道橋工程中混凝土施工問題及策略研究

黃漢彬

（晴隆縣交通運輸局，貴州 黔西南 562400）

0 引言

道路橋梁是交通運輸業(yè)發(fā)展過程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)全面發(fā)展，車輛通行量數(shù)量增加。為保證車輛通行安全，對道路橋梁施工質(zhì)量提出了高標準與嚴要求，同時也推進道橋工程施工技術(shù)工藝水平不斷提升。但由于混凝土施工質(zhì)量把控效果不佳而產(chǎn)生的工程質(zhì)量問題仍常有發(fā)生。因此，本文結(jié)合實例，深入分析混凝土施工常見問題及影響因素并提出全面的質(zhì)量提升措施具有重要意義。

1 道橋工程中混凝土施工常見問題

1.1 混凝土碳化

混凝土碳化是指空氣中或者液體中的二氧化碳或酸性氣體向混凝土材料中滲透的一種化學反應(yīng)，在和混凝土中氫氧化鈣發(fā)生化學反應(yīng)后，材料pH 降低，即為混凝土碳化。正常情況下，混凝土施工過程其內(nèi)部的水泥材料不可避免產(chǎn)生水化反應(yīng)，此時將促使氫氧化鈣生成，導致混凝土內(nèi)部空隙中充斥著氫氧化鈣后，將升高混凝土的pH，約為12～13，在高堿性環(huán)境下通過鈍化作用，將在混凝土內(nèi)部鋼筋的表面形成一層鈍化膜[1]。由于鈍化膜的存在將對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋起到很好的保護作用，避免鋼筋銹蝕腐蝕。

一旦混凝土出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，其內(nèi)部pH 將呈現(xiàn)明顯下降趨勢，在達到某一界限后，將對鋼筋表面的鈍化膜形成破壞，為鋼筋材料銹蝕產(chǎn)生不利影響。隨著碳化問題的進一步加重，將導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)順筋裂縫，嚴重威脅著橋梁的穩(wěn)定性和安全性。在道路橋梁工程完成混凝土施工后，質(zhì)量檢驗人員將對其碳化深度進行檢測。具體檢測方法如下：在混凝土表面滴入1%的酚酞試液，對顏色的變化予以觀察，統(tǒng)計分析實驗結(jié)果后對保護層的碳化時間進行推斷，進而科學評定混凝土結(jié)構(gòu)的耐久度[2]。

1.2 混凝土裂縫

混凝土裂縫是道橋工程常見質(zhì)量問題現(xiàn)象，諸多因素會導致混凝土裂縫問題。例如，因溫度變化導致裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)同樣具有熱脹冷縮的特性，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)外部存在溫差，會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)形變。出現(xiàn)變形后將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力，一旦這一應(yīng)力大于混凝土的抗壓強度，就會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫[3]。澆筑混凝土后其內(nèi)部水泥產(chǎn)生的水化熱和施工環(huán)境溫度變化是形成結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫差的主要影響因素。此外，因混凝土結(jié)構(gòu)收縮也會形成裂縫。在完成混凝土澆筑后，其由外向內(nèi)逐漸干燥強化，其間混凝土收縮過程呈現(xiàn)一定不均勻性，導致外表面的收縮明顯比內(nèi)部的收縮大。在不均勻收縮影響下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部所承受的應(yīng)力來自不同方向。在外表面主要以拉應(yīng)力為主，內(nèi)部以壓應(yīng)力為主[4]。一旦外表面所承受的拉應(yīng)力比抗拉強度大，就會在結(jié)構(gòu)表面形成干縮裂縫。另外，施工材料質(zhì)量不合格或者鋼筋出現(xiàn)嚴重銹蝕也會誘發(fā)混凝土裂縫等質(zhì)量問題。

1.3 氯離子侵蝕

混凝土制備生產(chǎn)過程中所用的水泥主要為硅酸鹽水泥，對其進行攪拌時，為提高混凝土的流動性需向其中加入粉煤灰或氯化物等。這一過程中提高材料中的氯化物含量，并且硅酸鹽本身含有氯化物，此時混凝土中氯化物含量將較大。由于氯化物的存在將腐蝕混凝土。在道路橋梁工程早期施工中，所使用的混凝土具有強度低，抗?jié)B性差等特點，混凝土被氯化物侵蝕后，將產(chǎn)生高含量可溶性鹽。于混凝土內(nèi)部孔隙中聚集可溶性鹽類后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部將出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，膨脹愈加強烈將導致內(nèi)部孔隙更大，長此以往而形成裂縫。一旦氯化物腐蝕了鋼筋就會導致銹脹裂縫形成。隨著裂縫增加使氯化物的侵蝕速度進一步加劇，形成惡性循環(huán)后將導致混凝土結(jié)構(gòu)損壞愈加嚴重。

