先開(kāi)始凍結(jié)，隨著這種相變的發(fā)生，會(huì)形成較大的膨脹壓力，其他的水分則會(huì)沿著內(nèi)部通道進(jìn)入毛細(xì)管內(nèi)，經(jīng)過(guò)水的運(yùn)動(dòng)作用，形成液體壓力；隨著溫度進(jìn)一步降低，內(nèi)部混凝土和孔徑更小的孔隙內(nèi)的水分也會(huì)發(fā)生凍結(jié)，進(jìn)而出現(xiàn)持續(xù)性膨脹反應(yīng)。解凍后，有些部位的膨脹還會(huì)殘留，發(fā)生凍融劣化的情況，硬化水泥混凝土也會(huì)發(fā)生損壞，動(dòng)彈性模量會(huì)降低，抗拉強(qiáng)度也會(huì)減小，如果情況嚴(yán)重，容易產(chǎn)生剝蝕損壞。

如果水膠比持續(xù)增大，混凝土的質(zhì)量損失率會(huì)逐漸增大，相對(duì)動(dòng)彈模量會(huì)逐漸減小，土抗凍性會(huì)逐漸下降。這是因?yàn)樗冶仍龃蟮那闆r下，混凝土單位用水量會(huì)增加，硬化后內(nèi)部混凝土和孔徑更小的空隙內(nèi)存在較多的水分，發(fā)生凍結(jié)反應(yīng)，混凝土體積會(huì)增加，進(jìn)而引發(fā)凍融損壞的問(wèn)題。此外，水膠比也會(huì)影響混凝土的密實(shí)度、孔結(jié)構(gòu)特性，水膠比越小則養(yǎng)護(hù)性能越好，混凝土密實(shí)度越高，孔隙和毛細(xì)管越少，滲水通道數(shù)量也越少。

混凝土的含氣量對(duì)抗凍性有直接影響，加入引氣劑之后，會(huì)形成穩(wěn)定、互不相通的微小氣泡。水在結(jié)冰的過(guò)程中，能在氣孔中結(jié)冰，從而降低膨脹應(yīng)力，減緩了混凝土開(kāi)裂的可能和速率，提高混凝土的抗凍性能。適量的小氣孔可以提高混凝土的工作性能和抗凍性，但引氣劑加入過(guò)量也會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，因此引氣劑不宜多摻。

骨料孔隙較大的情況下，吸水率會(huì)升高，堅(jiān)固性下降，凍融情況下，骨料內(nèi)部腫脹壓力也會(huì)升高，進(jìn)而為骨料的性能造成不利影響。發(fā)生破壞的情況后，骨料和水化硅酸鈣會(huì)產(chǎn)生裂縫，如果嚴(yán)重，會(huì)造成骨料破裂，表面砂漿嚴(yán)重剝離，影響工程質(zhì)量。

4 施工質(zhì)量管理

4.1 高性能混凝土強(qiáng)度提升

在高速公路橋梁施工中，混凝土強(qiáng)度的性能直接關(guān)系工程項(xiàng)目的安全性及穩(wěn)定性。因此，在高性能混凝土制作過(guò)程中需要加上適度的砂礫石原材料，并且要對(duì)材料的抗壓性能及抗堿性能進(jìn)行測(cè)定，保證材料的配置滿足實(shí)際需要。另外，在細(xì)石材料選擇中，還要做好細(xì)致材料濾鏡的控制，且含粉量不能超過(guò)1%。

除此之外，在項(xiàng)目開(kāi)展階段，為了切實(shí)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，必須做好適度的特異性調(diào)節(jié)，滿足實(shí)際需要。目前，在材料選擇上，采用的是碎渣或硅粉。同時(shí)，在混凝土材料拌和環(huán)節(jié)，要根據(jù)實(shí)際情況做好拌和材料化學(xué)反應(yīng)的分析，如此才能掌握相關(guān)的縮水率，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。在攪拌階段適量添加特異性堿水劑，還能有效提升性能參數(shù)，另外通過(guò)調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水熱化，還能提升混凝土材料的抗腐蝕性。

4.2 流動(dòng)性控制

在公路橋梁施工中，保證混凝土的流動(dòng)性能夠提高高性能混凝土的塑性以及施工性能。因此，在項(xiàng)目開(kāi)展環(huán)節(jié)需要綜合實(shí)際情況，控制好混凝土的出廠時(shí)間，一般混凝土出廠后在2h 之內(nèi)必須用完，并且在施工過(guò)程中還要進(jìn)行科學(xué)攪拌，從而保證混凝土的流動(dòng)性，滿足實(shí)際需要，必要時(shí)還可以按照實(shí)際情況將一些高效的堿水劑添加混凝土材料中，確保流動(dòng)性滿足施工需求。

4.3 耐久性與穩(wěn)定性控制

在橋梁工程項(xiàng)目施工中，一定要做好對(duì)高性能混凝土耐久性及穩(wěn)定性的控制。在具體施工環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格的按照施工方案設(shè)計(jì)好混凝土材料的配比，在澆筑階段要嚴(yán)格控制澆筑量，還要考慮到對(duì)模板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并做好優(yōu)化，如此才能提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，現(xiàn)代公路橋梁施工技術(shù)快速發(fā)展，公布橋梁的整體施工強(qiáng)度和穩(wěn)定性也在隨之提升，對(duì)混凝土的性能也提出了更高的要求。當(dāng)前，在公路橋梁施工中，一定要根據(jù)施工需要，提升混凝土的整體性能，這樣不僅可以保證施工質(zhì)量，還有助于公路建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。