提高高速公路橋梁混凝土結構耐久性的施工與養護技術

孫鑫

（中交二公局第四工程有限公司，河南洛陽 471003）

1 工程概況

G213 策克至磨憨高速公路樂都至化隆段，起訖里程為K44+490～K53+915，全長9.425 km。沿線建設3 座共2 262 m大橋、1 座80 m 中橋。施工現場的自然條件特殊，地處青藏高原邊緣地帶，降雨量少、蒸發量大、晝夜溫差明顯，此自然條件易影響混凝土結構的耐久性，加劇混凝土老化，因此，切實提高混凝土結構的耐久性成為工程中的重難點內容之一[1]。

2 高寒地區橋梁混凝土耐久性分析

2.1 混凝土的抗凍性能

混凝土抗凍性能是指當混凝土處于飽水狀態時所體現的抵抗凍融循環作用的能力。施工現場較為寒冷或混凝土與水頻繁接觸后，混凝土容易出現凍融破壞的問題，表現形式有凍脹開裂和表面剝蝕。存在于毛細孔內的水由于現場溫度較低而結冰，有凍脹開裂的跡象，此時混凝土的各項性能顯著下降，嚴重威脅結構的穩定性。對于我國西部地區，普遍具有高寒氣候特征，由此可知，如何提高混凝土抗凍性是工程中的重點內容。

混凝土抗凍性能主要受到含氣量和孔結構的影響。在摻入引氣劑與礦物摻和料后，可有效改善抗凍性，而不同的摻入方法得到的應用效果存在差異。對于C30 混凝土，可采取雙摻硅灰與礦渣的方法，此時將含氣量穩定在3.5%～5%，在此條件下混凝土的凍融循環次數可達到300 次。而對于C40 混凝土，在采取雙摻的方法后，含氣量穩定在5%～7%，凍融循環次數可達到300 次。

2.2 抗氯離子滲透性

現場環境氯離子侵入混凝土后，會破壞既有的堿性狀態，經過化學反應后，可見混凝土內鋼筋表面原本相對完整的鈍化膜受損，鋼筋有銹蝕跡象，隨著受損程度的加重，結構遭到明顯破壞。經分析，對于橋梁混凝土來說，氯離子是影響其耐久性的最顯著因素。所以，為了確保提高橋梁混凝土抗氯離子滲透性從而增加使用壽命，必須采取措施來降低氯離子的影響程度。

在采取雙摻法對C30、C40 混凝土進行施工后發現，這兩種強度的混凝土的含氣量均有所增加。在此前提下，混凝土內抗氯離子滲透性呈現出了先增后減的變化趨勢；同時，控制區間不同，含氣量變化特點也不同：（1）當C30、C40 混凝土含氣量在3.5%～5%時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而得到提升；（2）當C30、C40 混凝土含氣量在5%以上時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而降低。

在采取雙摻法對C50 混凝土實行施工后發現：（1）當C50混凝土含氣量在3.5%～5%時，混凝土抗氯離子滲透性不會隨含氣量的變化而發生大幅度改變；（2）當C50 混凝土含氣量在5%以上時，混凝土抗氯離子滲透性會隨含氣量數值增加而發生一定幅度的變化。

由以上分析可知，在高速公路橋梁施工中采取雙摻法對混凝土進行施工后，可一定程度地提升其抗氯離子滲透性。

3 混凝土原材料的選擇及質量控制要點

3.1 鋼筋

鋼筋型號、尺寸、表觀質量均要滿足DB 14/T 680—2012《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁加固技術規程》的要求。材料進場時加強質量檢驗，詳細檢查質量合格證等相關質量證明文件，判斷鋼筋是否滿足規程要求。此外，需要檢查鋼筋的形態，剔除變形的鋼筋。在后續使用鋼筋時，先檢查鋼筋是否附著雜物，若有則及時清理干凈[2]。

3.2 水泥

強度、耐久性均是水泥材料質量控制中的重點考慮對象，在合理選擇水泥材料后，有助于提高混凝土的強度，改善和易性。水泥材料進場后，妥善保管，避免遇水結塊現象。

3.3 粗、細集料

高寒地區橋梁施工中，粗集料是重要的混凝土原材料，通常選擇的是連續級配、含泥量低、耐久性好的碎石、卵石，必要時可采用基于碎石、卵石兩種材料的混合物，且最大粒徑應≤40 mm。C50 以下等級混凝土，需保證粗集料的含泥量≤1.0%，C50 以上等級混凝土，則需要確保含泥量≤0.5%。若由于原材料取材受限或其他原因而不得已使用堿活性集料時，則必須確保砂漿膨脹率≤0.20%，否則會影響混凝土的性能。

細集料以中粗砂為宜，要求級配良好、有害物含量少。C50以下等級混凝土，要求用砂含泥量≤3.0%，氯離子含量＜0.06%；C50 以上混凝土，對細集料的質量要求更高，如砂含泥量≤2.0%，泥塊含量＜0.1%。除此之外，其他各項指標也均要滿足JTJ E42—2005《公路工程集料試驗規程》的相關要求。

3.4 拌和用水

水是混凝土拌制中的基礎材料，水中不得含有不利于水泥凝結的雜質。在混凝土拌制階段，除了合理選擇拌各用水外，還要控制好水量，否則混凝土會出現過稀或過稠的情況，均不利于混凝土的澆筑與成型。

