新舊橋拼接混凝土配合比設計及施工質量控制

宋小兵 田麗青

1 概述

隨著我國經濟的飛速發展,汽車流量不斷增長,早期建成的高速公路已不能滿足現代交通量的需求。在節約土地、保護環境的原則上,高速公路擴建勢在必行。以往擴建公路新舊橋拼接部位容易因混凝土收縮開裂而破損,后期修復耗資大、效果差,必須高度重視。由于交通的壓力,封路時間短、設計強度高、要求混凝土有很高的抗裂性和工作和易性,即要求配制早強快硬型補償收縮混凝土。高標號早強快硬型補償收縮混凝土實際上是違背混凝土的基本規律的,混凝土的早期強度(24 h)越快,后期強度增長越小,早期水化熱越大,膨脹越大,后期收縮也就越大。本文主要論述如何利用材料的特性、科學合理的配合比來有效的揚長避短,從而解決橋梁拼接混凝土開裂問題。

2 橋梁拼接混凝土應遵循的基本規律

1)水灰比要盡可能的小,降低水化熱,減小收縮。2)集料的含泥量要小,減小坍落度損失,因為水灰比已很小,如果坍損快,就會影響施工,混凝土的強度和耐久性就無法保證。3)在試驗室配制時一定要進行擴展度試驗,這是一項很重要的指標。4)必須加筋,無論是加鋼纖維還是加高聚合物纖維,都可以防止混凝土開裂。5)在混凝土不能使用粉煤灰的情況下,可使用聚羧酸外加劑,滿足施工擴展度要求,使混凝土有一定的柔性,降低開裂風險。6)根據擴建工程的特點,施工中采用快硬型補償收縮混凝土具有重要意義。在現階段還沒有成熟技術的情況下,通過試驗找出一個適合擴建工程要求的混凝土配合比是可行的,也是必要的。

3 混凝土原材料選擇與配合比設計

3.1 原材料選擇

1)水泥:采用P.O42.5R早強型水泥,可以滿足需水量小,強度等級高的要求。2)高效減水劑:必須具有減水率高、強度增加明顯、微收縮、坍落度損失小等特點。經過試驗室多次試驗、調整,廣州市建標外加劑廠生產的第三代聚羧酸高性能外加劑能滿足以上要求。3)鋼纖維或高聚合物纖維:采用銑銷型鋼纖維,以增強混凝土的抗拉強度,預防混凝土干縮、開裂。4)河砂:潔凈的中粗砂。5)碎石:壓碎指標值小于 12,含泥量不大于1%,且級配良好的5 mm～25 mm規格碎石。

3.2 配合比設計方法

采用絕對體積法計算每種材料用量,確保各種材料用量精確。

3.3 結果及討論

在試驗室進行了一系列的試驗,新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的力學性能分別如表1所示。

表1 混凝土的力學性能

根據以上試驗結果對比選定一號和二號配合比進行了膨脹收縮的對比試驗,各取了6個試件,經過4個月(2009年3月23日～7月28日)的室內膨脹和收縮檢測,在5月10日達到膨脹最大值,6月10日達到最大收縮值,從6月10日至7月28日期間,混凝土試件的幾何尺寸基本已穩定,兩個試件的膨脹與收縮值分別如表2,表3所示。從表2,表3中可以看出,兩個配合比膨脹、收縮結果值均滿足設計的要求。根據所有的試驗指標、經濟性和施工的可操作性,選用一號配合比指導施工。

表2 一號配合比膨脹收縮試驗結果

表3 二號配合比膨脹收縮試驗結果

為了接近現場條件,試驗在常溫、常濕條件下進行,而一般按試驗規程,做水泥及水泥混凝土試驗要嚴格的按規定的溫度、濕度和環境下進行。

4 施工質量控制

1)混凝土成型后,前10 h養生溫度要低,而后期要保溫、保濕,并千方百計利用工地的現有條件加溫(最好選擇蒸汽養生)。根據施工現場實際情況在冬季可采用黑塑料薄膜覆蓋養生,提高混凝土溫度。夏季采用正常的施工養生。關鍵是使混凝土中的水分不與外界的水產生交換,即保溫、自養。2)適當延長混凝土的攪拌時間,增加混凝土熟度,強制攪拌不少于2 min,這點非常重要。3)可以考慮提前2 h出料,在混凝土初凝之前封路,可以用同樣的封路時間,確保混凝土的質量。4)每一層混凝土不能太薄,減少剝離、開裂。如果必須分薄層澆筑,要盡可能的縮短二層的澆筑時間,減小收縮開裂。5)橋的接縫處混凝土表面一定要清理干凈,松散的砂漿層用振動棒振松后清除。6)加強混凝土養生,時間最好不少于7 d,防止混凝土干縮開裂。

5 開放交通前混凝土強度要求

根據資料(佛開管理處),要求混凝土20 h達到30 MPa以上才能開放交通,并且施工完成15 h后每小時測一次強度。采用以上混凝土配合比,經過多次試驗檢測,20 h均達到了30 MPa以上,天氣冷時最低一組試件20 h為28.7 MPa,天氣熱時最高一組試件達到36.0 MPa,達到預期的效果。

6 結語

擴建是高速公路的另一發展方向,拼接混凝土在施工中將大量使用,隨著科學技術的不斷發展和新型材料的不斷應用,還須對拼接混凝土進行不斷的深入研究。試驗結果和工程實踐證明,大方量拼接縫混凝土施工,只要嚴格控制材料質量,科學施工,嚴格管理,采用適當的快硬型補償收縮混凝土配合比,完全可以防止混凝土開裂,提高混凝土早期強度,滿足封路時間短,實現了拼接混凝土質量控制目標。

對于那些縫隙較小,混凝土一次用量較少(0.5 m3以下)時,可用丙烯酸酯共聚乳液砂漿,它產生的聚合物纖維可使縫間有聚合物纖維相連,填充物可跨過已硬化的微裂縫,達到限制微裂縫擴展的目的。還有各種環氧樹脂砂漿,也可以對小面積拼接起到很好的作用,這方面的研究還有待在工程實踐中進一步地探索。

[1] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

[2] GB 8076-1997,混凝土用外加劑[S].

[3] YB/T 151-1999,混凝土用鋼纖維[S].