关于引气混凝土在桥梁工程中的应用

摘 要: 混凝土掺入引气剂能改善其物理、力学性能，提高混凝土的耐久性，保证混凝土的质量，延长建筑物的使用寿命。掺入引气剂是提高耐久性的有效途径。可借鉴港工中较成熟的方法, 使用引气混凝土提高混凝土结构寿命。

关键词: 引气剂; 混凝土; 桥梁;

1、引气剂与含气量

引气剂是一种表面活性剂, 由于表面的活性作用, 降低了水的表面张力及表面能, 使水溶液形成众多表面时所需的功减少。由于表面活性剂定向吸附在气泡表面, 形成了单分子吸附膜, 使液面坚固而不易破裂。加入混凝土中的引气剂能够产生均匀、稳定、封闭、互不连通的微小气泡, 避免了毛细管道的形成, 缓和了自由水受冻结所产生的膨胀应力, 因此可改善混凝土的耐久性。引气量与很多因素有关。在施工规范里除对水灰比作了规定外, 也对混凝土的含气量提出要求, 即不同级配的混凝土含气量范围在 4% ～6% , 所以获得不同的混凝土含气量要根据技术要求、现有原材料等经试验确定。影响引气剂引气量大小的因素主要有:

( 1) 引气剂的品种不同, 相同掺量时的引气量不同;

( 2 ) 水泥用量越多, 颗粒越细, 引入相同气泡的引气剂掺量越大;

( 3 ) 同一种引气剂, 在一定范围内, 掺量越大引气量越大;

( 4 ) 水灰比越大, 坍落度越大, 引气量越大;

( 5 ) 引气量大小与搅拌机性能有关, 强制式较自由式搅拌机引气量大, 搅拌时间变化, 引气量就相应变化;

( 6 ) 运输及静停时间越长, 引气量降低的越多;

( 7 ) 高频振捣较人工振捣引气量损失得多;

( 8 ) 粉煤灰的含碳量越多, 吸附气泡的功能越强, 达到相同含气量需要的引气剂掺量越大。

据统计, 混凝土引气量每增加 1 % , 混凝土的抗压强度下降 5% ～10% 。为提高混凝土的耐久性且不影响抗压强度, 现在大多数工程采用引气剂与高效减水剂复合使用。

2、抗冻与耐久性

耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要, 若耐久性不足, 将会产生极严重的后果, 甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示, 美国的混凝土基础设施工程总价值约为 6 万亿美元, 每年所需维修费或重建费约为 3千亿美元。美国 50 万座公路桥梁中 20 万座已有损坏, 平均每年有 150～200 座桥梁部分或完全坍塌, 寿命不足 20 a; 而对二战前后兴建的混凝土工程, 在使用 30～50 a 后进行加固维修所投入的费用, 约占建设总投资的 40% ～50% 以上。我国50 年代所建设的混凝土工程已使用超过 40 a。如果平均寿命按 30～50 a 计, 那么在今后的 10～30 a 间, 为了维修这些建国以来所建的基础设施, 耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大, 每年高达 2 万亿人民币以上。照此来看, 约 30～50 a 后, 这些工程也将进入维修期, 所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此更要从提高混凝土耐久性入手, 以降低巨额的维修和重建费用。

3、引气剂对耐久性的贡献

掺入引气剂和减水剂能减少用水量并改善毛孔内部结构。实践表明, 在普通混凝土中掺入适量引气剂或减水剂, 不仅能提高拌和物的工作性能, 而且大大增加了混凝土的抗渗能力和抗冻能力, 建筑物在自然环境中均可获得较好的耐久性。尤其是抗冻能力, 未引气的混凝土很难达到抗冻 250 次循环的要求。实验数据见表 1。

由表 1 和表 2 可以看出, 同配比时引气可增加混性, 提高抗折强度和折压比, 且能大幅提高抗冻性能, 凝土的抗侵入性和耐久性。混凝土掺入引气剂能改善其物理、力学性能, 提的耐久性, 保证混凝土的质量, 延长建筑物的使用寿命气剂是提高耐久性的有效途径。

4、在桥梁工程中的应用

配合比设计

( 1) 砂率的选择。在进行引气混凝土设计时, 混凝土的砂率应随含气量的增加而减少, 每增加一个含气量, 混凝土的砂率降低 0.5% 。常见的混凝土砂率如为 38% , 则在含气量为6% 的混凝土中应修正为 35% 。

