潘國(guó)志，張 雷

（喀左縣交通運(yùn)輸事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 朝陽(yáng)）

引言

混凝土是公路橋梁施工時(shí)一種復(fù)合材料的簡(jiǎn)稱(chēng)，其主要由集料膠接而成?；炷林饕褂盟唷⑸?、石，在合理配比條件中，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)處理制備而成[1]。但目前很多大型工程施工時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格遵循合理配比條件施工，導(dǎo)致公路橋梁施工中混凝土出現(xiàn)裂縫問(wèn)題[2]。

混凝土屬于脆性材料，抗壓強(qiáng)度顯著，但抗拉強(qiáng)度較弱?；炷猎诟邷丨h(huán)境中，受高溫影響其內(nèi)部水泥結(jié)構(gòu)便會(huì)釋放熱量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度異常升高。再降溫時(shí)，材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力的異常釋放狀態(tài)，此時(shí)混凝土便會(huì)出現(xiàn)裂縫[3]。結(jié)合已有研究資料可知，在施工混凝土中使用礦物摻合料，能夠提高其密度，優(yōu)化混凝土滲透力、收縮性能、降低混凝土出現(xiàn)裂縫的概率[4]。為此，本文從礦物摻合料合理應(yīng)用這一角度，研究公路橋梁施工中混凝土裂縫的控制方法。

1 公路橋梁施工中混凝土早期開(kāi)裂控制方法

公路橋梁施工中，混凝土早期開(kāi)裂控制方法對(duì)于工程的施工效果具有直接的影響。在某公路橋梁工程中，需使用高性能混凝土施工，工程主橋截面使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，而引橋位置引入了預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 梁，見(jiàn)圖1。

圖1 T 梁跨中橫斷面

因此，混凝土的抗裂性能顯得尤為重要，對(duì)整個(gè)公路橋梁工程施工效果存在直接影響[5]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，不合理的混凝土配比很容易導(dǎo)致早期裂縫出現(xiàn)的問(wèn)題（圖2），這不僅會(huì)影響公路橋梁工程的施工進(jìn)度，還會(huì)增加后期修補(bǔ)的成本[6]。因此，在混凝土開(kāi)裂之前，采取措施將裂縫負(fù)面影響最小化變得至關(guān)重要[7]。為此，本文研究混凝土早期開(kāi)裂控制方法，確保施工質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 橋面裂縫

2 公路橋梁施工中混凝土早期開(kāi)裂試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料詳情

2.1.1 水泥

混凝土早期開(kāi)裂控制試驗(yàn)中，使用硅酸鹽水泥，其核心物理力學(xué)性質(zhì)是：初凝時(shí)間、終凝時(shí)間分別是190 min、243 min。比表面積與標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量分別是347 m2/kg、26.2%。安定性檢測(cè)合格，3 d 膠砂抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度分別是26.9 MPa、5.7 MPa，28 d 膠砂抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別是50.7 MPa、8.6 MPa。硅酸鹽水泥的化學(xué)成分信息見(jiàn)表1。

表1 硅酸鹽水泥的化學(xué)成分信息

2.1.2 礦物摻合料

粉煤灰：由石家莊馳霖礦產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，技術(shù)級(jí)別是2 級(jí)，密度與比表面積分別是2.61 g/cm3、3 605 cm2。

礦渣：由石家莊馳霖礦產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，密度與比表面積分別是2.96 g/cm3、2 505 cm2。

集料：細(xì)集料采用中砂（來(lái)源：山東展飛建筑材料有限公司），其細(xì)度模數(shù)是2.3，堆積密度與表面密度依次是1 511 kg/m3、2 631 kg/m3。粗集料采用石灰?guī)r碎石（來(lái)源：汝陽(yáng)路暢玄武石料有限公司），其粒徑范圍是10 mm～25 mm，堆積密度與表面密度依次是1 661 kg/m3、2 671 kg/m3。外加劑采用聚羧酸高效減水劑（來(lái)源：河南涵宇特種建筑材料有限公司），其固含量、減水率分別是19%、26%。

