高抗凍混凝土在寒冷地區市政管廊工程中的應用研究

（河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

市政綜合管廊建設能夠有效避免由于鋪設和維修城市地下管線頻繁管制交通和挖掘道路而對城市交通和居民正常出行造成的影響，此外，市政綜合管廊還可以讓城市路面更加整潔美觀，綜合管廊的建設必將是市政工程未來發展的重點。新疆某市政綜合管廊項目建設區域處于冰凍和融化交替次數較頻繁以及土層硫酸鹽含量較高的區域，綜合管廊總長度3200m，混凝土為等級C35、抗滲等級P8的高強度混凝土，綜合管廊的澆筑形式為泵送澆筑，施工部位主要為綜合管廊的底板、側墻以及中墻，其中綜合管廊的部分區域處在地下水水位較高區域，這對綜合管廊混凝土的抗凍性提出了較高要求。

1 高寒地區高抗凍混凝土原材料的選擇

1.1 水泥

混凝土中起到膠凝作用的主要材料是水泥，所以混凝土強度的高低與水泥的質量息息相關。若要增強高抗凍混凝土的耐久性，必須對混凝土的主要材料水泥進行優選，經大量工程實踐，確定抗凍混凝土中水泥材料選用普通硅酸鹽水泥。在水泥進入施工現場的檢驗環節，要依據普通硅酸鹽水泥的強度細度指標、安定性指標以及凝結時間委托專業檢測機構進行檢驗，檢驗合格方可使用。強度細度指標低的水泥可以大幅度提高抗凍混凝土早期的強度值。同時，要保證普通硅酸鹽水泥比表面積控制在310-340m2/kg范圍內，水泥細度越小，比表面積就越大。水泥需水量偏大時，水泥漿中的水分含量偏高，硬化后的混凝土內部孔隙率增加，會導致混凝土實體強度降低。不同細度水泥對混凝土各齡期強度的影響見表1。

表1 不同水泥細度所對應的混凝土抗壓強度表

1.2 摻合料

減少高抗凍混凝土漿體中孔隙率的辦法是向混凝土中加入礦物摻合料（粉煤灰），使混凝土實體結構變得密實。普通混凝土抗凍性較差和抗硫酸鹽侵蝕性能較差的缺陷得以補償，增加了普通硅酸鹽混凝土的實體強度。在混凝土漿體中加入礦物摻合料，一方面填充了漿體中的空隙，增強了強度和抗硫酸鹽腐蝕能力，另一方面將空隙中的游離水大幅度降低，增強了抗凍融性能。通過大量實踐可知，當混凝土漿體中粉煤灰摻量控制在10%-15%范圍內時，混凝土的抗凍融能力最強。為了將粉煤灰摻量比例范圍進一步縮小，在10%-15%的摻量范圍內選出10%摻量、12%摻量以及15%摻量分別進行試驗驗證，經過360次反復凍融試驗后確定其動彈模量百分比。結論表明，當粉煤灰摻量在12%時，高抗凍混凝土的抗凍融性能最強，其動彈模量比達到95%。

1.3 骨料

混凝土基本骨架由粗骨料和細骨料共同組成，混凝土的強度、耐久性以及穩定性與粗骨料和細骨料的級配因素有較大關聯。級配均勻的骨料顆粒充分降低了骨料之間的空隙，增加了混凝土的結構密實度，降低了混凝土出現質量缺陷的概率，增強了混凝土的抗凍和抗腐蝕能力。因此，在混凝土粗骨料和細骨料的選擇上要嚴控骨料級配等級指標。

1.4 減水劑

混凝土中減水劑的作用是盡可能降低混凝土漿體中的游離水，在混凝土配置過程中減少水的含量，將混凝土凍融的主要因素游離水盡可能去除，增加混凝土抗凍能力。在高抗凍混凝土中，通常選用聚羧酸減水劑來提高混凝土的抗凍融能力。與此同時，聚羧酸減水劑還能為混凝土提供較好的坍落度，確?，F場施工的正常進行。

1.5 引氣劑

混凝土內的游離水是混凝土發生凍融的根本原因。游離水導致混凝土凍融的物理路徑是游離水凍融過程中對孔隙壁產生膨脹壓力，使空隙結構不斷被擴大，最終導致混凝土產生裂縫，降低混凝土強度，影響混凝土耐久性。為控制這一缺陷，在混凝土內部引入引氣劑，讓混凝土內部產生大量氣泡，這些微小氣泡的存在減小了混凝土空隙水凍結時產生的壓力，使得混凝土表面張力減小，防止混凝土因反復凍融產生裂縫，從而提高混凝土抗凍融循環能力。

