耐久混凝土在互通箱梁上的应用

　　摘要：我公司承建的某互通箱梁施工中应用耐久混凝土的实践，分析施工中控制措施及其原因。
　　关键词：互通立交；箱梁；耐久混凝土
　　1、工程概况
　　某大型互通立交，由主线、高速公路加宽段及A、B、C、D匝道组成，全长1881.27m，混凝土方量大，质量要求高，其中C50箱梁混凝土需要满足设计要求的力学性能，同时满足新拌混凝土具有良好的工作性，即流动性而不离析、不泌水；硬化后混凝土无裂缝、体积稳定；具有抗冻性、抗渗性及防止钢筋腐蚀等良好的耐久性能。
　　该地区最冷月份一月平均气温在-3.90—-5.70℃，属于寒冷地区，冻融环境；冬季使用除冰盐，将来可能使用除冰盐来融化桥梁积雪，其桥梁构件须抵抗除冰盐的侵蚀作用；对于桥面板的顶面以及可能遭受来自伸缩缝处渗漏水作用的下部梁表面，应抵御干湿交替的环境的作用。
　　2、耐久混凝土材料组成分析
　　2.1、 影响混凝土耐久性的因素
　　环境影响和相对反应等多种因素综合作用，其产生破坏的过程极其复杂，但主要考虑以下影响因素：温度、湿度、物理因素、化学因素、生物因素。
　　主要影响混凝土耐久性的一些成分：C3A、游离氧化钙、硫化物及硫酸盐、氯离子、碱、有机质等。
　　2.2、 选材的要求
　　1、 选用低水化热和含碱量偏低的水泥，尽可能避免使用早强水泥，宜选择高强度水泥，可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；
　　2、 选用坚固耐久、级配合格、粒形良好的洁净骨料；
　　3、 使用优质粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺和料或复合矿物掺和料；
　　4、 使用优质的引气剂，将适量引气作为配制耐久混凝土的常规手段；
　　5、 尽量降低拌和水用量，为此应外加高效减水剂或有高效减水功能的复合外加剂；
　　6、 限制单方混凝土中胶凝材料的最高用量，重视混凝土骨料级配以及粒形要求；
　　7、尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。
　　2.3、耐久混凝土中的材料组成
　　2.2.1水泥
　　配制耐久混凝土的硅酸盐类水泥一般应为品质稳定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其强度等级宜为42.5。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥宜与矿物掺和料一起使用。为改善混凝土的体积稳定性和抗裂性能，硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的C3A含量一般不宜超过8%（海水中10%），水泥细度（比表面积）不超过350m2/kg，游离氧化钙不超过水泥质量的1.5%；三氧化硫不超过3.5%；大体积混凝土宜采用C2S含量相对较高的水泥。为改善混凝土的抗裂性，水泥的含碱量(按Na2O当量计)不宜超过水泥质量的0.6%；混凝土内的总含碱量（包括所有原材料）应不超过3.5kg/m3。当配筋混凝土的使用环境有氯盐作用时，应选用氯离子含量尽可能低的水泥；如使用环境无氯盐作用，配筋混凝土所用水泥的氯离子含量也不宜超过水泥重的0.2%（钢筋混凝土）和0.06%（预应力混凝土）。
　　2.2.2骨料
