(四川卓景建設(shè)工程有限公司 四川成都 610000)
道路橋梁施工中高性能混凝土應(yīng)用分析
楊 帆
(四川卓景建設(shè)工程有限公司 四川成都 610000)
由于高性能混凝土具備很多優(yōu)勢(shì),所以其在道路橋梁施工中的應(yīng)用日益廣泛,道路橋梁工程中使用高性能混凝土可以在很大程度上延長(zhǎng)其使用年限,同時(shí)還可以顯著提升其穩(wěn)定性和安全性。文章首先介紹了高性能混凝土特點(diǎn),然后分析了高性能混凝土關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),最后重點(diǎn)分析了強(qiáng)化高性能混凝土性能措施。
道路橋梁;高性能混凝土;性能指標(biāo);水化熱
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及科技水平的不斷發(fā)展,在橋梁道路施工中的資金投入越來(lái)越大。由于高性能混凝土具有眾多優(yōu)勢(shì),如持久性突出、穩(wěn)定性好且體積小等,其在道路橋梁施工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。高性能混凝土包含了很多技術(shù)含量,與傳統(tǒng)混凝土相比,在性能上有了很大提升。配制高性能混凝土的核心思想在于:嚴(yán)格選用配制材料,優(yōu)化各種骨料配比,同時(shí)加入適量高效復(fù)合外加劑,以及工業(yè)廢料(常用的工業(yè)廢料主要包括粉煤灰、硅灰、礦渣等),還需要綜合考慮混凝土攪拌時(shí)的流動(dòng)性以及設(shè)備施工工藝等多方面因素,目標(biāo)就是得到高流態(tài)、低離析并且質(zhì)量均勻的高強(qiáng)混凝土[2,3]。
(1)高耐久性。耐久性可以從人為劣化和自然老化兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)。所謂人為劣化表示混凝土在制作以及運(yùn)用過(guò)程中由于人為因素,比如運(yùn)用不合理等,導(dǎo)致混凝土性能下降,如混凝土在使用過(guò)程中如果存在磨損現(xiàn)象必然會(huì)導(dǎo)致混凝土耐久性下降。自然老化表示在自然環(huán)境下由于受到氣候因素的影響,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)性能發(fā)生重大改變,最終出現(xiàn)疏松或者剝落等缺陷。
(2)高強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)是混凝土結(jié)構(gòu)最基本也就是最重要的性能指標(biāo)。不同混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)于強(qiáng)度的要求也存在差異,比如有的結(jié)構(gòu)對(duì)于抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度有著較高的要求,而有的結(jié)構(gòu)對(duì)于抗拉強(qiáng)度有很高的要求,或者有的結(jié)構(gòu)對(duì)于抗疲勞強(qiáng)度、抗磨損性以及抗沖切性能要求較高等。
(3)高體積穩(wěn)定性。所謂體積穩(wěn)定性指的就是混凝土在硬化開始階段水化熱應(yīng)該比較低,整個(gè)硬化過(guò)程中不至于發(fā)生體積收縮并引發(fā)開裂問(wèn)題。混凝土體積穩(wěn)定性對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有著重要影響,如果體積穩(wěn)定性較低,則會(huì)威脅到道路橋梁結(jié)構(gòu)的安全。一般而言可將混凝土體積穩(wěn)定性進(jìn)一步細(xì)分成3類:第一,收縮變形,也就是混凝土在凝固時(shí)由于體積收縮出現(xiàn)變形現(xiàn)象;第二,溫度變形,也就是混凝土由于受到外界溫度的影響而出現(xiàn)體積變形的現(xiàn)象;第三,體積變形,也就是混凝土由于受到外部荷載作用而出現(xiàn)體積變形。在外力作用下混凝土通常出現(xiàn)較大彈性變形,因此需要提升混凝土彈性模量以降低彈性變形。
(4)經(jīng)濟(jì)性。由于高性能混凝土有著很好的工藝性能以及耐久性能,因此可以很容易就達(dá)到施工要求,同時(shí)還可以在很大程度上延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限,進(jìn)而降低工程造價(jià)。另一方面,在進(jìn)行高性能混凝土施工時(shí)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)明顯降低,進(jìn)而縮短施工周期,提升施工速度。
