探析轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的应用

探析轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的应用

周玉彪

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【摘要】现代社会对生态环境的保护意识和措施持续增强，建筑领域的节能环保需求不断增加。轻骨料混凝土是新型低能耗建筑材料，主要组成原料为城市废气物和工业废渣等，具有保温隔热、质量轻、强度高等优点，日益得到更加广泛的应用。本文主要研究轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的应用，从其基本性能出发，分析了目前应用中存在的不足，提出了优化改进的对策建议，以更好地实现资源节约和环境保护的生态发展目标。

【关键字】轻骨料 混凝土 公路桥梁 施工 应用

现代道路交通适应社会经济的快速发展不断进步，公路桥梁项目的数量和规模不断增加。一些投用多年的公路桥梁面临着优化升级和维修改造的需求，以匹配当前交通运输能力的通行功能需要。轻骨料混凝土在公路桥梁新建、改建项目中具有良好的应用价值。这是因为轻骨料作为一种绿色环保建筑材料，具有质量轻、强度高、生产原料是废弃物回收利用等优势。本文从轻骨料混凝土的特点出发，分析了目前公路桥梁项目建设中应用存在的不足，提出了优化改进应用效果的对策建议，以促进公路桥梁工程提高施工质量和项目经济性。

1轻骨料混凝土

1.1概述

轻骨料混凝土是一种新型环保建筑材料，是以轻细骨料、轻粗骨料为主要原材料，和水泥、水以一定的配比方案配制而成。我国自上个世纪70年代开始进行轻骨料混凝土公路桥梁的应用，经过多年的跟踪分析发现，轻骨料混凝土经过十几年的使用，强度持续增长，桥面耐磨性良好，没有发现钢筋锈蚀等问题，具有很好的应用效果。轻骨料混凝土的生产原料主要是城市废弃物和工业生产产生的废渣，随着对绿色轻骨料混凝土的研究不断深入，各类天然骨料的种类更加丰富，通过资源的再生利用，减低了对天然自然资源的消耗，实现了对能源和环境的保护。

1.2性能

轻骨料混凝土的密度标准为每立方米小于1950公斤，一般是依据细骨料的种类进行分类，为全轻混凝土和砂轻混凝土。全轻混凝土是以轻骨料作为所有粗骨料和细骨料。砂轻混凝土的粗骨料采用轻骨料，细骨料有一部分或者全部采用普通砂石作为原料。轻骨料从应用方向上看，有结构保温、保温和结构等多种轻骨料混凝土分类。和普通混凝土相比，轻骨料混凝土的主要性能特点是：

第一，结构自重较轻。轻骨料混凝土相比普通混凝土，自重可以减少20-40%左右，但强度和普通混凝土的强度等级相当。结构轻骨料混凝土在自重上的性能特点，带来显著的经济效益，在一些结构恒载占比大、材料性能要求高的大跨度桥梁、高层建筑上得到很好的应用。

第二，具有良好抗裂性。轻骨料混凝土因为具有较小的热膨胀系数和弹性模量，相比普通混凝土就能在冷缩和干缩作用下引起较小的抗应力，这就是轻骨料混凝土抗裂性能好的主要原因。

第三，具有良好的耐久性。轻骨料混凝土能有效改善建筑结构的耐久性，延长建筑的生命周期，降低后后期的维护成本。这是因为其具有双微孔的结构，产生的微泵性能让结构界面的粘结性增强，堵住了水路，提高了结构抗渗性，让混凝土内部不容易受到侵蚀介质的作用，良好的抗腐蚀性、耐磨性和抗冻融等优势带来了混凝土结构使用寿命的延长，还因为具备避免混凝土碱-集料反应的优势，进一步增加了混凝土结构的耐久性能。

第四，具有良好的抗震性。轻骨料混凝土非常适宜在地震带区域的建筑施工中使用，通过较低的自重降低了建筑结构的重量，减轻了地震带来的危害。轻骨料混凝土结构相比普通混凝土原料的弹性模量相对比较低，延长了桥梁结构的自振周期，良好的变形能力，在梁体受到破坏的情况下也能有效消耗变形，实现良好的抗震性。在地震发生时，地震作用和建筑上部结构是正相关关系，轻骨料混凝土自重较低，产生的水平剪切作用力下降，因此能很好地抗震。

