水泥粉煤灰輕質材料在舊拱橋改造中的應用

張海霞

（河南省平頂山中亞路橋建設工程有限公司，河南 平頂山 467000）

水泥粉煤灰輕質材料在舊拱橋改造中的應用

張海霞

（河南省平頂山中亞路橋建設工程有限公司，河南 平頂山 467000）

拱橋在豎向荷載作用下在支座處主要產生豎向壓力水平推力。水平推力的存在，使拱的彎距和變形相對梁橋要小，拱橋表現出耐壓的特性，能承受較大的自重荷載。因此，很多拱橋雖然經過長期使用，但其基礎、墩臺、拱圈等主體結構良好，一般沒有大的病害，主要損壞形式是橋面鋪裝開裂、滲水，拱土填料濕軟，產生“彈簧”。本文主要介紹水泥粉煤灰輕質材料在舊拱橋改造中的應用。

水泥粉煤灰；施工工藝；質量控制

對于舊拱橋的改造一般有以下幾種情況：一是挖除拱上填料和路面結構層，重新填筑；二是在舊橋上直接加鋪路面結構層以調整高程。拱上填料一般為土或砂礫石等普通填料。結構層一般為水泥、石灰或工業廢渣等無機結合料穩定基層，但它們存在幾個明顯不足：（1）普通拱上填料和無機結合料基層壓實后表觀密度大，一般為1.9-2.0g/cm3，增大了橋梁的自重。（2）普通拱上填料抗滲能力差。用土作拱上填料時，通過橋面下滲的水分不易排除，土含水量增大，橋梁自重增加；土體濕軟，降低承載能力，影響結構層的強度，使路面更容易開裂破壞。用砂礫石等透水性材料時，對防水層要求較高，一旦防水層破壞，水分很容易下滲侵蝕拱橋下部結構。（3）拱腹在填筑普通填料時，由于拱橋結構的限制，壓路機無法行駛和碾壓。而基層壓實中采用的重型振動壓路機，在振壓過程中產生擊振力達40-50噸，對舊橋造成極大危害，嚴重的可能造成橋梁坍塌，用三輪壓路機又不易達到規定的壓實度。

鑒于以上幾個缺點，有必要選擇一種輕輕質材料以減輕橋梁自重并兼作防水層，提高抗滲能力。并且在施工中改變傳統的壓實方法，優選密實設備，減小振動壓路機碾壓中對舊橋的損壞。我們在施工中通過大量的試驗證明：采用水泥粉煤灰輕質混合料（水泥、粉煤灰、水按一定比例配制拌和而成）作為拱上填料和基層用料可以有效地解決上述幾個問題。

1 水泥粉煤灰的特點

1.1 水泥粉煤灰輕質混合料無論用作路面基層或拱上填料，其強度均能滿足要求。通過試驗作成70.7mm×70.7mm× 70.7mm的立方體試塊，7天其抗壓強度達0.9—5.5Mpa，與無機結合料基層強度相當。28天后期強度較前者要高，一般為2.0—7.0Mpa。

1.2 表觀密度小，能有效減輕橋梁自重。水泥粉煤灰輕質料的表觀密度一般為1.40—1.60g/m3,較土或無機結合料穩定材料（表觀密度為1.9—2.0g/cm3）輕20%左右，從而大大改善了橋梁的受力情況。

1.3 水泥粉煤灰輕質混合料在用水量合適的情況下，有良好的和易性，且泌水性好，容易抹面，能取得終飾良好的效果。Ⅰ級及Ⅰ級以上的優質粉煤灰基本上能保證改善混凝土的泌水性，且容易抹面，取得終飾良好的效果。而Ⅱ級及Ⅱ級以下的粉煤灰，泌水性雖有所改善，但是仍可能出現不夠穩定的現象。

1.4 若用低鈣粉煤灰取代部分水泥時，會延緩水泥的水化過程，推遲混合料的凝結時間。比基準混土凝土推遲約1—3個小時，這是由于粉煤灰在形成過程中，其表面吸附了一定量的Na20及SO3，這些化合物延長了混凝土的凝結時間。這點在路面基層的施工過程中有非常重要的作用。

1.5 水泥粉煤灰輕質混合料的坍落度損失比基準混凝土明顯減少，這樣有利于熱天施工。

1.6 水泥在混凝土中的水化作用是放熱作用，加入一部分粉煤灰后，能使溫度降低，對混凝土升溫起緩解作用。

2 施工方法及質量控制

2.1 施工工藝

同普通混凝土相比，輕質混合料混凝土的施工工藝既具有共同性，又存在一定的特殊性。其對施工工藝的影響為：輕質混合料性能變異性相對較大，并且在施工前需要預濕處理，拌合物在運輸過程中更容易發生離析等，所以對其施工控制和管理更加嚴格。正因為如此，為使實際應用中混凝土和試配出的混凝土具有相同的材料組成和性能，保證施工質量的穩定，必須注意輕質混合料的施工管理和質量控制。

