橋梁高性能清水混凝土研究與應用

何小宇 周孝軍

(1.四川廣巴高速公路有限責任公司，四川成都 610000;2.西華大學，四川 成都 610039)

近年來，隨著城市建設的迅猛發展，市容市貌日新月異，道路橋梁施工的外觀質量要求越來越高，其中橋梁墩臺及上部結構的外觀尤為重要［1］，這些結構大多為鋼筋混凝土結構，坐落于城市主干道或高速公路，直接影響城市美觀與高速公路沿途風景。本文以成都市二環線工程以及廣巴高速公路防撞護欄工程為依托，詳細介紹了清水混凝土配合比設計，外加劑配置及施工工藝相關的具體做法。

1 工程概況

成都市二環路改造工程是成都市中心城區“緩堵保暢”項目的重要組成部分，全長28.3 km，分為東、西半環實施。其中，東半環13.1 km全線均為高架橋，西半環15.2 km為地面雙向六車道的快速路，中間建設雙向雙車道的大容量快速公交高架橋，其混凝土外觀質量直接影響了整個二環線的美觀。廣巴高速公路是革命老區四川巴中的第一條高速公路，沿途風景秀麗，混凝土防撞護欄外觀品質需與環境協調一致。因此，其均采用了清水混凝土的設計方案，對并混凝土的性能與施工提出了較高的要求。

2 清水混凝土的配合比設計

2.1 原材料

1)水泥:華新P.O42.5水泥。水泥主要化學成分見表1。2)細集料:天然河砂，細度模數2.5，含泥量1.8%，泥塊含量0.3%。3)粗集料:石灰巖質碎石，粒徑5 mm～25 mm，含泥量0.4%，針片狀含量1.7%。4)外加劑:三瑞企業V630型聚羧酸高效減水劑。5)礦物摻合料:Ⅰ級粉煤灰，細度不大于12%，水分不大于0.9%。6)拌合用水:自來水。

表1 水泥的主要化學成分 %

2.2 配合比設計原理

采用密實骨架堆積理論進行清水混凝土配合比優化設計，其主要是通過尋求混凝土中粗細集料的最大密度來實現最小空隙率，使混凝土中的固態材料處于最緊密堆積狀態，成型后的混凝土更密實，有利于強度、耐久性和外觀的致密光滑［2］。

通過粉煤灰填充砂子的空隙，得到粉煤灰填充砂子的趨勢如圖1所示，經擬合分析確定粉煤灰在砂中的最佳摻量 α為11.6%。同樣的方法做出砂和粉煤灰在石中最緊密堆積趨勢如圖2所示，分析得到粉煤灰和砂在石中的最佳摻量 β約為42.17%。

圖1 粉煤灰和砂緊密堆積趨勢

圖2 砂和粉煤灰與石的緊密堆積趨勢

為了得到最優砂率，選取堆積實驗得到的砂率臨近的砂率值進行混凝土表面狀況對比試驗，結果如表2所示。可見，砂率為40%時，混凝土表面效果最佳。因此，取粉煤灰摻量為11.6%，砂率為40%，得到C50清水混凝土配合比如表3所示。

表2 不同砂率下清水混凝土的表面狀況

表3 C50清水混凝土配合比與力學性能

3 消泡劑與引氣劑對清水混凝土鏡面效果的影響

混凝土結構表面氣孔直接影響其外觀效果，工程中常摻加消泡劑以降低混凝土拌合物的含氣量，但混凝土的流動性隨之下降。此處采用消泡劑與引氣劑雙摻的方法，消除混凝土中的大氣泡，而引入適量的小氣泡，保證混凝土工作性能的同時改善外觀質量。試驗研究了消泡劑和引氣劑摻量對清水混凝土工作性能與表面氣孔分布的影響，如表4所示。