　　1)质地均匀坚固，粒形和级配良好、吸水率低、空隙率小(粗骨料的松散堆积密度一般应大于1500kg/m3，对较致密石子如石灰岩大于1600kg/m3，即空隙率约不超过40%；粗骨料的压碎指标不大于7%，吸水率不大于2%，针、片状颗粒不宜超过5%。用于高抗冻混凝土的粗骨料吸水率不宜大于1%。
　　对细度模数为2.9～2.6。2.36mm筛孔的累计筛余量不得大于15%，0.3mm筛孔的累计筛余量宜在85%～92%范围内。
　　2)处于冻融循环下的重要工程混凝土，宜进行骨料的坚固性试验，坚固性试验的失重率应小于5%（细骨料）和8%（粗骨料）。
　　3)对于可能处于干湿交替、冻融循环下的混凝土，粗、细骨料中的含泥量应分别低于0.7%和1%；粗、细骨料中的水溶性氯化物折算氯离子含量均不应超过骨料质量的0.02%；粗、细骨料中的水溶性硫化物折算SO3含量均不应超过骨料质量的1%。如使用环境的季节或日夜温差剧烈，应选用线胀系数较小的粗骨料，以提高混凝土的抗裂性。
　　4)氯盐环境作用下的混凝土，不宜采用抗渗透性较差的岩质如某些花岗岩、砂岩等作为粗、细骨料。粗骨料的最大公称粒径不宜超过25mm（大体积混凝土除外），且不应超过保护层厚度的2∕3。
　　5)重要的配筋混凝土工程应严禁使用海砂。一般工程由于条件限制不得不使用海砂时，必须采取严格的质量检验制度，经过冲洗后的氯离子量应低于砂干重的0.02%。使用氯离子量超过0.02%但低于0.15%的海砂，需要适当降低混凝土水胶比、加大钢筋的混凝土保护层厚度并配合使用化学阻锈剂。预应力混凝土一般不得使用海砂。
　　6)使用骨料前应检测供应的骨料有无潜在活性。
　　2.2.3、掺和料
　　1）粉煤灰
　　粉煤灰的烧失量应尽可能低（不宜大于5%，对预应力混凝土和引气混凝土小于2%）；SO3含量≤3%；需水量比≤105%。混凝土中的粉煤灰掺量应不少于胶凝材料总量的20%，当掺量达30%以上时，水胶比不宜大于0.42，并应随粉煤灰掺量的增加而减小，优质粉煤灰的最大掺量可到胶凝材料总量的50%甚至更多。粉煤灰作为掺和料用于冻融和除冰盐环境下的引气混凝土时应严格限制其烧失量，掺量宜控制在30%以内。
　　优质的粉煤灰掺量越高混凝土单位用水量越少。粉煤灰能改善同坍落度混凝土的工作性能，大量的球状玻璃体在混凝土的泵松、振捣过程中起润滑作用；粉煤灰补偿了细骨料中细屑的不足，截断了浆体中的泌水通道的连续性，减少离析、泌水，提高混凝土的粘聚性和保水性；粉煤灰还能有效分散水泥颗粒，释放出更多浆体来润滑骨料，改善和易性，改变流变性质，提高流动性。掺加粉煤灰会延长混凝土的凝结时间。粉煤灰的水化热比水泥低，可以用来降低混凝土结构中所蓄积的水化热，对降低混凝土的温升特别有利。使用粉煤灰后，混凝土要获得一定的含气量一般要增加引气剂的用量。
　　粉煤灰混凝土与单用水泥配制的混凝土相比强度有高有低，取决于环境温度、龄期和水胶比。粉煤灰降低水化热作用十分明显，可使大体积混凝土的水化热峰延缓，有效防止混凝土产生温缩裂缝。早期抗碳化能力稍差，随着龄期增加，火山灰反应形成的致密水化产物改善了混凝土的微结构，提高了混凝土的密实度，增加了不透水性，使抗碳化能力提高。粉煤灰混凝土的渗透性比单用水泥配制混凝土要低。粉煤灰可以抑制碱硅酸盐反应。28天以前，混凝土的孔结构较普通混凝土粗大，故早期抗冻性下降，掺量增加，下降幅度增大，随着龄期的增长，下降幅度减小。
　　2）磨细矿渣
　　磨细矿渣的比表面积不宜小于350m2/kg且不超过450m2/kg，过高细度的矿渣有时也不利于控制混凝土水化热和防裂。对于硫酸盐腐蚀环境，特别是高温下的硫酸盐腐蚀环境或海水环境，宜将大掺量矿渣作为胶凝材料的必需组分，矿渣的最大掺量在低水胶比的混凝土中可达胶凝料总量的90%；但对冻融部位的混凝土，矿渣的最大掺量不宜超过50%。作为掺和料的矿渣需水量比不宜大于100%，烧失量不大于1%。