(5)高工藝性。混凝土牽涉到的工藝主要有攪和、運(yùn)輸以及澆灌等操作工序,混凝土施工對(duì)上述這些工序有著非常嚴(yán)苛的要求。由于高性能混凝土配制時(shí)用到的基礎(chǔ)材料其穩(wěn)定性非常高,同時(shí)采取的都是最新的生產(chǎn)工藝,不管是在計(jì)量、質(zhì)量還是檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)可靠性較高。通常情況下整個(gè)施工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)離析問(wèn)題,且完成施工后混凝土均勻性較好,且平整、密實(shí)。
(1)坍落度。檢驗(yàn)混凝土的和易性主要就是看其坍落度。和易性技術(shù)指標(biāo)還有保水性、黏聚性以及流動(dòng)性。我國(guó)當(dāng)前階段還沒(méi)有檢測(cè)混凝土和易性性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法,主要還是檢測(cè)坍落度來(lái)間接得到混凝土流動(dòng)性。此外,還需要時(shí)刻關(guān)注保水性以及黏聚性。尤其是對(duì)于新拌混凝土而言,坍落度是其重要的質(zhì)量控制指標(biāo)。高性能混凝土通常都呈現(xiàn)出商流態(tài),即流動(dòng)性比較好??梢云鹛涠戎迪鄬?duì)也比較大,在20cm~40cm范圍內(nèi),并且混凝土從機(jī)器出來(lái)到澆筑這一時(shí)間范圍內(nèi),坍落度應(yīng)該控制在2cm以內(nèi),在澆筑完成2h后混凝土擴(kuò)展度值應(yīng)該超過(guò)500mm× 500mm。確保混凝土成形后質(zhì)量均勻、密實(shí),不出現(xiàn)離析、分層現(xiàn)象。比較大,為確保成形質(zhì)量,方便澆筑完成后的維護(hù)與保養(yǎng),應(yīng)該采取措施適當(dāng)延緩凝結(jié)時(shí)間,特別是應(yīng)該將初凝時(shí)間延緩。同時(shí)還需要綜合考慮施工階段氣候條件來(lái)設(shè)計(jì)凝結(jié)時(shí)間。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,如果是在夏季施工,可將初凝時(shí)間和終凝時(shí)間分別控制在12h~14h和15h~18h;如果是在冬季施工,可將初凝時(shí)間和終凝時(shí)間分別控制在10h~12h和12h~14h。這樣能夠確?;炷恋姆€(wěn)定性以及密實(shí)性。另一方面還需要適當(dāng)推遲混凝土水化熱出現(xiàn)峰值的時(shí)間,此舉可以把水化熱峰值降低大約15%~20%,進(jìn)而降低由于溫度應(yīng)力過(guò)大而造成的混凝土開裂問(wèn)題概率。
3.1提升強(qiáng)度措施
(1)嚴(yán)格選用原材料質(zhì)量。水泥應(yīng)該選擇使用質(zhì)量比較穩(wěn)定的普通硅酸鹽或者52.5級(jí)以上的硅酸鹽水泥;在選擇粗骨料時(shí)最好選用巖石立方體,其抗壓強(qiáng)度應(yīng)該超過(guò)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的1.5倍,同時(shí)保證碎石的干凈度,具有較好的粒型,基本不包含針、片狀顆粒;細(xì)骨料宜使用細(xì)度模數(shù)超過(guò)2.6的中砂,并且保證含泥量不得超過(guò)1%。
(2)添加活性摻合料。實(shí)踐中常用的高活性摻合性料種類有如下幾種:硅灰、粉煤灰、磨細(xì)礦渣以及沸石粉等。向混凝土內(nèi)部添加摻合料能夠顯著提升混凝土強(qiáng)度。因?yàn)楦呋钚該胶狭系募尤肟梢栽诨炷羶?nèi)部發(fā)生 “形態(tài)效應(yīng)”以及“微集料效應(yīng)”,摻合料可以有效填充水泥顆粒之間的空隙,這樣就大大降低了混凝土的空隙率,進(jìn)而提升混凝土密度以及抗?jié)B性能。如果添加的是高活性摻合料,還可以發(fā)生“活性效應(yīng)”,可以在很大程度上減小水化熱,進(jìn)而降低混凝土收縮率。
(3)改進(jìn)摻合料活性。①?gòu)?fù)摻技術(shù)。也就是同時(shí)向高性能混凝土中添加多種高活性摻合料,各種高活性摻合料之間進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),優(yōu)化不同活性摻合料配比,能夠在最大限度上發(fā)揮其優(yōu)勢(shì);②活性激發(fā)劑技術(shù)。向超細(xì)粉料比如沸石、粉煤灰、燒粘土等內(nèi)部添加石膏,石膏可以發(fā)揮激發(fā)劑作用,能夠縮小水泥顆粒之間的孔隙,使得混凝土結(jié)構(gòu)變得更加致密,不至于出現(xiàn)體積安定性問(wèn)題。
3.2提升流動(dòng)性措施