第五，具备良好的施工适应性。轻骨料混凝土的原料来源比较广泛，配比方案比较丰富，能适应不同施工现场的实际需要进行针对性的配制，轻度、容重不同的轻骨料混凝土适宜制作各种混凝土，也满足钢筋及其钢筋混凝土的制备需要，能利用机械化设备进行预制和现场浇筑，有效提高了建筑结构的施工需要，人造轻骨料混凝土的生产不需要投入专业特殊设备，和普通混凝土的生产高度相似，施工适应性显著。

2轻骨料混凝土应用于公路桥梁施工中存在的不足

2.1收缩徐变的问题

轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的应用比较突出的是存在收缩徐变的问题。桥梁结构发生收缩徐变会导致预应力损失，对桥梁安全运行带来影响。轻骨料混凝土相比普通混凝土具有相对较高的早期收缩，虽然徐变会随着混凝土强度的增加而下降。但是因为低弹性模量导致的较大的弹性应变，总的来看轻骨料混凝土在相同载荷下的变形总量大于普通混凝土。

2.2泵送性能问题

轻骨料混凝土的应用中发现，如果密度小粒径大，会导致泵送比较困难。产生的原因是：泵送过程中，一些水泥浆液中的水在压力作用下和轻骨料融合，混凝土的体积会有所减少。如果增加泵送的压力，混凝土中的空气也会压缩到轻骨料中，因此轻骨料混凝土在泵送中有一定的可压缩性和塑性。但是在泵压下降或者没有的时候，轻骨料中被压缩的空气还是会挤出结构中的水分，这样就会导致混凝土拌合物出现泌水导致泵堵塞。

2.3制备规范问题

   目前国内对于轻骨料混凝土在桥梁结构重点应用设计规程还没有正式实施，导致实际应用中没有相应的国家标准规范可以依据。受到技术软件的研发局限，轻骨料混凝土设计智能化水平不高，没有建立相应的轻骨料配制数据库，工程资料的缺乏，导致轻骨料混凝土设计中存在设计科学性不足，经济效益不显著的问题。

3 轻骨料混凝土应用的技术规程

3.1制备原材料

轻骨料混凝土的水泥、外加剂的应用都要符合国家的相关应用技术规范要求。轻骨料混凝土如果粒径大于5毫米，堆积密度小于每立方米1000公斤，称之为轻质混凝土集料。对于粒径小于5毫米，堆积密度小于每立方米1200公斤，称之为轻细混凝土集料。原材料主要来自三个方面，一是工业废渣为原料加工而成，如粉煤灰、膨胀矿渣珠、煤渣、轻砂和煤矸石等。二是自然材料经加工而成，如多孔岩石材质的浮石、火山渣等。三是以地方材料人工制造而成，如页岩陶粒、黏土陶粒等。

3.2轻集料检验

轻集料要针对不同的品种和密度等级进行分批堆放检验。一般以300立方米为一个检验批次。必须的检验项目内容是：堆积密度、颗粒级配、简压强度和吸水率等，其中轻砂要检测堆积密度和细度模数指标。天然轻粗集料要检验含泥量。自然煤矸石和煤渣要检验硫酸盐含量、烧失量和安定性等指标。生产轻集料的企业要为相应产品提供出厂合格证和相关的质量检测报告。

3.3检验技术要求

为促进轻骨料混凝土的应用技术发展，保证公路桥梁工程的施工质量，在混凝土原材料、配比设计、结构设计和生产施工、质量验收等环节都要符合国家现行的相关标准内容。轻骨料混凝土的强度等级依据立方体抗压强度值进行确定。一般素轻骨料混凝土的强度不要超过LC15，钢筋轻骨料混凝土的结构强度要大于LC20,采用强度等级在400兆帕以上的钢筋结构的轻骨料混凝土强度要大于LC25，预应力轻骨料混凝土结构的强度要超过LC30。具有抗震设计要求的轻骨料混凝土要满足国家相关的抗震结构强度标准，以保证公路桥梁的安全可靠运行。轻骨料混凝土的耐久性能主要检测不同环境条件下28小时的碳化深度、抗冻性能、抗渗性能、抗硫酸盐腐蚀性和抗氯离子渗透性等指标。轻骨料混凝土拌合物的性能指标包括坍落度、扩展度，要求不能出现离析和明显的轻骨料上浮现象，拌合物的凝结时间要满足使用要求和性能需要。

