新旧桥拼接混凝土配合比设计及施工质量控制

宋小兵 田丽青

1 概述

随着我国经济的飞速发展,汽车流量不断增长,早期建成的高速公路已不能满足现代交通量的需求。在节约土地、保护环境的原则上,高速公路扩建势在必行。以往扩建公路新旧桥拼接部位容易因混凝土收缩开裂而破损,后期修复耗资大、效果差,必须高度重视。由于交通的压力,封路时间短、设计强度高、要求混凝土有很高的抗裂性和工作和易性,即要求配制早强快硬型补偿收缩混凝土。高标号早强快硬型补偿收缩混凝土实际上是违背混凝土的基本规律的,混凝土的早期强度(24 h)越快,后期强度增长越小,早期水化热越大,膨胀越大,后期收缩也就越大。本文主要论述如何利用材料的特性、科学合理的配合比来有效的扬长避短,从而解决桥梁拼接混凝土开裂问题。

2 桥梁拼接混凝土应遵循的基本规律

1)水灰比要尽可能的小,降低水化热,减小收缩。2)集料的含泥量要小,减小坍落度损失,因为水灰比已很小,如果坍损快,就会影响施工,混凝土的强度和耐久性就无法保证。3)在试验室配制时一定要进行扩展度试验,这是一项很重要的指标。4)必须加筋,无论是加钢纤维还是加高聚合物纤维,都可以防止混凝土开裂。5)在混凝土不能使用粉煤灰的情况下,可使用聚羧酸外加剂,满足施工扩展度要求,使混凝土有一定的柔性,降低开裂风险。6)根据扩建工程的特点,施工中采用快硬型补偿收缩混凝土具有重要意义。在现阶段还没有成熟技术的情况下,通过试验找出一个适合扩建工程要求的混凝土配合比是可行的,也是必要的。

3 混凝土原材料选择与配合比设计

3.1 原材料选择

1)水泥:采用P.O42.5R早强型水泥,可以满足需水量小,强度等级高的要求。2)高效减水剂:必须具有减水率高、强度增加明显、微收缩、坍落度损失小等特点。经过试验室多次试验、调整,广州市建标外加剂厂生产的第三代聚羧酸高性能外加剂能满足以上要求。3)钢纤维或高聚合物纤维:采用铣销型钢纤维,以增强混凝土的抗拉强度,预防混凝土干缩、开裂。4)河砂:洁净的中粗砂。5)碎石:压碎指标值小于 12,含泥量不大于1%,且级配良好的5 mm～25 mm规格碎石。

3.2 配合比设计方法

采用绝对体积法计算每种材料用量,确保各种材料用量精确。

3.3 结果及讨论

在试验室进行了一系列的试验,新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的力学性能分别如表1所示。

表1 混凝土的力学性能

根据以上试验结果对比选定一号和二号配合比进行了膨胀收缩的对比试验,各取了6个试件,经过4个月(2009年3月23日～7月28日)的室内膨胀和收缩检测,在5月10日达到膨胀最大值,6月10日达到最大收缩值,从6月10日至7月28日期间,混凝土试件的几何尺寸基本已稳定,两个试件的膨胀与收缩值分别如表2,表3所示。从表2,表3中可以看出,两个配合比膨胀、收缩结果值均满足设计的要求。根据所有的试验指标、经济性和施工的可操作性,选用一号配合比指导施工。

表2 一号配合比膨胀收缩试验结果

表3 二号配合比膨胀收缩试验结果

为了接近现场条件,试验在常温、常湿条件下进行,而一般按试验规程,做水泥及水泥混凝土试验要严格的按规定的温度、湿度和环境下进行。

4 施工质量控制

1)混凝土成型后,前10 h养生温度要低,而后期要保温、保湿,并千方百计利用工地的现有条件加温(最好选择蒸汽养生)。根据施工现场实际情况在冬季可采用黑塑料薄膜覆盖养生,提高混凝土温度。夏季采用正常的施工养生。关键是使混凝土中的水分不与外界的水产生交换,即保温、自养。2)适当延长混凝土的搅拌时间,增加混凝土熟度,强制搅拌不少于2 min,这点非常重要。3)可以考虑提前2 h出料,在混凝土初凝之前封路,可以用同样的封路时间,确保混凝土的质量。4)每一层混凝土不能太薄,减少剥离、开裂。如果必须分薄层浇筑,要尽可能的缩短二层的浇筑时间,减小收缩开裂。5)桥的接缝处混凝土表面一定要清理干净,松散的砂浆层用振动棒振松后清除。6)加强混凝土养生,时间最好不少于7 d,防止混凝土干缩开裂。

5 开放交通前混凝土强度要求

根据资料(佛开管理处),要求混凝土20 h达到30 MPa以上才能开放交通,并且施工完成15 h后每小时测一次强度。采用以上混凝土配合比,经过多次试验检测,20 h均达到了30 MPa以上,天气冷时最低一组试件20 h为28.7 MPa,天气热时最高一组试件达到36.0 MPa,达到预期的效果。

6 结语

扩建是高速公路的另一发展方向,拼接混凝土在施工中将大量使用,随着科学技术的不断发展和新型材料的不断应用,还须对拼接混凝土进行不断的深入研究。试验结果和工程实践证明,大方量拼接缝混凝土施工,只要严格控制材料质量,科学施工,严格管理,采用适当的快硬型补偿收缩混凝土配合比,完全可以防止混凝土开裂,提高混凝土早期强度,满足封路时间短,实现了拼接混凝土质量控制目标。

对于那些缝隙较小,混凝土一次用量较少(0.5 m3以下)时,可用丙烯酸酯共聚乳液砂浆,它产生的聚合物纤维可使缝间有聚合物纤维相连,填充物可跨过已硬化的微裂缝,达到限制微裂缝扩展的目的。还有各种环氧树脂砂浆,也可以对小面积拼接起到很好的作用,这方面的研究还有待在工程实践中进一步地探索。

[1] JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[2] GB 8076-1997,混凝土用外加剂[S].

[3] YB/T 151-1999,混凝土用钢纤维[S].