輕骨料混凝土在公路橋梁施工中的實施與應用

殷奉軍，孫洪江

（菏澤市公路勘測設計院，山東 菏澤 274000）

在道路交通運輸持續發展的背景下，公路橋梁建設事業與發展速度是相當客觀的，尤其一些既有公路橋梁隨著建設年限的延長，無法與當前交通運輸能力要求相匹配，橋梁損壞事件頻頻發生。長期以來，針對公路橋梁建設項目，尤其舊橋改造項目所使用的混凝土原料多為容重在2 500.0 kg/m3左右的普通混凝土，受舊橋自身承載能力已經有所下降的因素影響，這種自重較大的普通混凝土原料在實際使用中勢必會對公路橋梁使用壽命以及通行能力產生影響與危害。為解決這一問題，近年來工程實踐中提出對輕骨料混凝土的應用概念。相較于常規混凝土原料而言，輕骨料混凝土原料造價低廉，輕質特點突出，可以十分有效地減少構造物自身重量與相應的處理成本，結構斷面等特殊情況也得到了一定的控制，同時還大幅提高了有效使用面積，并提高了公路橋梁工程的經濟性與可靠性。

1 輕骨料混凝土及其性能優勢

輕骨料混凝土即基于輕粗骨料，輕砂（普通砂），水泥以及水所配置而成的特殊混凝土，其干表觀密度在1 950.0 kg/m3范圍內。雖然從單方造價的角度上來說，輕骨料混凝土單方造價顯著高于等級相同的普通密度混凝土，但其在實際應用中具有一系列的性能優勢，如強度高，可有效減輕建筑物自身重量，降低基礎處理費用，增加使用面積，縮小結構斷面以及節約工程造價等，綜合經濟效益突出，因而在公路橋梁施工中具有相當突出的應用價值。其在我國的具體應用發展可以概括如下圖1所示。從公路橋梁工程應用實踐的角度上來說，輕骨料混凝土的應用具備以下幾個方面的優勢：

圖1 輕骨料在我國的具體應用發展示意圖

1.1 輕質高強

受集料中孔隙因素的影響，集料自身容重明顯偏低，輕骨料混凝土憑借這一機制在容重上得到了明顯的下降，當前技術條件支持下，輕骨料混凝土的容重在800.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范圍內，作為承重結構所使用的輕骨料混凝土容重在1 400.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范圍內，與同等強度等級普通混凝土相比容重下降25%～30%。同時，在強度等級相同的情況下，輕骨料混凝土抗壓強度可以達到3.5MPa～40.0 MPa的理想范圍，強度等級可以達到15～50級，最高強度等級達到70級。現階段技術條件支持下，國外研究人員已經成功配置容重為1 660.0 kg/m3，同時28 d齡期強度達到55.5MPa的輕骨料混凝土，完全可以滿足現階段公路橋梁施工的承重結構需求。

1.2 抗震性能好

輕骨料混凝土相較于常規意義上的混凝土原料具有較低的彈性模量，這也就意味著梁體自振周期明顯延長，變形能力好，在梁體遭受破壞的情況下能夠對更多的變形能進行消耗，以達到良好的抗震性能。同時，在地震因素的影響下，地震作用與上部結構呈正相關關系，加之輕骨料混凝土的自身容重明顯低于普通混凝土，因此相同強度地震作用力下所產生的水平剪切作用力偏低，對公路橋梁結構抗震是非常有利的。

1.3 耐久性高

在公路橋梁工程實踐中，應用輕骨料混凝土能夠有效避免混凝土出現堿集料反應問題，對延長公路橋梁有效使用壽命有重要意義。同時，輕骨料混凝土滲透性低，從而表現出了良好的耐磨性以及抗凍融能力。更為關鍵的一點是，與常規意義上的普通混凝土原料對比，輕骨料混凝土具備更小的彈性模量以及熱膨脹系數，因此冷縮以及干縮作用下所致拉應力水平偏低，這也就意味著輕骨料混凝土在實踐應用中表現出的構件抗裂性能更高，以達到改善構件耐久性，延長使用壽命，節約后續維護費用的目的。