4优化改进轻骨料混凝土在公路桥梁应用的建议

4.1对轻骨料进行预湿处理

在公路桥梁施工中，要针对轻骨料混凝土是多孔结构，如果没有充分预湿处理，就会导致混凝土原料在搅拌过程中持续吸水，增加坍落度，减少拌合物润滑用水量的问题。在正式混凝土施工之前，提前1小时对轻骨料进行浇水浸泡，在施工前还要控干多余的水分，并由技术人员根据轻骨料浸泡后的含水量进行施工配比的合理调整。

4.2提高混凝土搅拌质量

适应公路桥梁工程项目施工特点，和对集料堆积密度、等级类型等对搅拌工艺的影响，优化选择搅拌工艺。针对粗集料的堆积密度小于每立方米500公斤的砂轻混凝土，可以采用强制式搅拌设备，通过边搅拌边使用，保持拌合料的均匀出料。对轻粗集料的堆积密度大于每立方米500公斤的塑形砂轻混凝土，注意严格控制搅拌时间，不能超过30分分钟的搅拌时长。建议采用自由式搅拌设备，试验确定了最佳搅拌时间之后，才能进行正式大规模生产。

4.3优化混凝土的抹面施工工艺

轻骨料混凝土在振捣成型之后，会存在一定比例轻粗骨料浮在表面的情况。为避免这种情况影响混凝土的质量，要采用抹面施工来解。一般是利用表面振捣器进行二次振捣之后，在上浮的轻粗骨料面积比较大的区域完成砂浆上反之后，进行抹面施工，能提高施工处理质量。

4.4加强轻骨料混凝土设计配比研究

   公路桥梁的轻骨料混凝土配比设计不仅要满足国家对配置强度、密度、拌合物性能等多项要求，还要满足公路桥梁所在区域安全可靠使用提出的其他性能要求。在设计中使用配比原材料时，坚持合理使用材料、节约水泥等胶凝材料用量的原则。一般轻骨料的材料选用同一品种的轻骨料，如果需要参入其他类型的轻粗骨料，就必须以试验的方式确定掺加的比例。外加剂的品种和掺量都要通过试验才能确定最终的用量。针对公路桥梁工程施工建设的不同需要，重点要对轻骨料的强度标准差、立方体抗压强度进行试验检验，避免对桥梁的安全可靠运行带来影响。

    轻骨料混凝土配比中使用的水泥建议采用普通硅酸盐水泥，或是32.5等级以上的硅酸盐水泥。水泥的等级直接影响混凝土的相关性能指标。因此轻骨料混凝土水泥的选用要注意，虽然高等级水泥能提高混凝土的强度水平，但是也会让混凝土结构的密度上升。因此，要对水泥的等级合理控制，建议轻骨料混凝土的水泥用量控制在小于立方米550公斤的范围内。

   轻骨料混凝土中选用的高强陶粒，最好选用圆形陶粒，密度等级超过700，强度标号为30兆帕以上，才能满足人造高强度轻集料的性能需要。原则上对高强陶粒的最大颗粒级别要进行控制，一般在16-20毫米范围内。在明确高强陶粒最大粒径之后，要从轻骨料颗粒密度对混凝土整体离析分层的影响出发进行研究，一般情况是轻骨料的自身颗粒密度越大，混凝土结构越少出现离析分层。因此在公路桥梁施工中对于旧桥改造维修等项目可以选用900级页岩陶粒作为混凝土的配合料使用。

5结束语

轻骨料混凝土在公路桥梁施工中的实施与应用，直接影响公路桥梁项目的整体质量，本文从轻骨料混凝土的特点出发，提出了对轻骨料进行预湿处理、提高混凝土搅拌质量、优化混凝土的抹面施工工艺、加强轻骨料混凝土设计配比研究等优化措施，以促进轻骨料混凝土在建设高质量公路桥梁中发挥更大的作用。

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