3.5 外加劑

以DZ 系列外加劑為宜，其具有低溫、早強、耐腐蝕的基本特性，其他各項指標也均要滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》等相關規范。在高速公路橋梁工程施工中，不同部位的混凝土在水膠比和水泥用量方面有所差異，需做針對性的控制，具體見表1。

表1 混凝土水膠比和水泥用量

4 高寒地區橋梁混凝土施工技術的具體要點

4.1 施工準備

在拌和混凝土的準備環節，為了確保積水能夠從攪拌機內順利排出，要使用熱水來對其進行沖洗；此外，將澆筑施工機具配備到位，同時施工人員在自身崗位上做好準備工作。

與此同時，要做好骨料的級配工作，本工程中要注意的施工要點包括：（1）砂子含泥量＜3%，泥塊含量＜1%；（2）石子含泥量＜1%，泥塊含量＜0.5%；（3）水泥強度≥32.5 MPa；（4）可選擇強度合適的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥；（5）拌和用水選用飲用水，要求不存在影響水泥性能的雜物；（6）防凍劑選用硝酸鈣，用量控制為3%。

4.2 混凝土拌制

在以確認配合比為依據來選取原材料后，需充分拌和這些原材料，目的在于保證所得到混凝土可體現良好均勻性。對于拌和物，溫度是較重要的影響因素之一，具體要求為：入模溫度≥10 ℃；出罐溫度13～18 ℃。

為了使出罐溫度具有合理性，先對拌和用水做適當加熱處理，但由于現場屬于高寒地區，出現加熱后依然不符合要求的概率較高，因此，需進一步加熱骨料。在負溫度情況下拌制混凝土，應當注意以下5 個技術要點：

1）摻入適量防凍劑來保護混凝土免受凍傷危害。

2）對水泥做保溫處理，但不允許加熱。

3）嚴格控制各類原材料的溫度，骨料加熱溫度應≤40 ℃，拌和用水溫度應≤60 ℃。

4）若骨料有積雪、凍團，應及時予以清理。

5）混凝土拌制過程中，可適當延長拌和時間，確保產出的混凝土有足夠的和易性和流動性。

4.3 混凝土澆筑施工

混凝土澆筑施工前，先清理附著在模板、鋼筋上的雜物，檢查模板、鋼筋的位置及穩定性。在施工接縫部位澆筑混凝土時，先用碘鎢燈處理接觸面，或在該處澆淋熱水，直至接頭部位混凝土的溫度≥5℃為止。混凝土澆筑后，控制混凝土接合面的溫度，使其維持在正常的溫度區間內。

5 混凝土澆筑后的養護方法

為準確掌握不同養護條件下混凝土的強度變化特性，按照同條件制作14 組尺寸為150 mm×150 mm×150 mm 的標準試塊，每組3 塊。養護后，測定各自在3 d、5 d、7 d 齡期時的抗壓強度，分析各組試塊混凝土在不同齡期時的強度，明確其發展規律。分別對各組試塊用不同的養護方式，即標準養護、自然養護、暖棚養護、養護劑養護。對比分析不同養護方式下、不同齡期混凝土的強度（見表2），發現暖棚養護的效果最佳[3]。

表2 養護方式對混凝土強度的影響

5.1 現場養護方法

選擇暖棚和使用養護劑的綜合養護方案，在多重措施下保證混凝土成型效果。

5.2 暖棚支架的搭設

暖棚養護時，暖棚的平面尺寸為首要考慮對象，可按梁的水平投影尺寸，沿長、寬方向各加寬3 m。暖棚以鋼管、碗扣式扣件為基礎構件，形成主體框架，混凝土澆筑后于外側罩上養護罩（或帆布）。

5.3 澆筑混凝土

模板、鋼筋安裝到位并確認無誤后，組織單個混凝土梁澆筑施工，為避免夜間低溫對混凝土性能的影響，適宜安排在白天澆筑后隨即收面，并覆蓋塑料薄膜及棉被，避免混凝土凍傷。

5.4 暖棚養護

暖棚養護主要針對的是試驗梁，具體方法是，為其適配暖風機以提供暖風。暖風機要滿足以下要求：（1）啟動與停機溫度分別為5 ℃、10 ℃；（2）通常來說，不需要在提供暖風過程中進行灑水，一般使用覆蓋保濕方法即可；（3）當實際養護溫度＞15 ℃時，為避免混凝土表面因失水過多而出現開裂情況，要定期灑水養護；（4）測定箱梁外部、內部的溫度。

5.5 拆除模板后的養護

在拆除模板前，必須要確保其外部養護罩及頂部塑料薄膜已被拆除。需注意的是，拆除模板過程必須要嚴謹細致。除此之外，為了避免出現混凝土表面與周圍環境溫差較大而導致混凝土成型質量受到影響，在拆除模板前必須要確保暖風機已處于關閉狀態，同時還要適當降低墩體混凝土溫度。

拆除完模板后要及時涂抹適量養護劑，并將其覆蓋好塑料薄膜和棉被。一般來說，保溫、保濕、養護時間為14 d，在此之后則可以先將棉被拆除；而此時還需繼續使用用塑料薄膜養護至30 d 為止。

6 結語

在高速公路橋梁工程建設中，混凝土是重要的原材料，其耐久性必須得到保證。本文以具體工程項目為實例，介紹了高寒地區橋梁混凝土的耐久性，對混凝土原材料的選擇標準進行了分析，并就高寒地區橋梁施工中的混凝土拌制、澆筑及現場養護技術要點展開了詳細的研究，通過原材料的質量控制、施工工藝的優化及合理養護措施，有效保證橋梁混凝土結構的耐久性。