2 案例分析

案例工程為山西省某橋梁工程，橋梁結(jié)構(gòu)為左右幅錯幅設(shè)置，其中左幅長度為530m，右幅長度為610m。起始樁號和終點樁號分別為K19+000km、K19+8.5km。該工程橫梁施工采取混凝土施工技術(shù)，設(shè)計混凝土方量為1315.5m3，分兩次澆筑施工，兩次澆筑高度分別為12.5m 和3.6m，在混凝土中部位置設(shè)置寬度為1.5m 的后澆帶。為保證施工質(zhì)量，在道路橋梁施工時，高度重視混凝土施工質(zhì)量把控。深入分析影響混凝土施工質(zhì)量因素并制定如下質(zhì)量控制策略。

3 影響道橋工程混凝土施工質(zhì)量的因素

道路橋梁工程施工中諸多因素會影響混凝土施工質(zhì)量。如從原材料方面，混凝土配比過程所使用的水、水泥、砂石、外加劑等材料質(zhì)量不符合規(guī)范，未落實嚴格的材料進場質(zhì)量檢驗等均因原材料質(zhì)量不合規(guī)而降低施工質(zhì)量。在設(shè)計方面，施工安全性設(shè)計不足、荷載選取不正確、結(jié)構(gòu)布局不合理、計算有誤等是影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。施工方面的影響因素較多，如混凝土材料配比不合理、拌制不充分、運輸時間過長導致材料泌水離析、澆筑操作不規(guī)范、過早拆除模板或模板拆除方式過于暴力導致混凝土損壞、養(yǎng)護方法不合理等[5]。在環(huán)境方面，溫度過低或過高，風化或腐蝕現(xiàn)象將影響混凝土施工質(zhì)量。基于多年來施工經(jīng)驗，影響混凝土施工質(zhì)量的最主要因素為施工方面的原因，下文將從施工層面論述混凝土質(zhì)量控制對策。

4 道橋工程混凝土施工質(zhì)量提升策略

4.1 準確計算混凝土配比強度

依照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，用式（1）計算混凝土配制強度[6]。

式中，fcu，o——混凝土配制強度，N/mm2；fcu，k——混凝土立方體抗壓強度標準值，N/mm2；δ——混凝土強度標準差，N/mm2。

4.2 明確混凝土配合比

混凝土材料中各水泥、砂石、碎石等材料等構(gòu)成占比即為混凝土配合比，具體參數(shù)包括單位用水量、水膠比、砂率。科學確定上述3 種參數(shù)對于混凝土質(zhì)量控制有著直接影響。在混凝土配比設(shè)計時，將混凝土強度和耐久性指標為參考值對水膠比予以確定。將混凝土和易性指標為參考值結(jié)合粗骨料粒徑對單位用水量予以確定。以空隙被填充后略有空余來確定砂率。混凝土配合比的合理性不僅影響混凝土施工質(zhì)量還與施工成本關(guān)聯(lián)[7]。因此，上述工程根據(jù)設(shè)計基本條件，參照大量試驗依據(jù)和理論結(jié)果，以試配、檢測，進行工作性調(diào)整，修正材料配合比。確定基準配合比后，對水膠比進行微量調(diào)整，在滿足設(shè)計強度的基礎(chǔ)上，進一步調(diào)整配合比作為試驗室配合比。此外，應(yīng)當注意到在施工時，混凝土配比并非一成不變。氣候、季節(jié)、砂石材料含水量的變化下需對配合比予以動態(tài)調(diào)整，保證混凝土配合比方案滿足施工設(shè)計標準。案例工程中的C30 混凝土的試驗室混凝土配比為水泥:粉煤灰:砂石:碎石:水:外加劑=302:75:730:1095:156:4.3。砂率為40%，水膠比為0.42。

4.3 加強原材料質(zhì)量控制

4.3.1 水泥材料質(zhì)量管控

嚴格根據(jù)設(shè)計要求采購標準標號的水泥材料，對當前混凝土現(xiàn)狀予以分析，避免道橋工程質(zhì)量問題出現(xiàn)。此外，施工中水泥材料用量大，加強材料保管，為潮濕環(huán)境下易變質(zhì)的施工材料設(shè)置專門的存儲區(qū)域。圖1為水泥材料規(guī)范存儲現(xiàn)場。一旦施工時發(fā)現(xiàn)水泥材料存在受潮結(jié)塊問題，及時安排質(zhì)量檢驗人員予以檢驗，經(jīng)檢驗合格后方可投入在施工中。

圖1 水泥材料規(guī)范存儲現(xiàn)場

4.3.2 混凝土制備用水質(zhì)量管控

為保證混凝土制備質(zhì)量，上述工程拌和用水確保無雜質(zhì)且pH 在7.0～8.0。同時施工時嚴格管控，禁止將偏酸性水用于混凝土拌和中。

4.3.3 集料質(zhì)量管控

施工中所用的細集料為河砂，施工時遵循因地制宜的原則，降低材料采購運輸成本并確保材料質(zhì)地堅硬，質(zhì)量良好。在用于施工前，對集料質(zhì)量予以檢驗，具體包括細集料篩分，細度模數(shù)、有機物含量、含泥量、表觀密度等性能指標，經(jīng)檢驗其均符合設(shè)計要求。施工中所用的粗集料為連續(xù)級配碎石，確保質(zhì)地堅硬且級配良好。與細集料相同，在用于施工前，從含泥量、壓碎值、級配、表觀密度以及針片狀含量方面進行性能檢驗，檢驗結(jié)果均符合設(shè)計標準。在相同配合比的情況下，粗集料的壓碎值、針片狀含量高低和混凝土強度成反比，即壓碎值、針片狀含量高則混凝土強度低。

