袁孟
(中交二公局第三工程有限公司,西安710000)
對于混凝土施工項目來說,在混凝土的制備環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)以及養(yǎng)護環(huán)節(jié)所采用的方式,都將對混凝土的強度和抗?jié)B性產(chǎn)生影響。以青海省加定(青甘界)至海晏(西海)公路JX-3標工程為例,分析高原地區(qū)氣候環(huán)境對相關(guān)工程混凝土強度和抗?jié)B性的影響。
項目為青海省加定(青甘界)至海晏(西海)公路JX-3 標,位置位于青海省海北藏族自治州海晏縣,工程內(nèi)容為隧道土建工程。路線由特長隧道中點穿越黑林埡口山脈,至馬蘭恩格烏蘇河東側(cè)陡岸出洞,路線全長為3 200 m。
青海省海晏縣最高海拔為4 583 m,項目位于海拔3 460 m的位置。該地區(qū)全年平均氣溫為1.5℃,年降水量為400 mm,頻繁發(fā)生風沙、干旱、霜凍、冰雹等自然災害??紤]到氣候環(huán)境會對混凝土強度和抗?jié)B性造成影響,為確保使用安全性和使用年限,需要對影響因素加以全面分析,并通過實驗方式進行驗證。
在土建項目中,施工現(xiàn)場的氣候環(huán)境所形成的水文地質(zhì)環(huán)境對混凝土強度和抗?jié)B性也存在一定的影響。故而在施工前,需要對當?shù)赝临|(zhì)情況進行全面勘察,確保施工設計方案的合理性、科學性。在該項目中,相關(guān)人員在施工前,應對當?shù)氐牡乩憝h(huán)境和自然環(huán)境進行全面勘察。
1)位于侵蝕構(gòu)造區(qū),施工段海拔最高為3 707 m,最低為3 350 m,施工現(xiàn)場地形存在較大起伏,海拔落差為357 m。
2)隧道的進口位置山體坡度6°~25°,固坡能力較差,邊坡穩(wěn)定。
3)隧道出口山體坡角3°~15°,固坡能力較差,邊坡穩(wěn)定。
4)施工區(qū)段地層巖性主要為含礫粉土、坡洪積層角礫、粉土、碎石、碎石層,第四系上更新統(tǒng)冰水堆積含礫粉土、角礫、含粉土碎石,三疊系上統(tǒng)下亞群礫巖、風化砂巖,震旦系下統(tǒng)湟源群青石坡組風化變砂巖、風化板巖和風化泥質(zhì)砂巖。
該項目隧道施工區(qū)段氣候特征無霜期短、多風少雨、寒長暑短,冬季漫長,日夜溫差較大。年平均氣溫為-0.3~3.5 ℃,最高氣溫24~29 ℃。極端最低氣溫-33 ℃,7 月份為一年中最熱月份,平均氣溫12~14 ℃,1 月份氣溫最低-15~-10 ℃,年平均降水量400~500 mm。最大降水量560~690 mm。6~9 月降水量較大,相對濕度為61%~66%,年日照時長2 580~1 750 h,7 月份日照時數(shù)最多,1 月最少。平均凍土深度1.14~1.77 m。
在施工材料的運輸方面,因為城西道路年久失修,對于材料的運輸不便,進入冬季后大雪封山,所以需要提前準備施工材料。此外,為確保在氣候環(huán)境影響下,混凝土施工質(zhì)量需要對其具體影響因素進行分析,從而更好地確保施工質(zhì)量。
按照相關(guān)規(guī)定對混凝土強度和抗?jié)B性進行測試,使用抗?jié)B儀對混凝土抗?jié)B性進行測試,按照試驗滲水高度對滲透系數(shù)進行計算,水壓控制在(0.8±0.05)MPa,計算公式見式(1):
式中,Sk為滲透系數(shù);m 為吸水率,通常取值0.03;Dm為滲水高度,mm;t 為恒壓經(jīng)歷時間,h;H 為壓力水頭,m。
混凝土孔結(jié)構(gòu)通過新攪拌混凝土含氣量和氣孔結(jié)構(gòu)分析表征,按照相關(guān)試驗方法對新拌混凝土初始含氣量進行測試。具體操作為將混凝土放置在測定儀中測定。
分析氣孔結(jié)構(gòu)時的步驟:(1)對混凝土進行預處理,將養(yǎng)護齡達28 d 混凝土切為20 mm×100 mm×100 mm 薄片,分別使用600 目、800 目、1 000 目、1 500 目、2 000 目砂紙反復打磨薄片,至鏡面觀察不到劃痕;(2)使用清洗器、無水乙醇進行清洗,時間以10 min 為宜,并清除樣片表面和空隙中粉末,同時通過黑色墨水染色,墨水干燥后使用納米級碳酸鈣粉末填充空隙;(3)刮除多余粉末。值得注意的是,要按照相關(guān)標準使用分析儀對氣孔結(jié)構(gòu)進行分析,參數(shù)內(nèi)容包括含氣量、孔隙間距系數(shù)以及平均孔徑[1]。