2.1 .1 拌制。盡量采用強制式攪拌機，同時延長攪拌時間。輕質混合料的攪拌時間一般不宜小于3min，以使混凝土攪拌均勻。預濕后的輕質混合料表面水分對混凝土工作性有影響，因而為保證用水量和輕集料用量的準確，在投料時最好保證輕集料表面干狀態。粉煤灰易于飛揚，儲存粉煤灰的場所一般都覆蓋且灑水防塵。但粉煤灰含水量不宜過大，否則會凝結成團。

2.1 .2 運輸。一般采用機動三輪車或小推車運輸，盡量縮短路線并防止顛簸，以防泌水和水份蒸發，特別是夏季高溫天氣，應覆蓋運輸進行保水。

2.1 .3 澆筑。水泥粉煤灰輕質混合料出機后應在45—60min內澆筑完，停留時間不宜過長。

2.1 .4 入模。不得直接從翻車入模，應卸在潤濕的混凝土地面或鋼板上。

2.1 .5 振搗。按照混凝土振搗方法，用平板板振或振動棒振密實，振動器材適宜采用高頻低振幅振動器振動成型，應嚴防過振造成離析。采用振動棒時應，遵循原則應是“振動時間短，振點間距短”振動完畢后，用木抹拍打或用抹光機抹平，在輕質混合料表面不泌水時，可進行二次抹平。在基層施工中用滾杠碾平，保證平整度滿足要求。

2.1 .6 養生。必須加強養護，覆蓋養生，保持表面濕潤，養生期不少于7天。由于輕質混合料后期強度較高，為防止溫度裂縫，可在達到一定強度時進行切縫。

2.2 質量控制

現場取料制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂漿試塊,在標準條件下養生,進行7天強度試驗,并在已成型的路面上取芯做無側限抗壓強度試驗，和設計強度相比，以控制質量。

2.2 .1 原材料要求：水泥可選用普通32.5級道路硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥；粉煤灰需符合國標II級以上等級要求，燒失量不大于8%，三氧化硫含量不大于3%，細度45um方孔篩篩余不大于20%；水用拌制和養生用水，以飲用水為宜。水中不得含有油污、泥和其他雜質。對水質有疑問時，應檢驗下列指標，合格后方可使用。硫酸鹽含量（按SO42-計）小于0.0027mg/mm3；含鹽量不得超過0.005mg/mm3，PH值不得小于4。

2.2 .2 配料及拌和：粉類灰易于飛揚，粉煤灰場一般都灑水防塵，因此一般采用濕拌法，配料前先測定粉煤灰的含水量，含水量過大成塊狀時與水泥不易拌勻，可提前適當晾曬。水泥與粉煤灰先拌，再加水拌和，加水量應減去粉煤灰原來的含水量。拌和設備優先選用強制式混凝土攪拌機，拌和時間3-5分鐘。

2.2 .3 運輸：一般采用機動三輪車或小推車運輸，運距運時不能過長，以防泌水和水分蒸發，特別是夏季高溫天氣，宜覆蓋運輸進行保水。

2.2 .4 壓實：按照混凝土振搗方法，用平板振動器或振動棒振密實，最后用木抹或抹光機抹平，在基層施工中應用滾杠碾平，保證平整度滿足要求。

2.2 .5 養生：必須加強養護，覆蓋養生，保持表面濕潤，養生期不小于28天。由于混合料后期強度較高，為防止混度裂縫，可在達到一定強度時進行切縫。

2.2 .6 路面為瀝青混凝土結構時，鋪筑瀝青混凝土前需澆灑透層瀝青，以利于半剛性基層與油層的黏結。

2.2 .7 質量控制：現場取料做成70.7mm×70.7mm×70.7mm試塊，標準條件下養生，進行7天和28天抗壓強度試驗，并取芯作無側限抗壓強度試驗。強度標準參照水泥穩定無機結合料基層強度標準。

3 經濟性比較

采用這種材料水泥用量較大，但粉煤灰為工業廢渣，價格低廉，材料費用增加不多。并且所需設備簡單，施工方便，節約了機械費人工費，總體計算并不增加工程造價，因此在經濟上也是可行的。

4 結語

綜上所述，輕質混合料是一種具有輕質、保溫、隔熱、耐火等優良性能的新型建筑材料。由于輕集料的多孔性可以在一定程度上緩解混凝土內部因水結冰造成的膨脹應力，并可以從根本上消除堿集料反應風險，因此輕集料混凝土具有良好的抗凍性和抗大堿集料反應性能。此外，隨著用工業廢渣、城市廢棄物等為主要原料生產輕質混合料技術的日趨成熟，人們可以大量使用輕集料，從而減少對天然集料資源的消耗和保護環境。總之，它具有較好的社會和經濟效益。

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1003-5168(2014)03-0052-02