桥面薄壁防水混凝土抗裂控制技术

桥面薄壁防水混凝土抗裂控制技术

石朝林

中铁五局二公司湖南衡阳421002

摘要：本文根据中铁五局京沈高铁桥面防水层施工及首件施工的情况，针对薄壁防水混凝土的特点，对该配合比的配制理念，混凝土的特点以及原材料的特殊要求等方面，提出了防水混凝土抗裂控制技术，为以后相关工程的防水混凝土施工提供参考。

关键词：防水混凝土；过程控制；原材料

1薄壁防水混凝土配合比的配制理念

针对京沈高铁桥面防水施工的特点：采用高延展性的柔性防水材料做基层，用刚性的防水混凝土材料做保护层，而保护层混凝土的厚度为4~7cm不等。通过这两层的相互协同作用，从而达到提高柔性防水材料的抗老化性，提高桥面防水层的使用寿命。依据实际情况表明，传统的刚性防水混凝土很难达到预想效果，在短期就会出现开裂，剥离等情况。特别在东北高寒地区，因出现开裂，剥离，容易造成冰雪冻融而破坏桥面防水混凝土的耐久性。针对上述情况，中铁研究院提出了高锆耐碱玻璃纤维混凝土。铁科研究院提出的指导性配合比为：

C40细石玻璃纤维混凝土的配制理念是采用三低一高理念：低胶材用量，低用水量，低坍落度，高含气量。混凝土的基本思路就是采用低收缩，高抗裂，高抗冻纤维混凝土进行施工。混凝土的设计强度为C40，胶材用量不大于360kg，粉煤灰用量视90天混凝土强度而调整；用水量不大于140kg；混凝土配合比的坍落度要求不大于140mm；混凝土的入模含气量为4~6%；粗骨料采用5~10mm连续级配，空隙率控制在不大于38%；采用中细砂（细度模数2.5~2.7），砂率要求不大于38%。该混凝土配合比避免了高胶材用量，高用水量带来混凝土干燥收缩开裂；避免了坍落度大混凝土振捣易产生分层离析泌水，表层产生大量浮浆，长时间暴露容易产生剥落；避免了高砂率产生浆体多而造成混凝土塑性开裂；配合比使用的减水剂要求初凝时间为不小于14小时，3天抗压强度不大于20MPa，这样避免了早期强度增长快而引起混凝土早期收缩变形的内外应力差，进而避免了混凝土的表面开裂。高锆耐碱玻璃纤维比聚丙烯腈纤维的需水量小，所以用高锆耐碱玻璃纤维代替聚丙烯腈纤维不会引起混凝土的用水量增加和工作性的恶化，同时也提高了混凝土的抗裂性和抗冻性。

2原材料的特殊要求及原理：

水泥：应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，各项检测指标符合TB10424-2010中技术要求。

粉煤灰：优先选用C50以上混凝土用粉煤灰，各项检测指标符合TB10424-2010中技术要求。

粗骨料：粗骨料各项检测指标除了符合TB10424-2010中技术要求以外，对空隙率做了特殊要求，要求粗骨料的空隙率必须≤38%，达不到要求的，通过整形设备对碎石进行整形处理。骨料的整形和级配的优化，可以降低空隙率3%~5%。混凝土在保证相同工作性的条件下，可以减少胶材用量30kg左右，从而达到低胶材的目的。碎石小于5mm的颗粒不大于10%.碎石中小于5mm的颗粒过多，会影响混凝土的和易性。

细骨料：河砂各项检测指标应符合TB10424-2010中技术要求，特别对河砂的细度模数做了特殊要求，细度模数在2.5~2.7之间的中细砂。

减水剂：减水剂各项检测指标符合TB10424-2010中技术要求以外，对初凝时间和3天抗压强度比做了特殊要求，初凝时间不小于14小时，3天抗压强度小于等于20MPa，避免了早期强度增长快而引起混凝土早期收缩变形的内外应力差，进而避免了混凝土的表面开裂。对减水剂的坍落度稳定性，施工过程不返大，保坍时间长提出了更高要求。同时参引气剂，提高混凝土的含气量，从而提高混凝土的抗冻性。