試驗(yàn)所用粉煤灰、礦渣材料的化學(xué)成分信息見(jiàn)表2 和表3。

表3 礦渣材料的化學(xué)成分信息

2.2 混凝土試件制備與開(kāi)裂指標(biāo)選擇

試驗(yàn)遵循《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性實(shí)驗(yàn)方法》GBT50082-2009 中標(biāo)準(zhǔn)，使用平板法檢測(cè)混凝土試件抗裂性能，對(duì)比分析公路橋梁施工中混凝土裂縫控制方案。

試驗(yàn)使用的平板型混凝土試件大小是700 mm×500 mm×100 mm，使用霍特型攪拌機(jī)（來(lái)源：南京江源環(huán)保設(shè)備有限公司）將拌合物混合，把水泥、粉末狀配料放在攪拌器中，設(shè)置攪拌速度是100 r/min，攪拌15 min 后，放入水、外加劑，再次攪拌至混合物性質(zhì)轉(zhuǎn)換為液體便可停止。二次攪拌時(shí)，設(shè)置攪拌器攪拌速度為280 r/min，攪拌9 min，攪拌均勻后，放入模具[8]。試驗(yàn)中，混凝土試件模具形狀為方形，各邊焊接設(shè)定2排螺紋鋼筋，用于約束模具內(nèi)側(cè)，把制備完畢的混凝土試件放入模具，并保證混凝土分布均勻。使用振搗棒攪和混凝土?xí)r，不可出現(xiàn)過(guò)振、欠振問(wèn)題，控制混凝土表面處于水平狀態(tài)，且骨料未外泄。

混凝土試件入模成型后，把其放在相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)速分別是50%、25 ℃、7 m/s 的恒溫恒濕室中，混凝土試件裂縫數(shù)據(jù)檢測(cè)周期設(shè)成10 min，放入恒溫恒濕室10 min 后，使用40 倍顯微鏡WYSK-40x，觀察混凝土試件表面的開(kāi)裂信息，并使用直尺采集試件的開(kāi)裂數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中分析混凝土開(kāi)裂狀態(tài)的分析指標(biāo)，分別是開(kāi)裂面積均值、單位面積中裂縫數(shù)量、開(kāi)裂面積總值[9]。

（1） 混凝土開(kāi)裂面積均值b（m2）：

式（1）中：M、Vj依次為混凝土試件裂縫數(shù)量總值（個(gè)）、裂縫j 的寬度最大值（mm）；Zj為裂縫j 的長(zhǎng)度值（mm）。

（2） 混凝土單位面積中裂縫數(shù)量c（個(gè)）：

式（2）中：B 是平板面積（m2）。

（3） 混凝土開(kāi)裂面積總值d（m2）：

2.3 混凝土早期開(kāi)裂方案設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

為保證公路橋梁施工中混凝土不出現(xiàn)早裂，試驗(yàn)以合理設(shè)置礦合物比例為控制方法，作為本文重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。首先分析水膠比的最優(yōu)比例，水膠比設(shè)置時(shí)，需要符合公路橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)與具體要求，且必須校驗(yàn)全部施工參數(shù)。則分析不同水膠比條件下，公路橋梁施工中混凝土開(kāi)裂狀態(tài)，水膠比配合比方案如下：