4.4 混凝土生產(chǎn)拌制質(zhì)量管控

上述工程在混凝土生產(chǎn)拌制時，嚴格遵循混凝土試驗室配合比設(shè)計比例。在每次配合比前，根據(jù)施工現(xiàn)場溫度、濕度及砂石材料的含水量對施工配合比予以調(diào)整。嚴格控制材料重量，保證材料稱重準確性，定期校準混凝土攪拌站的計量設(shè)備。尤其是外加劑的用量，若控制不準確將對混凝土坍落度及和易性產(chǎn)生直接影響，從而對凝結(jié)時間及混凝土的工作性產(chǎn)生影響。此外，混凝土攪拌時間、生產(chǎn)拌制時的攪拌時間直接影響著混凝土的均勻性。上述工程在生產(chǎn)拌制時多次進行攪拌試驗，進而明確最佳攪拌時間，提高拌制質(zhì)量。

4.5 混凝土運輸質(zhì)量控制

上述工程使用滾筒式罐車運輸混凝土，每車裝載量為10m3。與此同時建立完善的車輛調(diào)度系統(tǒng)，確保混凝土能夠連續(xù)運送至施工現(xiàn)場并減少混凝土在車廂中的停留時間。在運輸過程中保證車輛攪拌桶的轉(zhuǎn)速為3～6r/min，在車輛抵達施工現(xiàn)場后以8～12r/min 的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動3min。隨后以6～8r/min 的轉(zhuǎn)速進行反轉(zhuǎn)卸料。同時為保證混凝土施工質(zhì)量，嚴格控制運輸時間不超過30min。在運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，嚴格執(zhí)行收料程序，測試混凝土坍落度，若不符合施工性能指標則拒收混凝土材料。

4.6 混凝土澆筑過程質(zhì)量控制

混凝土澆筑前檢查支設(shè)的模板，保證模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和接縫位置的嚴密性。徹底清理模板內(nèi)表面的雜物，保證內(nèi)壁平整。在四周和底部均勻涂抹隔離劑，避免于縫隙位置漏漿。在澆筑混凝土時，嚴格控制入模溫度在5～25℃，選擇合適的天氣予以連續(xù)澆筑。

澆筑的同時及時進行混凝土振搗施工，上述工程采取插入式振搗棒振搗，以快插慢拔的原則，控制每個點位振搗時間在30s 左右，相鄰插入點間距控制在30cm，在表面泛漿且無氣泡出現(xiàn)后即可停止振搗。嚴格要求振搗操作的連續(xù)性，不可少振、漏振或過振。為保證混凝土施工強度符合施工設(shè)計標準，上述工程為保證混凝土強度，在完成混凝土澆筑后1h，對混凝土實施二次振搗，促進消除混凝土構(gòu)件中存在的早期微裂縫。

4.7 加強混凝土養(yǎng)護

在混凝土澆筑完成后，因水泥材料水化熱作用，熱量在混凝土構(gòu)件內(nèi)部聚集，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差明顯。為避免出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，確保混凝土施工質(zhì)量滿足施工技術(shù)要求。案例工程在完成澆筑工序后即進行構(gòu)件的測溫管理，嚴格控制內(nèi)外部溫差在25℃以內(nèi)。具體測溫時間和測溫頻率如下：在養(yǎng)護1～3d 時，測溫頻率為2h/次；在養(yǎng)護 4～7d 時，測溫頻率為 4h/次；在養(yǎng)護 8～14d時，測溫頻率為8h/次。

在測溫的同時，為避免表面水分快速蒸發(fā)，縮小混凝土內(nèi)外部溫差，及時予以養(yǎng)護處理措施。上述工程在施工時，環(huán)境溫度相對較低，具體養(yǎng)護管理措施如下：于混凝土表面整齊覆蓋一層塑料薄膜，在其上方覆蓋草簾、麻袋等保溫。對溫度予以實時監(jiān)測，一旦內(nèi)外部溫差在25℃以上，則增加保溫覆蓋并對溫差變化予以嚴密監(jiān)測。

5 結(jié)語

綜上所述，混凝土施工是道橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為保證施工質(zhì)量，提高道橋質(zhì)量穩(wěn)定性。山西省某橋梁工程嚴格落實混凝土施工質(zhì)量控制舉措，經(jīng)養(yǎng)護管理結(jié)構(gòu)外表面無明顯質(zhì)量病害，通車運行至今穩(wěn)定性良好，保障了車輛通行安全性。