混凝土養護對寒區混凝土橋梁壽命周期的影響

李 鈞 沈 義 李 麗 孫 宇

(黑龍江建筑職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

對于一些高寒地區比如東北島狀凍土地區，由于長期受到劇烈的地殼運動，其自然條件相對復雜，同時受到地質，地理，氣候等特殊自然條件，給公路、橋梁建設維護帶來不便。尤其在高寒季節氣溫最低能夠達到-40℃，晝夜溫差可達到30℃以上，從一定程度上給公路橋梁材料使用壽命周期帶來了威脅，使很多已建公路橋梁使用壽命顯著降低，需要不斷開展重建和維修工程，不僅影響了交通運輸，也給運營維護單位帶來較大成本。提升混凝土結構壽命周期的措施如下。在設計圖中標注水標比以及與混凝土使用壽命周期相關的參數，標注結構耐久性相關的質量要求，尤其是混凝土橋梁養護方法和保護層厚度等質控措施，混凝土橋梁在使用過程中的定期維修要求，結構、布置、類型、構造等利于減輕不良環境對混凝土橋梁結構的影響，便于施工和提升施工質量，因此針對高寒地區混凝土橋梁壽命周期的施工養護相關研究是十分重要的。

1 工程概況分析

在本研究中主要以北黑公路石金河大橋作為研究對象，其橋梁全長為869m，橋梁底部為C30等級的混凝土鉆孔灌注而成的基礎結構，采用雙柱式墩臺，上部采用c50級別的混凝土后張法預應力箱梁，橋面采用厚度為10cm的水泥混凝土鋪裝防水劑，其型號為FTY-I，上部位置鋪設厚度為9cm的AC16中粒式瀝青混凝土，兩側鋪設C30等級的混凝土防撞護墻。

該橋梁屬于高寒地區，氣候復雜多變，整體路段為減少路基受島狀凍土相關影響，可以采用以橋代路的方式，采用多跨簡支梁，每相隔20m由9片箱梁構成，采用后張預應力的方式。相比其他建筑工程來說，由于該路段氣候條件惡劣，在使用混凝土時很容易受到外界因素的影響，包括風沙腐蝕，硫酸鹽腐蝕等。由于上述環境多種因素協同作用產生的腐蝕，破壞該公路混凝土結構，因此為提升混凝土橋梁工程的使用周期，需要綜合分析影響混凝土材料壽命周期的因素，并且能夠從養護施工等方法來提升橋梁結構的耐久性。

2 寒區混凝土橋梁壽命周期影響因素

為提升混凝土橋梁結構的使用壽命周期，需要確保施工質量，可采取的措施包含做好混凝土結構表層混凝土密實性以及混凝土養護，準確設置混凝土保護層厚度，做好裂縫控制，由于該路段屬于高寒氣候地區，因此需要采取嚴格工藝，確保混凝土施工質量。

2.1 原材料控制

對于混凝土質量來說材料是其關鍵，也是結構壽命周期的重要影響因素，由于該地區氣候條件特殊，因此對混凝土結構的壽命周期提出較高要求。在具體施工過程中需要從施工源頭抓起，嚴格控制材料關，要求整個施工中所使用的水泥，鋼筋，砂石等符合相關質量需求。

2.2 原材料保溫加熱

由于地處外界環境溫度較低，在混凝土拌和過程中溫度無法滿足相關要求，這種情況下應當采用加熱水，如果加熱水無法滿足施工需求也可以同時加熱骨料，需要通過計算和實驗來確定加熱溫度。

2.3 混凝土拌合

應當在拌合站集中進行混凝土拌合過程，使用自動計量上料系統進行混凝土攪拌，攪拌時間為兩分鐘，應當控制在5min以內。根據灌注工藝要求確定混凝土拌合物的塌落度，按照配合比進行控制，當使用常溫養護法進行混凝土生產時要求混凝土的拌合物中含氣量達到3%～6%之間，利用蒸氧法進行混凝土構件生產時要求其含氣量達到2%～3%之間。為滿足現場施工條件，需要確定混凝土具體攪拌流程，在冬期為確保混凝土入膜溫度要求，需要進行混凝土攪拌前熱工計算，通過預實驗確定骨料以及水的預熱溫度。