1.4 施工適應性強

人造輕骨料以及輕骨料混凝土可以在較為廣闊的范圍內進行配置，根據生產需要以及施工現場實際情況的不同，配置強度以及容重不同的輕骨料混凝土，可以制作砂輕混凝土、全輕混凝土、無砂混凝土，也可進行鋼筋以及預應力鋼筋混凝土的配置工作，可以結合施工現場的實際需求進行預制，也可以進行機械化的現場澆筑，對各種建筑體系內部均有良好的適應性。更為關鍵的一點是，人造輕骨料混凝土在生產工藝上與普通混凝土原料高度相似，無需投入特殊設備，因此有較強的施工適應性。

2 輕骨料混凝土配合比設計

2.1 確定試配強度

根據我國現行有關輕骨料混凝土的技術操作規程中有關要求，在公路橋梁工程實踐應用中，輕骨料混凝土的配合比應當通過計算與試配的方式最終確定。該參數主要受到輕骨料混凝土強度標準差以及輕骨料混凝土立方體抗壓強度標準值這兩個方面因素的影響。

2.2 水泥

輕骨料混凝土配合過程中所選用水泥推薦兩種類型：第一類為普通硅酸鹽水泥，第二類為32.5級以上硅酸鹽水泥。以某舊橋改造工程為例，選用xx廠生產42.5R級硅酸鹽水泥。需要注意的一點是，水泥用量會直接對混凝土強度及其相關性能產生重要影響，這一點對于輕骨料混凝土而言同樣如此，雖然持續提高水泥用量能夠有助于輕骨料混凝土強度水平的提高，但同時也會導致其密度水平的上升。因此，必須對水泥用量進行科學控制。一般來說，建議輕骨料混凝土水泥用量最高控制在550.0 kg/m3范圍內。

2.3 高強陶粒的合理選擇

輕骨料混凝土在配合過程中應當優先選擇圓球形高強度陶粒，同時要求陶粒密度等級達到700以上，強度標號達到30.0 MPa以上，筒壓強度應當達到5.0 MPa以上，同時應當滿足人造高強度輕集料的一系列要求。以滿足輕骨料混凝土顆粒級配相關標準為要求，原則上對輕骨料最大粒徑進行嚴格控制（最大粒徑建議根據工程實際需求靈活設定，一般最大值應控制在16.0 mm～20.0 mm范圍內）。在確定輕骨料混凝土輕骨料最大粒徑的情況下，考慮到輕骨料自身顆粒密度會對混凝土整體離析分層產生直接影響（一般情況下，輕骨料自身顆粒密度越大，混凝土結構整體出現離析分層的可能性越?。?，以及輕骨料形態與混凝土整體離析分層之間的相關性關系（一般情況下，碎石形輕骨料出現混凝土離析分層的可能性低于圓球形顆粒輕骨料）。在前文中所提到的舊橋改造工程項目中，選用xx陶粒制品有限公司所提供的900級頁巖陶粒作為配合陶粒。

3 輕骨料混凝土應用要點

3.1 輕骨料預濕處理

在公路橋梁工程施工實踐中，考慮到輕骨料混凝土多為多孔結構，未經過充分預濕處理的輕骨料混凝土原料在攪拌成型過程中仍然持續吸水，這會導致拌合物潤滑用水大量減少，增加坍落度損失，對施工作業的開展會造成不利影響?？紤]到此實際情況，在施工期間需要于混凝土攪拌前1 d對輕骨料料袋進行澆水浸泡，施工前控干多余水分即可，并安排專人根據輕骨料含水量對施工配比進行合理調節即可。

