寒區機制砂混凝土耐久性及施工質量控制研究

王國峰，關 輝，高 銘，楊 猛

(1.黑龍江工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱智路科技開發有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江省公路科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 寒區機制砂混凝土的耐久性研究現狀

1.1 無機類耐久性防護劑研制

高寒地區溫差較大，長期低溫時間長，且降雪和酸雨較多，為機制砂混凝土的耐久性提出了更高的要求，通過多種防護劑的研制，提升其耐久性，延長其使用年限，保障建筑工程安全投入使用生產具有重要的作用。無機類耐久性防護劑是通過反應結晶固化的反應物，對混凝土內部孔隙進行填充和阻塞，達到提升混凝土表面密度提升、憎水性加強的效果，使用方法以噴涂和涂抹為主。無機類耐久性防護劑施工成本相對較低，且成效較為顯著們能夠對傷害混凝土的水分及有害介質進行阻斷，且在長期應用后可見到明顯成效。

將無機耐久性防護劑在常溫下有和無摻加助劑進行分組滲透性進行比對，發現無摻加助劑的混凝土發現顆粒填充的混凝土帶有基層孔隙導致混凝土結構發生變化，混凝土密實度增加，但吸水率降低，抗滲能力以及碳化深度隨之降低，且混凝土抗壓強度提高。在使用新型混凝土無機類耐久性防護劑過程中，將防護劑與機制砂混凝土混合后將能提高混凝土的密度，防護劑涂層與基層材料反應后能夠達到抗凍融需求，使寒區機制砂混凝土的耐久程度增加。

1.2 無機類耐久性防護劑工程應用

寒區混凝土無機類耐久性防護劑研發后，在黑龍江省龍頭橋水庫溢洪道補強修復工程，機制砂混凝土無機類耐久性防護劑應用在問題部位，噴涂處理在新聚合物砂漿表面，使表面的密度加強，吸水性降低同時憎水性也隨之加強，通過含有防護劑的機制砂混凝土對細小的孔隙、裂紋進行填補，增強填補材料的耐久性，且經過長期的觀察，成效較為顯著。另外黑龍江牡丹江鏡泊湖水庫溢流壩裂縫處理工程等多個水利工程中多種界面也進行不同程度的應用，后期觀察成效也較為顯著。

2 寒區機制砂混凝土提高耐久性針對性策略

2.1 提高機制砂混凝土的密實度

機制砂混凝土作為復雜的多相多孔材料，內部具有多尺度異形態的孔隙，是關系機制砂混凝土的密實度，有效的減少孔隙率，提高混凝土的密實度，可以采用引氣劑方式提升混凝土的折壓比，提高混凝土的韌性，也可起到抗凍融作用。在《混凝土結構耐久性設計規范》和《黑龍江省橋梁結構高耐久性混凝土設計與施工規程》中明確要求混凝土的含氣量與起泡間隔系數與機制砂粒徑有直接關系，骨料最大粒徑為10～15 mm，混凝土高度報保水6.5，在混凝土中度保水5.5～5.0，鹽或化學腐蝕下凍融在6.5，25 mm骨料最大粒徑時為混凝土保水程度在6.0～4.5，鹽或化學腐蝕下凍融在6.5，40 mm骨料粒徑為混凝土保水程度為高度5.5，中度4.0，鹽或化學腐蝕下凍融5.5。減小混凝土的孔隙率，提升混凝土的密實程度，保障混凝土的抗滲性、吸水性，降低凍融破壞程度，混凝土橋面板設計必須重視楊恒的及時性，保證足夠的養生時間，保證洪凝土的密實性。

2.2 加強鋼筋防護

建筑工程中鋼筋的應用是關鍵，機制砂混凝土在與鋼筋共同應用中需要，我國混凝土結構、鋼筋等設計及施工相關規范中具有明確添加鋼筋要求，并在建設過程中針對性較高的有效方式對鋼筋進行阻銹及耐久性施工明確要求，是保障鋼筋發揮有效作用的關鍵。在機制砂混凝土中摻入阻銹劑，建設運用過程中鋼筋的應用，例如在背景四環、五環路建設過程中混凝土摻入復合氨基醇阻銹劑，在鋼筋表面形成保護膜，抑制電化學腐蝕過程中的陽極和陰極反應實現金屬銹蝕阻止，合理降低銹蝕速率，同時該類阻銹劑不能改變混凝土性狀，是單純機理的最佳利用，適合高性能混凝土、環氧涂層鋼筋、混凝土表面涂層等的使用。另外還可以在沿海地區以及跨海大橋等的進行防腐時，其耐久性也較為理想。