2.4 混凝土運輸

在混凝土運輸過程中需要針對運輸機具進行保溫，或采取運輸車廢氣加熱的方式，盡可能縮短運輸時間以及距離，減少裝卸次數，在實際運輸中要求其溫度損失低于5℃，在澆筑運輸時的溫度以及覆蓋材料需要符合相關熱工計算要求。當不滿足要求時可適當提升原材料加熱溫度，進一步減少裝卸次數，縮短運輸距離和時間，并合理調整，為減少現場逗留時間，減少運輸次數以及混凝土入膜的熱量損失，要求在混凝土運輸過程中允許的延續時間在30～75min之間。

2.5 混凝土澆筑

應當分層開展混凝土澆筑，根據混凝土的運輸條件拌制能力、振搗能力確定其分層厚度，一般混凝土分層厚度為25cm，預制梁混凝土澆筑厚度低于20cm，同時結合振搗要求，對于新拌和混凝土在振搗過程中可以細化混凝土氣泡體系所排出的氣泡，其主要依據拌和物振搗強度、時間等因素。

3 提升混凝土橋梁結構壽命周期的養護方法

首先結合現有研究成果可以采用富摻粉煤灰，磨細礦渣粉，控制水泥、粗骨料、細骨料質量，并合理實現混凝土摻氣以使達到混凝土橋梁使用壽命周期。從原材料來看，其水泥型號為p052.5R，各項指標滿足相關規范要求，其中硅灰等級為s95級，粉煤灰為一級粗集料，粒徑為5～20mm，細集料選用中粗砂，其細度模數為3.6。經現場塌落度和調配測試最終選擇w2的混凝土配合比。為分析不同養護條件下混凝土強度產生的影響，按照相同材料配合比進行混凝土試塊制作，將其分為14組，每組各三塊，在相同養護條件下分別選擇4組開展養護測試，其中分別對樣塊開展3d，5d和7d齡期抗壓強度分析，各個混凝土石塊采用不同養護方法在3d，5d和7d齡期具體的抗壓強度數據。根據研究發現，采用暖棚養護法其效果較好，而采用養護劑進行養護時未達到預期效果，從現場養護措施來看，結合上述不同養護方法的實驗數據比較，結合混凝土預制梁現場施工環境可采用暖棚養護以及養護及養護相融合的方式。具體步驟如下。第一，暖棚支架，按照梁水平投影尺寸將暖棚平面長寬各延3m，暖棚的骨架結構采用鋼管搭設，完成混凝土施工之后外部照射氧護罩，使用帆布進行養護罩加工，暖棚下部位置預留出入口，便于工作人員出入。第二，混凝土澆筑固定好模板和鋼筋之后，進行單梁混凝土澆筑，在白天進行施工，完成澆筑后及時收面，并在頂部位置覆蓋塑料膜，防止混凝土表面在夜間受凍，做好塑料膜密封性，防止水分散失導致混凝土出現裂縫。第三，暖棚養護，采用暖棚養護的方式，開通暖風機，可以適當通入，無需灑水僅需覆蓋保濕，要求養護溫度高于15℃時需要定期采取灑水養護的方式，防止水分散失，導致混凝土開裂。同時還需要定期進行箱梁內外部溫度的測量。第四，拆模養護，拆除模板支外的養護罩以及混凝土塑料膜之后，進行模板拆除，拆除前需要關閉暖風機以降低墩體位置的溫度，防止在拆模過程中導致混凝土內外溫差較大，拆模之后還需要適當涂抹養護劑，按照塑料膜、棉被繼續保溫兩周，兩周之后拆除棉被，利用塑料膜養護30d，一般來說塑料膜覆蓋時間越長其效果越好。

從現場工廠來看，上述方法進行養護時高寒地區混凝土橋梁主梁位置裂縫顯著減少，表明主梁抗裂性能獲得提升，在施工過程中未出現混凝土離析，證明混凝土拌和物具有良好性能，可滿足實際施工需求。同時混凝土主梁無堿化、其抗堿能力獲得提高，通過現場施工抽樣檢驗加入外加劑之后混凝土施工性能較好，且混凝土工程壽命周期滿足相關標準要求。

4 結 語

總而言之，在本研究中針對高寒地區混凝土橋梁壽命周期影響因素進行分析，進一步以東北島狀凍土某工程為例，通過對比實驗獲得提升該結構壽命周期的措施。通過研究發現，利用暖棚養護相比自然養護以及養護及養護來說混凝土強度影響較好，且采取上述措施能夠提升主梁混凝土的各項指標，包括抗滲性能，抗凍性能等。