( 2) 含气量试验。参考《公路工程水泥及水泥混凝土实验规程》( JTGE 30- 2005) 中的规定, 使用混凝土含气量测定仪进行测定。在现场控制时, 含气量的测定应和混凝土的坍落度测定频率一致。

表 3 为某高速桥梁墩柱和桥面铺装中的应用引气配合比。

3 混凝土配合比示例

5、补救办法

当加入的外加剂为松香类引气剂时, 所产生的气泡会比其它类型的外加剂要稍多一些, 因此在浇筑桥梁墩柱时, 表面容易出现气泡, 引气剂引入大量微小均匀气泡, 但其他外加剂, 也会引入大小不均甚至是显而易见的气泡, 这些气泡严重影响了混凝土结构的外观。在津汕高速所做的现场实验就存在这样的问题, 要改善混凝土外观, 有几种措施值得一试。

( 1) 避免有害气泡的形成, 选用低 Na2SO的高效减水剂和高浓高分子减水剂产品, 一般控制 Na2SO4 含量在 5% 以内。

( 2) 控 制 混 凝 土 拌 和 过程, 搅拌时间对混凝土内部产生的气泡也会有不同的影响。混凝土在搅拌过程中, 如果搅拌不匀, 同样的水灰比, 外加剂多的部位所产生的气泡就会多,而未拌和到外加剂的部分则会出现坍落度不均、坍损大、离析等现象, 但过份的搅拌又会使混凝土在搅拌过程中形成的气泡越来越多, 从而产生负面作用。有关文献建议“引气剂及引气减水剂混凝土必须采用机械搅拌, 搅拌的时间不宜> 5 min和< 3 min。”

( 3) 控制现场浇筑工艺。主要是振捣和优质模板的选用,施工中振捣手的操作对混凝土表面出现气泡的多少也有关系。混凝土振捣越好, 其内部结构就会越密实, 主要包含分层振捣高度和振捣时间。从试验中可以看出, 分层高度( 即每次下料的高度) 越高, 则混凝土内部的气泡就越不容易排出; 但振捣的时间越长( 超振) 或越短( 欠振) 以及未振捣的部位( 漏振) , 混凝土表面气泡缺陷就会越来越多。在混凝土施工过程中, 应注意分层布料、分层振捣。分层的厚度以≯50 cm 为宜,否则气泡不易从混凝土内部往上排出, 同时应注意混凝土的振捣, 严防出现混凝土的欠振、漏振。一般来说, 振捣可有效减少有害气泡, 因此在对引气型混凝土进行振捣时, 应适当增加振捣时间。有些施工单位使用油性脱模剂, 如机械厂回收下来的油等, 这类油性脱模剂对气泡具有极大的吸附性, 混凝内存在气泡一经与之接触, 便会吸附在模板上而成型混凝土结构的表面。即使是水性脱模剂对混凝土内产的气泡仍然有吸附作用, 使混凝土内的气泡无法全部随机械振捣全部排出。因此使用同一混凝土而采用不同的脱模剂会得到不同的效果。 采用消泡脱模剂可消除混凝土表面的气泡, 并在模板上建立排气通道, 可使混凝土表面光滑, 提高施工质量。脱模剂应优选水性脱模剂, 少用油性脱模剂, 减少气泡在模板上的吸附性, 以利气泡能顺模板向上排出。采用表面光滑的模板时产生的气泡少, 采用表面粗糙的模板时产生的气泡就会多一些。因此在选用模板材料时, 应尽可能地选用优质、表面光滑的模板。

( 4) 采用补救的方法来解决已产生的表面气泡, 如用与混凝土同品种、同标号、同配比的水泥、粉煤灰配制后, 对混凝土构件表面所产生的细微气泡进行填补, 会起到色泽一致、强度等级相同的效果。但填抹时, 应在混凝土构件刚拆模时进行, 这样胶结粉料会吸收混凝土内部多余水份或是利用给混凝土养护的水份来进行自身水化、固化反应, 从而基本达到混凝土原设计的强度。对较大缺陷的气泡修补应用混凝土原浆进行, 但需经建设单位、监理单位、监督部门验收认可后进行。混凝土掺入引气剂能改善其物理、力学性能, 提高混凝土的耐久性, 保证混凝土的质量, 延长建筑物的使用寿命。掺入引气剂是提高桥梁主体结构耐久性能的有效途径。

参考文献:

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[2] 邢锋, 明海燕. 沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。