（1） 水膠比0.3：水泥555 kg/m3、石灰?guī)r碎石1 111 kg/m3、中砂626 kg/m3、水166 kg/m3、外加劑1.3%。

（2） 水膠比0.35：水泥555 kg/m3、石灰?guī)r碎石1 093 kg/m3、中砂616 kg/m3、水193 kg/m3、外加劑1.0%。

（3） 水膠比0.4：水泥555 kg/m3、石灰?guī)r碎石1 076 kg/m3、中砂606 kg/m3、水221 kg/m3、外加劑0.8%。

（4） 水膠比0.45：水泥555 kg/m3、石灰?guī)r碎石1 058 kg/m3、中砂596 kg/m3、水248 kg/m3、外加劑0.5%。

不同水膠比條件中，公路橋梁施工中混凝土開(kāi)裂狀態(tài)見(jiàn)表1。

分析表4 數(shù)據(jù)可知，混凝土試件成型后水膠比為0.45 時(shí)，混凝土試件出現(xiàn)開(kāi)裂的時(shí)間最晚，出現(xiàn)開(kāi)裂的時(shí)間是2.16 h；單位面積中裂縫數(shù)量最少，僅有9條，裂縫寬度均值是0.04 mm，開(kāi)裂總面積是33.21 mm/m2，相比于其他水膠比條件，水膠比是0.45 時(shí)，混凝土試件的抗裂性能最好。原因是水膠比較小時(shí)，混凝土試件自生收縮較大，彈性模量快速增大時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致材料松弛能力下降，從而易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。為此，在本文研究中，采納水膠比0.45 這一配比條件，作為后續(xù)試驗(yàn)的配比條件。

表4 不同水膠比條件中混凝土開(kāi)裂狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

水膠比確定后，設(shè)置不同礦物摻合料配比的混凝土裂縫控制方案：

裂縫控制方案1：水膠比0.45、礦物摻合料用量65 kg、礦物摻合料摻量16%、砂率42%、水泥345 kg、中砂734 kg、石灰?guī)r碎石1 060 kg、外加劑5 kg。

裂縫控制方案2：水膠比0.45、礦物摻合料用量85 kg、礦物摻合料摻量21%、砂率42%、水泥325 kg、中砂734 kg、石灰?guī)r碎石1 060 kg、外加劑5 kg。

裂縫控制方案3：水膠比0.45、礦物摻合料用量105 kg、礦物摻合料摻量26%、砂率42%、水泥305 kg、中砂734 kg、石灰?guī)r碎石1 060 kg、外加劑5 kg。

在不同礦物摻合料配比條件中，混凝土開(kāi)裂狀態(tài)見(jiàn)表5。

表5 不同礦物摻合料配比時(shí)混凝土開(kāi)裂狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

分析表5 數(shù)據(jù)可知，混凝土試件成型后，3 個(gè)裂縫控制方案對(duì)比之下，方案3 的開(kāi)裂時(shí)間最短，說(shuō)明此方案的抗裂性能最差。裂縫控制方案1 的使用下，混凝土試件出現(xiàn)開(kāi)裂時(shí)間是5.43 h，單位面積中裂縫數(shù)量?jī)H有7 條，混凝土試件裂縫寬度均值僅有0.18 mm，開(kāi)裂面積總值為42.34 mm/m2，和裂縫控制方案2、裂縫控制方案3 對(duì)比可知，裂縫控制方案1 制備的混凝土試件，其裂縫數(shù)量最少、裂縫寬度最短、開(kāi)裂面積總值最小，說(shuō)明此方案中的配比條件，對(duì)混凝土裂縫控制效果最優(yōu)。

綜上所述，為了控制公路橋梁施工中混凝土裂縫問(wèn)題，在施工中可加入礦物摻合料。最終所得加入礦物摻合料的最優(yōu)配比方案是：水膠比0.45、礦物摻合料用量65 kg、礦物摻合料摻量16%、砂率42%、水泥345 kg、中砂734 kg、石灰?guī)r碎石1 060 kg、外加劑5 kg。

結(jié)束語(yǔ)

早期裂縫屬于塑性收縮開(kāi)裂問(wèn)題，這是公路橋梁施工常見(jiàn)的問(wèn)題，混凝土塑性收縮性能異常是導(dǎo)致早期開(kāi)裂的核心原因，而拌合物的性質(zhì)對(duì)混凝土的塑性收縮性能有著重要影響。礦物摻合料屬于混凝土的拌合物常用材料，本文設(shè)計(jì)了不同礦物摻合料配比條件，得到了抗裂性能最優(yōu)混凝土制備的配比條件。然而，由于篇幅限制，本文未對(duì)混凝土水泥選型這一問(wèn)題進(jìn)行深入探究，在后續(xù)研究中，還需著重分析此問(wèn)題，從而深度優(yōu)化公路橋梁施工中混凝土的抗裂性能。