2.3 混凝土鋪裝路橋面防水措施

寒區機制砂混凝土在鋪裝橋面過程中需要加強防水鋪裝層，且防水混凝土面鋪裝層必須重視抗滲等級的應用管理，低于S6的混凝土中含有的水泥數量較少，容易造成面層的分層離析現象，影響整體的抗滲性能，降低耐用性，必要時對重要工程抗滲等級采用S8以上的防水混凝土。在局部修補過程中，采用水泥基滲透結晶型等剛性防水結構進行修補，其中橋梁橋面防水是禁止采用防水卷材的，《城市橋梁橋面防水工程技術規程》(CJJ139-2010)中明確做出了相關規定，必須采用抗滲大的防水混凝土，保證防水的可靠性。我國寒區冬季降雪量及次數較多，常用除雪劑，且酸雨發生較多，防水混凝土的耐腐蝕程度需著重管理，可通過機制砂混凝土試塊分別置于侵蝕性融雪劑與飲用水中掩護六個月，滯后對其抗折強度進行對比，系數應不小于0.8，方能達到耐腐蝕需求。

2.4 合理設計混凝土保護層厚度

混凝土的保護層厚度逐漸受到建筑行業的重視，在路橋設計過程中混凝土的保護層厚度是對鋼筋、面層等多方面保護的關鍵，國外上世紀曾采用鋼筋混凝土在2.5 cm，80年代逐漸增加到7 cm。隨著建筑行業的發展，現在對橋梁的使用環境，鋼筋混凝土結構重點保護層采用不同的厚度要求，防止混凝土對鋼筋的銹蝕，并能夠降低施工成本，同時還規定保護層大于50 mm必須設置防裂筋，機制砂混凝土的應用逐漸走向完善。

3 寒區機制砂混凝土施工質量控制措施

3.1 寒區機制砂混凝土施工過程中裂縫質量控制

性能機制砂混凝土通過性能分析，具有和天然砂混凝土不相上下的優異性能。機制砂混凝土應用廣泛，在寒區運用過程中凍融破壞為眾多因素的首要問題，凍融破壞后，機制砂混凝土容易造成滲透性下降，影響耐久性及施工質量管理。機制砂混凝土是施工的基本保障，如不進行嚴肅的配比及管理，將直接影響施工工期，同時機制砂的情況也影響機制砂混凝土的性能。加強對凍融和滲透耦合、裂縫與滲透耦合進行分析，對寒區機制砂混凝土的電通量進行分析對比，得到結論是機制砂混凝土隨著凍融作用的增加，滲透性也增高，需要重視機制混凝土中滲透性和凍融管理，控制施工過程中出現裂縫問題。

采用復合礦物摻合料和超強吸水聚合物(SAP)內養護技術聯合的方式針對機制砂混凝土裂縫問題，采用大量摻礦物合料和和聚羧酸減水劑相結合獲得良好的機制砂混凝土，并注重內養護工作，及時補充水分，將內部自收縮、干燥收縮等問題改善，保證混凝土內部濕度及其分布狀態。并且探索了地質聚合物新型修補料，滿足細小裂縫和已形成裂縫不同程度的虛部需要，且其凝結硬化較快，流動性好，能夠防止裂縫繼續擴展。

3.2 合理運用石粉提升施工質量

機制砂中石粉對混凝土的性能影響較大，石粉增加或減少對混凝土的水量需求也會帶來一定程度的影響，石粉量增加，混凝土拌合物變稠，和易性變差，但同時也存在坍落度變化小，擴展度有小幅減小，能夠得到粘聚性和保水性較強的機制砂混凝土。重視合理運用石粉，改善機制砂混凝土材料性狀，減少孔隙率，增加流動性，減少機制砂顆粒之間、粗集料之間的摩擦力，改善拌合物的離析泌水狀態，合理控制塑性開裂狀態，保證混凝土抗凍特性。要保證混凝土中適量的石粉含量，這是保證混凝土性能的關鍵，進而保證工程施工質量，石粉含量對細集料顆粒間咬合力和細料與瀝青的粘合性都有影響，且寒區溫差大、凍融情況嚴重，合理配比石粉含量，降低對機制砂混凝土的工作性能、力學性能、收縮開裂等多種性能影響，保證耐久性能。寒區環境下，粉煤灰、礦渣微粉的單摻及兩者的復摻均能有效提高機制砂混凝土的抗凍性能和抗滲性能，其中以粉煤灰與礦渣微粉復摻的作用最為突出，對機制砂表面粒型及機制砂密度、孔隙率等問題進行深入研究，改變其流變性能，降低收縮開裂的特性出現，根據表面粒形配比石粉，得出機制砂混凝土最佳優化配合比，提升建筑的耐久性，滿足施工質量控制要求。

4 結 語

綜上所述，隨著我國天然砂資源的日益枯竭，機制砂混凝土在建設項目中應用將更為廣泛，在應用過程中機制砂的和易性差，石粉比例不均衡，摻和劑運用不同，造成機制砂混凝土質量具有差異性，重視防凍、憎水性、抗凍融等多方面的影響，合理進行機制砂混凝土配置，符合寒區機制混凝土耐久性需求，滿足寒區施工質量要求，促進我國混凝土工程的發展。