高锆耐碱玻璃纤维：选用韧性较好的优质玻璃纤维，即可降低纤维吸水量，保证了混凝土的工作性，又提高了混凝土搅拌后纤维的完整率。

3混凝土室内试配及拌合站模拟试验情况

依据原材料的优化和减水剂保坍时间的提高，试验室做了四个阶段的试验：

1、粗骨料先用自密实混凝土的骨料，空隙率在39~40%之间，减水剂为贵州天威，按照铁科研究院给的指导配合比进行了多次试拌，混凝土的状态要么发散，要么流动性偏大，要么就保不住坍，要么就是含气量达不到要求。试拌不成功。

2、采用碎石整形设备对碎石进行整形，经过多次调整，选用整形后的粗骨料（空隙率39%），减水剂为贵州天威，进行多次试拌。混凝土性能有较大改善，但坍落度只能保持在1小时左右，无法对混凝土进行长距离运输，不满足施工需求。

3、碎石通过三次整形并采用二级掺配，即5~8mm和8~10mm按照一定比例参配成5~10mm连续级配，空隙率降至38%。减水剂采用贵州天威，让减水剂厂家调整保坍成分。经过试拌调整，混凝土状态有了很大的改善，工作性，含气量能满足要求，但是混凝土在保坍过程中出现返大现象，一个小时返大50~80mm，混凝土返大容易造成离析泌浆等不利因素。

4、碎石，河砂，胶材满足要求，存在混凝土保坍过程中返大现象。减水剂在保坍方式出现问题，经过多方查找，经验交流，减水剂可采用分时段进行保坍的方式进行调整。第四次试拌采用贵州天威公司调整后的减水剂，该减水剂使用了分时段保坍组分，碎石空隙率为38%，二级参配（5~10mm连续级配）。河砂细度模数2.6，进行了多次试拌调整。试验结果混凝土的坍落度为130mm，含气量5.4%。半小时无坍损，一个小时无坍损，一个半小时坍损出现20mm.含气量损失1.0%。两个小时混凝土坍损50mm，含气量为4%。满足现场施工。

拌合站模拟试验：

结合试验室试拌的试验参数和原材料的特殊要求，拌合站严格按照料仓骨料含水量测定结果确定施工配合比，在拌合站搅拌楼两方机上进行试拌。并模拟现场运输，倒运的方式进行了混凝土的性能测试。分别在拌合站，施工现场做了混凝土经时损失和含气量变化。经过多次试验，混凝土的性能指标稳定，满足出机坍落度小于等于140mm，含气量4~6%之间。同时能满足现场2个小时的施工时间。故确定了高锆玻璃纤维混凝土的施工配合比。

4施工过程控制

通过混凝土配合比试验、首件施工及桥面施工的情况，该混凝土配合比出机坍落度110~130mm为宜，入模在80~100mm易于摊铺、施工、振捣、收面。该混凝土入模含气量为4~6%，因拌合站生产混凝土后需要经过罐车运输、现场转运、摊铺振捣、混凝土入模含气量很难保证到4~6%之间，所以在施工期间，混凝土出机含气量略大于6%。为了保证纤维的完整率，纤维混凝土搅拌要采取‘2+1’的方式进行搅拌，即混凝土拌合物搅拌2分钟后加入纤维继续搅拌1分钟，这样可以保证纤维的完整率，让纤维在混凝土结构充分发挥作用。每次搅拌混凝土前，应该认真核对主机和运输罐车是否用普通混凝土润过，保证新拌防水混凝土的浆体因粘搅拌机和运输灌而造成浆体偏少，影响混凝土的性能。

5结语

选用优质稳定的原材料是保证混凝土工作性的有利保障。每天混凝土开盘前应对粗细骨料进行含水量检测，依据含水量检测结果计算施工配合比，严格按照施工配合比施工。采用碎石整形与两级参配相结合的方式，可有效降低粗骨料的空隙率，小于5mm的颗粒要控制在10%以内。河砂采用细度模数为2.5~2.7之间的中细砂。为了确保混凝土的工作性能，应选用能实现混凝土坍落度稳定、施工过程不返大、保坍时间较长的优质减水剂。为了保证混凝土中纤维的完整率，在搅拌时采用‘2+1’的方式进行搅拌，混凝土拌合物搅拌2分钟后投入纤维在继续搅拌1分钟。

参考文献：

[1]中国铁道科学研究院铁建所研究员谢永江对高速铁路桥面防水封闭层混凝土施工技术培训教材

[2]京沈客专辽宁公司发布的《桥面防水层施工指导意见》。