橋梁工程中膨脹混凝土的應用探究

趙紅星

摘要：本文通過對預防橋梁裂縫的各種措施及其效果進行了分析，發現膨脹劑對于裂縫有著最好的控制效果，并對膨脹劑抑制裂縫的效果進行了討論，對如何控制膨脹混凝土的質量提出了幾點建議。

關鍵詞：橋梁工程；膨脹混凝土；應用探究

引言

目前，在橋梁工程的施工中，裂縫的產生對橋梁工程整體的質量造成了非常嚴重的影響。盡管裂縫對于橋梁的承載能力幾乎沒有影響，但在鋼筋腐蝕等方面的影響則不容忽視。因此，在橋梁工程的施工中，往往會采取各種措施來對裂縫的產生進行控制。

1.預防裂縫的各種措施及其效果

1.1降低混凝土坍落度，延緩脫模時間

混凝土的單位水泥用量與其坍落度之間有著較為密切的聯系，當降低單位水泥用量時，混凝土的單位用水量和水化發熱量也會出現一定程度的降低；當降低坍落度和單位用水量時，則會使水泥的干縮量出現降低。因此，通過適當的調整混凝土配比，降低坍落度，將養護時間進行適當的延長，可以使裂縫的產生得到有效的減少，施工質量得到提高。但該方案對于裂縫的寬度降低并無明顯作用。

1.2加入高性能減水劑

該方案通過將混凝土內的單位用水量進行減少，從而使坍落度得到降低。該方案對于裂縫產生的數量上有著一定的抑制作用，但對于裂縫的寬度降低并無明顯效果。

1.3增加腹板鋼筋

為了使箱梁腹板的裂縫能夠得到抑制，選擇在箱梁的腹板增加鋼筋量的方式，使腹板配筋率高于極限配筋率。該方案對于裂縫的寬度有著一定的控制效果，但是對于裂縫產生的數量控制上則效果并不理想。

1.4加入膨脹劑

膨脹劑以其補償收縮、產生自應力、膨脹纖維等功能和作用，通過引入化學預應力，對于橋梁裂縫的蔓延能夠起到良好的抑制作用，對于混凝土內部的裂縫也有著較好的控制效果，能夠有效的減少箱梁裂縫的產生和裂縫寬度。

2.膨脹劑抑制彎曲裂縫分析

相比于普通混凝土，通過在混凝土中摻加膨脹劑使其成為膨脹混凝土，能夠大幅度提高混凝土的抗裂能力。6%摻量的膨脹纖維混凝土就可以提高近90%的抗裂能力。其原理是由于膨脹纖維在混凝土中呈亂向分布，使得混凝土的塑性收縮和凍融應力被減弱，同時由于膨脹纖維有著較高的抗拉強度，因此也使得混凝土的韌性被大大增強，很大程度上使細微裂縫的產生和發展受到了抑制。由于膨脹纖維在生產的過程中采用了特殊的工藝對表面進行了處理，使其與水泥基料之間能夠產生很強的粘結力，所以可以和混凝土材料進行輕易、迅速以及均勻的混合。此外，由于在混凝土中往往會加入一定量的鋼筋，這些對于混凝土能夠起到一定的約束作用，再加上混凝土的收縮變形，就會產生拉應力，當拉應力超過混凝土拉應變的極限時，就會導致裂縫的產生。而膨脹混凝土的補償收縮功能能夠在混凝土的內部產生壓應力和壓應變，對混凝土的收縮變形進行補償，對產生拉應力進行抵消，使得混凝土的抗裂性能大大提高。

3.質量控制措施

3.1保證原材料質量

在膨脹混凝土的原材料選擇上，要對材料質量進行嚴格的控制，選用強度等級不低于C40的水泥混凝土，水泥用量保持在360～400kg/m3左右；所選用的粗骨料應保證顆粒直徑小于31.5mm，含泥量不大于1%；壓碎值不大于20%，細骨料則宜選擇中粗砂。并保證其含泥量在3%以下。