3.2 攪拌

在攪拌工藝的選擇上，必須充分考慮公路橋梁工程集料堆積密度以及混凝土級配類型對攪拌工藝的影響。一般情況下，對于粗集料堆積密度＜500.0 kg/m3的砂輕混凝土，應當優先選用強制式攪拌機，做到隨拌隨用，注意出料速度保持均勻。對于輕粗集料堆積密度＞500.0 kg/m3以上的塑形砂輕混凝土，應當優先選用自由式攪拌機，攪拌過程中對攪拌時間進行嚴格控制，通過試拌確定最佳攪拌時間，一般來說建議控制在30 min范圍內。

3.3 拌合物處理

原則上在公路橋梁現場施工過程中應當盡可能縮短輕骨料混凝土拌合物運輸距離，若因運輸距離過長導致拌合物出現嚴重離析問題，需要在澆筑前進行二次拌合。拌合物從攪拌機卸料開始至澆筑入模延續時間應當嚴格控制在45 min范圍內。在現場經泵送施工的過程中，需要結合施工現場實際需求對泵送管道進行準確布置，盡可能控制泵送阻力，如配置充足水泥砂漿對管道內壁進行濕潤處理，以確保管道內壁可形成薄漿層，從而保證泵送作業的順利開展，現場拌合物連續不間斷勻速供應。在此基礎之上，還需要特別注意的一點是，公路橋梁現場澆筑橫向結構，每層澆筑高度應當進行嚴格控制，一般控制標準為30～50 cm。輕骨料混凝土的拌合物澆筑傾落高度應當嚴格限定在1.5 m范圍內，以免輕骨料混凝土因傾落高度過高而發生離析問題。

3.4 振搗

在澆筑作業完成后，為了進一步確保輕骨料混凝土拌合物達到密實狀態，需要根據輕骨料混凝土拌合物的工作性質采取相應的振搗成型方式。結合既往公路橋梁施工經驗，對于坍落度不足16 cm的輕骨料混凝土拌合物，人工插搗存在一定難度，因此需采取機械式振搗聯合人工振搗的處理方式。振搗環節的工作時間不但會對輕骨料混凝土拌合物中輕骨料的上浮、分布產生影響，同時還會對輕骨料混凝土整體密度與強度水平產生影響。因此，在振搗時間的確定上，應當以拌合物充分振搗均勻且輕骨料未上浮為基本原則。在此基礎之上，還需要充分參考輕骨料混凝土拌合物的稠度以及振搗部位，一般建議控制標準為10～30 s。針對坍落度達到16 cm且流動性較大的塑形拌合物，應當優先選用插搗成型方案，確保輕骨料混凝土拌合物的密實性達到理想狀態。

3.5 抹面

輕骨料混凝土在經振搗達到成型狀態后會有一定比例的輕粗骨料浮于表層，為了避免輕骨料混凝土表面質量受此因素影響，可以在完成振搗成型后通過抹面的方式解決該問題，將上浮于表層的輕粗骨料顆粒壓入混凝土內部。針對上浮顆粒面積較大的區域，可以借助于表面振動器進行二次振搗，在砂漿反上后再進行抹面，以達到滿意的處理效果。

4 結束語

文章圍繞輕骨料混凝土在公路橋梁施工中的實施與應用問題進行分析，首先對輕骨料混凝土的基本界定概念以及應用優勢進行分析，指出在公路橋梁工程實踐中應用輕骨料混凝土能夠表現出輕質高強、抗震性能好、耐久性高以及施工適應性強這幾個方面的優勢，然后對輕骨料混凝土的配合比設計方案進行初步研究，指出輕骨料混凝土配置拌合中應重點關注的指標與質量控制措施，最后對輕骨料混凝土在公路橋梁工程施工中的實踐應用問題進行闡述，包括預濕處理，攪拌，拌合物處理，振搗以及抹面等多個環節，希望通過對公路橋梁工程施工應用輕骨料混凝土等一系列問題的分析，為后續同類工程實踐提供意見與建議，供業內人士參考。