5.1.1 分析抗壓強度
在不同的養(yǎng)護環(huán)境下,混凝土7 d 與28 d 的抗壓等級存在一定差異。在3 組試驗結(jié)果中,不同養(yǎng)護環(huán)境下,MC 組(試驗大氣壓65.2 kPa,相對濕度控制為20%±10%,溫度18~22 ℃)混凝土強度最低,SC 組(試驗大氣壓65.3 kPa,相對濕度控制在95%,溫度-7~9 ℃)混凝土強度最高;相比于SC 組,DC 組(試驗大氣壓103.2 kPa,相對濕度控制在95%,溫度-7~9 ℃)7 d 養(yǎng)護環(huán)境下,混凝土抗壓強度下降10.8%,28 d 養(yǎng)護環(huán)境下,混凝土抗壓強度下降8.4%。
通過初步分析,判斷為SC 組與DC 組因為植被環(huán)境與氣壓的差異,導致混凝土氣孔結(jié)構(gòu)和含氣量發(fā)生變化,從而對混凝土強度產(chǎn)生影響。相比于SC 組,MC 組7 d 養(yǎng)護環(huán)境下,混凝土強度下降36.2%,28 d 混凝土強度下降21.8%;而兩者制備環(huán)境、氣壓相同時,由于MC 組為高原室外養(yǎng)護,故會因濕度低以及溫差大,所以對混凝土強度造成了影響。
5.1.2 分析抗?jié)B性
抗?jié)B性能測試主要是針對混凝土抵御外界液體、氣體、有毒介質(zhì)能力,與抗?jié)B性能和抗腐蝕性、抗凍性、抗碳化性存在較大的關(guān)聯(lián)。通過測定后的數(shù)據(jù)整理見表1。
表1 不同環(huán)境下混凝土滲水高度和滲透系數(shù)
5.2.1 收集氣孔特征參數(shù)
通過含氣量測定儀器對不同環(huán)境下制備的混凝土含氣量進行測定,應用氣孔分析儀對不同養(yǎng)護環(huán)境中硬化混凝土的氣孔特征參數(shù)進行分析(見表2)。
表2 混凝土氣孔特征參數(shù)
通過參數(shù)分析可得出2 個結(jié)論。
1)在不同的制備環(huán)境下,混凝土初始含氣量DC 組和MC組、SC 組存在顯著差異,使用相同的原材料在平原環(huán)境中攪拌的混凝土含氣量相比于高原地區(qū)高1.1%,增幅21.3%。這主要是因為,平原地區(qū)大氣壓高于高原地區(qū),高原地區(qū)大氣壓僅為平原地區(qū)的64%。相關(guān)研究報告表明,空氣-溶液表面的張力會隨著氣壓的降低而提升,而空氣-溶液表面張力增加將導致混凝土內(nèi)氣泡的穩(wěn)定性變差,造成在低壓環(huán)境中攪拌的混凝土含氣量比較低。
2)混凝土含氣量下降表明氣泡潤滑作用下降,導致黏稠阻力提升,流動性下降,坍落度下降,所以相比于MC 組、SC組,DC 組坍落度較高。
5.2.2 分析硬化后混凝土的氣孔特征結(jié)果
通過實驗結(jié)果分析可知,MC、SC 組雖然初始含氣量相同,但是在不同的養(yǎng)護環(huán)境下,氣孔參數(shù)發(fā)生變化,而MC 組含氣量以及平均孔徑均存在顯著變化。
與此同時,在分析氣孔孔徑的分布規(guī)律后,可總結(jié)有:(1)養(yǎng)護環(huán)境差異對混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)及宏觀性能存在較大的影響,所以在高原地區(qū)進行混凝土施工需要采取保濕和保溫措施;(2)在混凝土抗凍設計時,需要對低氣壓環(huán)境下氣泡損失加以充分考慮,并通過增加初始含氣量或者使用受氣壓影響比較小的引氣劑,從而提升混凝土的宏觀性能。
以青海省加定(青甘界)至海晏(西海)公路JX-3 標工程為例,對高原氣候環(huán)境下混凝土強度和抗?jié)B性影響進行分析。在該項目中,由于施工環(huán)境氣溫低、氣壓低、濕度大,對混凝土強度和抗?jié)B性存在較大的影響,因此在實際施工前,需要對混凝土強度和抗?jié)B性進行測試,選擇最為合理的施工方式和養(yǎng)護方式,從而確保混凝土施工質(zhì)量。