3.2嚴格控制水灰比

根據大量的研究和經驗表明，在使用膨脹混凝土時應保證水灰比在0.32～0.35之間。如果膨脹混泥土的水灰比過高，就容易使鈣礬石結晶顆粒的填孔效果降低，使混凝土的抗滲能力受到不良的影響。膨脹混凝土的膨脹大部分是在早期發生的，此時的砼仍然處于可塑性狀態，如果此時有著過高的孔隙率，那么就會在塑性體孔隙的壓縮以及其他非主要受限方向上消耗大量的膨脹能量，從而顯著減少了主要受限方向的有效壓應變和預壓應力的初始峰值，進而導致了主要受限方向上的孔隙有效壓縮量減少，降低了膨脹混凝土的抗滲和抗裂性能。如果在施工過程中沒有對水灰比進行嚴格的控制，在運輸、振搗等過程中任意進行水的添加，都有可能導致質量事故的發生。

3.3控制膨脹劑的選擇和摻量

目前常見的膨脹劑種類一般有：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鈣-硫鋁酸鈣類以及氧化鎂等。其中以我國建筑材料科學研究院所研發的U膨脹劑的效果最好。膨脹劑的摻量則需要根據工程施工的具體情況進行確定，一般存在以下幾種情況：（1）以抗裂為主要目的的工程施工，U型膨脹劑的摻量一般占水泥重的10%～14%，此時混凝土可以獲得良好的膨脹性能。在使用此摻量的膨脹劑時，非受限狀態下的膨脹砼的自由強度要比普通砼的自由強度降低5%～10%，但在實際的工程中，由于砼往往會處于受限狀態，而此時膨脹砼的強度則要比普通砼增加10%～30%，因此可以忽略非受限狀態下強度降低的不利影響。不過，當摻量大于14%且膨脹砼處于非受限狀態，則不能忽視此影響。（2）以抗滲為主要目的的工程施工，U型膨脹劑的摻量一般占水泥重的8%～10%，此時混凝土的膨脹率較低，但砼的強度和抗滲性能都得到了一定的提高。如果同時需要較好的抗裂性能，則可將膨脹劑摻量提高，并加強砼的強度等級。（3）當膨脹劑摻量在14%～16%左右時，由于混凝土膨脹率大幅度提高，而膨脹砼的強度則有著明顯的下降，降幅超過10%。而受限狀態的加強能夠對自由強度的損失進行補償，從而使混凝土的整體強度得到提高。因此只有當體量較大且砼的受限狀態較強的情況下才適用此膨脹劑摻量。

3.4控制施工質量

混凝土施工過程對于混凝土的質量水平高低有著非常重要的意義。由于在混凝土中會加入一定量的膨脹劑，為了使膨脹劑能夠在混凝土內均勻分布，就要適當延長攪拌的時間，但要注意攪拌時間不可過長，避免造成膨脹劑纖維的損壞，對膨脹混凝土的質量造成影響。在混凝土澆注的過程中，要注意澆注的時間間隔應保持在1h以內，澆注自由落距在2m以內。如果施工時氣候較為干熱，或者運輸距離較長，則可以適當添加緩凝劑。在進行混凝土振搗時，要保證振搗工作的合理性，確保振搗密實，沒有漏振或者過振，從而使混凝土的密實性提高，避免蜂窩、麻面等問題的出現。

3.5加強混凝土養護工作

在混凝土澆筑完成后的前14天內，要根據相關規范要求，通過在混凝土表面進行飽水養生，進而使膨脹率能夠達到峰值，使其抗裂和抗滲性能得到提高。在以往的混凝土施工中，膨脹砼抗裂、抗滲性能上出現的問題，多數都是由于沒有重視早期養護而造成的。

結語

綜上所述，在混凝土中摻加膨脹劑使其變為膨脹混凝土對于提高橋梁工程中混凝土的質量、減少裂縫的產生有著非常良好的作用，在施工中有著較高的應用價值。由于膨脹混凝土的特性，在其配制、攪拌、膨脹劑選擇和摻量、施工以及早期養護等環節要加強管理和控制，從而使膨脹混凝土的施工質量得到保障。

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