表4 消泡劑和引氣劑對清水混凝土工作性能與鏡面效果的影響

由表4可知，不摻引氣劑時，混凝土流動性較差，隨消泡劑摻量增加，混凝土工作性能先變好，摻量超過6×10－4時開始劣化;大氣孔減少而小氣孔有所增加，表面效果改善明顯。因為消泡劑主要是將大氣泡分化成小氣泡，或者直接將氣泡破解。其摻量不高時，混凝土含氣量變化不明顯，起潤滑作用的氣泡含量增加，混凝土工作性能有所改善;而摻量過高后，含氣量降低，混凝土工作性能開始下降。引氣劑的摻加主要是引入適量小氣泡，以改善高摻量消泡劑造成的混凝土工作性能下降問題，但引氣劑摻量過高時會增加大氣泡含量。另外，混凝土中氣泡不能光靠消泡劑予以消除，一部分氣泡需要通過振搗工藝排除，混凝土工作狀態差或者混凝土含氣量高時均會導致氣泡在振搗時易在模板壁集結，難以排出，混凝土表面氣孔難以避免。針對本試驗用的聚羧酸減水劑，經分析可知，消泡劑和引氣劑最佳比例分別為:消泡劑6×10－4～9×10－4，引氣劑5×10－5。

4 模具處理對鏡面效果的影響

模具處理是清水混凝土制備的重要步驟，分別采用打磨光滑的鐵模具和塑料模具，涂刷脫模劑后澆筑混凝土，對比混凝土試塊的表面效果，結果如圖3，圖4所示。塑料模具試件表面出現脫模劑涂刷不均造成的色差，鐵模具試件有少許氣孔。可見，處理的過程直接影響了清水混凝土制備的鏡面效果。

圖3 塑料模具及制備的清水混凝土效果圖

模具處理一般過程分為:拋光處理，脫模劑涂刷，模具拼裝［4］。1)模具的拋光處理主要是處理掉未啟用模具或者已使用模具上殘留的鐵銹、灰塵及混凝土，模具處理不當會影響脫模劑的涂刷效果，進而影響混凝土表面的光潔度等。2)脫模劑的涂刷直接影響混凝土的鏡面效果與模具的使用壽命。脫模劑多刷，會導致養護時該部分混凝土較難潤濕，因而產生色差，如圖5a)所示;脫模劑漏刷會導致模具的銹蝕，致使混凝土的表面產生色斑，如圖5b)所示，影響混凝土的鏡面效果。3)模具拼裝主要是對模具拼裝過程的控制，尤其是拼接縫的控制，拼縫應保持面板的平整度，否則易導致表面粗糙不均，如圖5c)所示。

圖4 鐵模具及制備的清水混凝土效果圖

圖5 模具處理不當對鏡面效果的影響

圖6 振動臺振搗效果圖

5 混凝土澆筑及振搗方式對鏡面效果的影響

清水混凝土的澆筑工作包括攤平、搗實和抹面修整等工序。澆筑工作的質量，對于清水混凝土的密實性與耐久性、結構的整體性以及構件的外觀效果有決定性的影響，是清水混凝土工程施工中保證其質量的關鍵性工作，除此之外清水混凝土在澆筑時應注意振搗時間、振搗方法等［5］。

采用振動臺和搗棒振搗兩種不同的方式進行振搗對比試驗，振搗至沒有明顯的大氣泡排出為止，其結果見圖6，圖7。雖然兩種振搗方式均能有效的排除混凝土中的氣泡，得到表面光滑無氣泡的清水混凝土，但是振動臺振搗時間長，作用力是上下作用，所以混凝土中粗集料易堆積在下面，而導致混凝土集料分布不均勻，勻質性差從而影響混凝土的強度。因此，搗棒振搗比振動臺振搗更為合理，實際工程中應加強振搗棒振搗。

圖7 搗棒振搗效果圖

6 結語

通過混凝土配合比的優化、模板的精心處理、澆筑與振搗嚴格控制，確保了依托工程清水混凝土施工質量達到設計要求，無銹斑和明顯氣泡、無缺棱、掉角等缺陷，外形美觀、表面平整光滑、顏色基本一致。

［1］康 鑌，黃為洋.清水混凝土的試驗與應用［J］.商品混凝土，2010(5):47-48.

［2］鄭建嵐，黃鵬飛.自密實高性能混凝土配合比試驗［J］.福州大學學報(自然科學版)，2010，29(5):73-75.

［3］李士偉，安普斌，李 超.清水防腐混凝土表面消泡技術研究［J］.混凝土，2012(4):94-96.

［4］張建雄，繆昌文，劉加平，等.清水混凝土外觀質量評價方法的研究［J］.混凝土，2008(1):95-97.

［5］范 俊.清水混凝土施工質量的控制［J］.建筑工人，2009(10):5.