(1)添加高效減水劑。通過(guò)向混凝土中添加高效減水劑能夠減小混凝土水灰化,改進(jìn)混凝土和易性,進(jìn)而提升混凝土流動(dòng)性,優(yōu)化最終施工質(zhì)量。
(2)添加保塑成分。通過(guò)添加保塑成分可以確?;炷猎诔鰴C(jī)器3h范圍內(nèi)發(fā)生的坍落度不超過(guò)15%。
(3)選用級(jí)配較好,粒徑在5mm~20mm范圍內(nèi)的碎卵石作為粗骨料,選用中砂作為細(xì)骨料,且要嚴(yán)格控制砂率,這樣能夠有效改善混凝土的保水性以及粘聚性。
3.3減小水化熱措施
(3)加入適量的緩凝劑、保塑劑以及高效減水劑。
3.4 強(qiáng)化體積穩(wěn)定性以及耐久性措施
(1)盡可能降低水灰比。在配制高性能混凝土?xí)r必須采取有效措施降低水灰比,提升混凝土的密實(shí)性,進(jìn)而強(qiáng)化混凝土的強(qiáng)度以及耐久性。一般而言,將水灰比控制在0.3上下,用水量控制在3160kg/m范圍內(nèi)。
(2)科學(xué)選擇摻合料及其他外加劑。實(shí)踐已經(jīng)表明,向混凝土中加入適量活性摻合料能夠有效控制溫升。提升混凝土的密實(shí)度以及工作性能、降低孔隙率,并最終強(qiáng)化強(qiáng)度以及耐久性。但是必須清醒的認(rèn)識(shí)到不同外加劑功能存在差異,在選用時(shí)必須根據(jù)實(shí)際需要合理選擇。
(3)完善澆注施工工藝。性能優(yōu)良的澆筑設(shè)備以及合理的澆筑養(yǎng)護(hù)工藝是確?;炷猎谀踢^(guò)程中不出現(xiàn)離析、分層、開裂現(xiàn)象的保障。在混凝土澆筑過(guò)程中,混凝土自由下落高度應(yīng)該控制在2m以內(nèi),避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。合理安排施工縫,采取分層且連續(xù)的澆筑方式,確保混凝土入模溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。完成澆筑后通過(guò)插入式高頻振搗器根據(jù)行業(yè)規(guī)范要求進(jìn)行振搗處理,確?;炷恋拿軐?shí)度。整個(gè)澆筑過(guò)程中都應(yīng)該關(guān)注支撐系統(tǒng)是否穩(wěn)定,振搗后根據(jù)工藝仔細(xì)將面抹平。等到混凝土強(qiáng)度超過(guò)21.2N/mm時(shí)才可以在上行走。
混凝土施工中養(yǎng)護(hù)是最后環(huán)節(jié),同時(shí)也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。養(yǎng)護(hù)工作優(yōu)劣直接決定著混凝土質(zhì)量的好壞。所以,比如強(qiáng)化混凝土養(yǎng)護(hù)工作,確?;炷聊軌蛟诹己玫沫h(huán)境氛圍下正常硬化。對(duì)于高性能混凝土而言,由于其水灰比較普通混凝土要低,所以混凝土內(nèi)部通常處于缺水狀態(tài),完成澆注之后表面又不泌水,同時(shí)在初凝之后混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)失水現(xiàn)象,如果不采取有效措施就非常容易引發(fā)細(xì)微凝縮裂縫。所以高性能混凝土在凝固早期必須做好養(yǎng)護(hù)工作。為防止混凝土在凝固早期過(guò)多的失水,在完成澆筑之后應(yīng)該及時(shí)覆蓋并灑水,采取這些措施能夠避免混凝土因?yàn)闇囟茸兓蛘唧w積收縮而導(dǎo)致裂縫,最終對(duì)混凝土的耐久性和強(qiáng)度造成影響。
道路橋梁施工中越來(lái)越多的使用高性能混凝土,主要是因?yàn)楦咝阅芑炷辆邆漭^多的優(yōu)勢(shì)比如具有較高的強(qiáng)韌度、持久性、抗壓性以及穩(wěn)定性等。要想生產(chǎn)出高性能混凝土,首先必須合理選擇和使用配制混凝土的原材料,其次是需要選用性能優(yōu)良的澆筑設(shè)備以及完善澆注施工工藝。道路橋梁工程中使用高性能混凝土可以在很大程度上延長(zhǎng)其使用年限,同時(shí)還可以顯著提升其穩(wěn)定性和安全性。
[1] 楊敏. 淺論道路橋梁冬季施工中混凝土澆筑的施工技術(shù)[J]. 工程技術(shù)(全文版), 2017(1):133.
[2] 邵寶峰. 道路橋梁施工中高性能混凝土的應(yīng)用探討[J]. 科技與企業(yè), 2014(3):157.
[3] 侯瀟. 探究高性能混凝土技術(shù)在道路橋梁工程施工中的應(yīng)用[J]. 江西建材, 2015(10):187.
(2)凝結(jié)時(shí)間。在目前的道路橋梁施工中,高性能混凝土的使用面積通常都
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1007-6344(2017)04-0038-02
楊帆,(1989.5.27),男,大專目前從事公路工程管理工作。