　　磨细矿渣加入混凝土中，能有效改善水泥与高效减水剂的相容性，增加混凝土的流动性。掺入磨细矿渣的混凝土具有抗氯离子。硫酸盐侵蚀、抑制碱骨料反应，延缓钢筋锈蚀的耐久性能。掺量过大会产生早期塑性收缩和干缩。
　　2.2.4、引气剂
　　引气剂对改善混凝土的工作性能有显著作用，还可以减少或消除拌合物的离析和泌水；并具有减水作用。引气剂使混凝土含气量适当增大。引气剂通过引入封闭微小气泡可是硬化混凝土在潮湿环境下抗冻融性得到明显改善；对高强混凝土来说，减水剂减小了水胶比，提高了混凝土的强度和密实性，使得抗冻性能提高，同时抗硫酸盐性能也有所提高。
　　2.2.5、高效缓凝减水剂
　　外加剂中的氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.02%，高效减水剂中的硫酸钠含量不宜大于减水剂干重的15%；收缩率比不超过135%。
　　高效缓凝减水剂能显著减少单位用水量和水泥用量，降低水胶比，拌制出具有更好和易性、低水胶比的高性能混凝土，用水量的减少使得泌水现象减少，延缓混凝土的凝结时间，也可以用来减少坍落度损失和改善工作性，特别适用于环境温度较高时混凝土及大体积混凝土的浇注。
　　3、耐久混凝土性能
　　经过测试，耐久混凝土工显著减少离析和泌水，但要注意外加剂、粉煤灰和水泥之间的相容性。高效缓凝减水剂的加入降低了水胶比，提高了强度；提高了粉煤灰的火山灰效应和微集料效应。粉煤灰的存在改善了低水胶比混凝土水泥颗粒最初的水化环境，使水化产物Ca(OH)2增多，有利于二次水化，提高混凝土的早期强度。
　　粉煤灰混凝土早期抗冻性差，采用掺加高效缓凝减水剂降低混凝土的水胶比和掺加引气剂引入足够的含气量来提高混凝土的抗冻能力。粉煤灰的火山灰反应能抑制碱集料发生的可能性；引气剂引入的细微气泡能有效地减少碱集料反应引起的膨胀破坏。粉煤灰混凝土早期抗碳化性能差，可掺加高效减水剂降低水胶比来提高混凝土的抗碳化能力。粉煤灰火山灰反应降低了碱度，减弱了碱性环境对钢筋的保护作用；采用高效减水剂降低混凝土的水胶比，同时利用粉煤灰的火山灰效应、填充效应增加混凝土的密实性；防止腐蚀物质的侵入。引气剂通过引入微小气泡，减水剂通过降低水胶比提高密实性，粉煤灰通过火山灰效应、填充效应降低了混凝土的渗透性和减少硫酸盐膨胀性反应所需的水泥石的含量，减少了硫酸盐的侵蚀性。粉煤灰通过减水和降低水化热增加混凝土的抗裂性；外加剂通过减水作用降低了拌合用水的量，降低了水胶比，降低了胶凝材料用量，从而减少了自生收缩和干燥收缩；胶凝材料总量的减少同时减少了的水化热，增加了抗裂性能。
　　4、工程中的应用
　　互通的C50箱梁均采用耐久混凝土施工，在施工中严格控制混凝土的入模含气量（混凝土无抗冻要求≥2%；混凝土有抗冻要求≥4%)、坍落度、入模温度、最大水胶比、最小胶凝材料用量、碱含量、氯离子含量。采用28d的立方体抗压强度检验混凝土力学性能；采用GBJ82－85快冻法检验混凝土的抗冻性能；采用受约束的混凝土圆环试件评价混凝土的抗裂性能。现场施工发现:混凝土的工作性能良好，无泌水、离析现象，混凝土的流动性良好。箱梁外观无可见裂纹。实体取芯检测:混凝土力学性能均满足设计要求；耐久性指标氯离子电通量小于1500库仑。混凝土试件检测:抗冻融性能大于F300；抗裂性能对比试件合格。