2 高抗凍混凝土配合比設計與試配結果

配合比設計遵循《普通混凝土配合比設計規程》進行，抗壓強度標準差依據規程要求取4MPa，型號C35的混凝土試驗標準強度數值為41.6MPa。依據表1數據確定摻加劑粉煤灰的用量比12%，高性能聚羧酸減水劑的摻加量比值2.5%。根據規范要求，在寒冷地區且構筑物所處環境較潮濕情況下必須加引氣劑，混凝土含氣量是高抗凍混凝土配比過程中需要嚴格控制的指標，經過大量實踐表明，處于最佳含氣量的混凝土比未添加任何含氣量的混凝土的使用年限長很多。混凝土含氣量根據粗骨料的最大粒徑要求最小控制在4.5%～5.0%。根據施工的技術要求，結合混凝土配合比設計經驗，按混凝土配比計算值進行試配，并對混凝土的物理力學性能進行檢測。

3 案例工程應用

3.1 施工工藝流程

由于案例工程綜合管廊建設場位于市區主干道，為盡量降低綜合管廊施工對交通的影響，將施工場地占用的區域縮小到極限，加上綜合管廊位于基坑5m深處，如果將混凝土從地面直接傾倒進基坑內，混凝土會由于5m高的傾倒高度產生粗骨料與砂漿下落速度不同，導致混凝土出現離析現象，造成嚴重的質量后果。因此，施工現場技術人員決定采用垂直架設導管方式，將混凝土從罐車中引入電泵斗內，然后利用垂直導管將混凝土泵送到綜合管廊的施工部位。此工藝流程順利解決了混凝土從運輸車到施工部位的泵送難點，同時混凝土在電泵斗中再次攪拌具有了更好的施工性能。

3.2 混凝土澆筑順序及振搗

在綜合管廊混凝土主體結構澆筑過程中，混凝土澆筑順序應從遠處開始，近處結束。在同一區域內澆筑時，應先對綜合管廊的縱向結構進行澆筑，再對綜合管廊的橫向結構進行澆筑。在綜合管廊不預留施工縫的澆筑過程中，要確?；炷恋募皶r供應，保證混凝土上層與下層的澆筑時間間隔不超過混凝土的初凝時間。此外，混凝土的振搗過程應始終保持振搗棒與混凝土面垂直來回振搗，振搗棒插點位置選擇應均勻，切忌間隔過大，振搗棒振動過程應做到插入要快，拔出要慢，拔出振動棒的標準是混凝土澆筑面無明顯氣泡產生且混凝土面無明顯下降，拔出振動棒后對混凝土面進行抹平作業。

3.3 混凝土養護

綜合管廊主體結構混凝土澆筑完畢后應立即進行覆膜處理，并安排專人灑水養護，養護周期不得少于一周，當混凝土有抗滲需求時其養護周期再延長至少一周。

3.4 常見質量問題及應對措施

3.4.1 混凝土出現麻面質量缺陷

綜合管廊混凝土澆筑后出現麻面的主要原因是施工模板表面未清理干凈、未按照規定時間拆模以及澆筑過程中振搗環節疏忽等。所以，在進行混凝土澆筑過程前必須對模板表面進行徹底清理，按照規定要求進行拆模，不能過早拆模，也不能過晚拆模，混凝土的澆筑環節應確保振動環境處于有效和可控狀態。

3.4.2 混凝土面局部出現蜂窩現象

混凝土面出現蜂窩的主要原因是混凝土澆筑過程中分層厚度設置得太大，使得澆筑過程中的振搗不充分，振搗不密實。此外，混凝土面出現蜂窩還與混凝土離析現象和粗骨料級配過大等因素有關，其中粗骨料級配過大導致鋼筋構建阻礙混凝土充分流動，導致混凝土澆筑過程中未充分密實，繼而出現蜂窩等質量缺陷。所以，在綜合管廊混凝土澆筑時應根據具體澆筑厚度進行科學合理的分層澆筑，澆筑后應利用振搗棒及時振搗，在進行鋼筋構件預埋時應鋪設墊塊，防止構件錯位。

3.5 案例工程施工效果評價

通過對案例項目選用的高抗凍混凝土原材料進行嚴格檢驗和優化施工配合比，確保該項目澆筑過程中使用等級合格的高抗凍混凝土。在綜合管廊項目正式施工前，對高抗凍混凝土的坍落度和含氣量進行檢測，結果表明，綜合管廊施工用高抗凍混凝土含氣量平均值為4.7%，平均坍落度為196mm,且在混凝土運輸過程中該兩項數值并未明顯減少，在綜合管廊施工現場的檢測值幾乎無變化，在施工過程中采用地泵泵送混凝土，整體結果表明該高抗凍混凝土性能表現良好。

4 結語

1）選用細度較小的水泥可以大幅度提升高抗凍混凝土的強度和高抗凍混凝土的抗凍融性能。

2）在高抗凍混凝土中采用一定比例的粉煤灰材料代替水泥材料，在保證單方混凝土承載力相同的條件下，減少了混凝土原材料的成本，同時降低了混凝土中游離水的含量，增加了混凝土的抗凍融能力。

3）高性能聚羧酸減水劑和引氣劑均能改善混凝土抗凍融性能，但是聚羧酸減水劑對改善混凝土抗凍融性能效果甚微，主要依靠摻入引氣劑來達到混凝土的抗凍指標。