殷奉軍，孫洪江

（菏澤市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 菏澤 274000）

在道路交通運(yùn)輸持續(xù)發(fā)展的背景下，公路橋梁建設(shè)事業(yè)與發(fā)展速度是相當(dāng)客觀的，尤其一些既有公路橋梁隨著建設(shè)年限的延長(zhǎng)，無(wú)法與當(dāng)前交通運(yùn)輸能力要求相匹配，橋梁損壞事件頻頻發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)公路橋梁建設(shè)項(xiàng)目，尤其舊橋改造項(xiàng)目所使用的混凝土原料多為容重在2 500.0 kg/m3左右的普通混凝土，受舊橋自身承載能力已經(jīng)有所下降的因素影響，這種自重較大的普通混凝土原料在實(shí)際使用中勢(shì)必會(huì)對(duì)公路橋梁使用壽命以及通行能力產(chǎn)生影響與危害。為解決這一問(wèn)題，近年來(lái)工程實(shí)踐中提出對(duì)輕骨料混凝土的應(yīng)用概念。相較于常規(guī)混凝土原料而言，輕骨料混凝土原料造價(jià)低廉，輕質(zhì)特點(diǎn)突出，可以十分有效地減少構(gòu)造物自身重量與相應(yīng)的處理成本，結(jié)構(gòu)斷面等特殊情況也得到了一定的控制，同時(shí)還大幅提高了有效使用面積，并提高了公路橋梁工程的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

1 輕骨料混凝土及其性能優(yōu)勢(shì)

輕骨料混凝土即基于輕粗骨料，輕砂（普通砂），水泥以及水所配置而成的特殊混凝土，其干表觀密度在1 950.0 kg/m3范圍內(nèi)。雖然從單方造價(jià)的角度上來(lái)說(shuō)，輕骨料混凝土單方造價(jià)顯著高于等級(jí)相同的普通密度混凝土，但其在實(shí)際應(yīng)用中具有一系列的性能優(yōu)勢(shì)，如強(qiáng)度高，可有效減輕建筑物自身重量，降低基礎(chǔ)處理費(fèi)用，增加使用面積，縮小結(jié)構(gòu)斷面以及節(jié)約工程造價(jià)等，綜合經(jīng)濟(jì)效益突出，因而在公路橋梁施工中具有相當(dāng)突出的應(yīng)用價(jià)值。其在我國(guó)的具體應(yīng)用發(fā)展可以概括如下圖1所示。從公路橋梁工程應(yīng)用實(shí)踐的角度上來(lái)說(shuō)，輕骨料混凝土的應(yīng)用具備以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

圖1 輕骨料在我國(guó)的具體應(yīng)用發(fā)展示意圖

1.1 輕質(zhì)高強(qiáng)

受集料中孔隙因素的影響，集料自身容重明顯偏低，輕骨料混凝土憑借這一機(jī)制在容重上得到了明顯的下降，當(dāng)前技術(shù)條件支持下，輕骨料混凝土的容重在800.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范圍內(nèi)，作為承重結(jié)構(gòu)所使用的輕骨料混凝土容重在1 400.0 kg/m3～1 950.0 kg/m3范圍內(nèi)，與同等強(qiáng)度等級(jí)普通混凝土相比容重下降25%～30%。同時(shí)，在強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下，輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到3.5MPa～40.0 MPa的理想范圍，強(qiáng)度等級(jí)可以達(dá)到15～50級(jí)，最高強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到70級(jí)?，F(xiàn)階段技術(shù)條件支持下，國(guó)外研究人員已經(jīng)成功配置容重為1 660.0 kg/m3，同時(shí)28 d齡期強(qiáng)度達(dá)到55.5MPa的輕骨料混凝土，完全可以滿(mǎn)足現(xiàn)階段公路橋梁施工的承重結(jié)構(gòu)需求。

1.2 抗震性能好

輕骨料混凝土相較于常規(guī)意義上的混凝土原料具有較低的彈性模量，這也就意味著梁體自振周期明顯延長(zhǎng)，變形能力好，在梁體遭受破壞的情況下能夠?qū)Ω嗟淖冃文苓M(jìn)行消耗，以達(dá)到良好的抗震性能。同時(shí)，在地震因素的影響下，地震作用與上部結(jié)構(gòu)呈正相關(guān)關(guān)系，加之輕骨料混凝土的自身容重明顯低于普通混凝土，因此相同強(qiáng)度地震作用力下所產(chǎn)生的水平剪切作用力偏低，對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震是非常有利的。

1.3 耐久性高

在公路橋梁工程實(shí)踐中，應(yīng)用輕骨料混凝土能夠有效避免混凝土出現(xiàn)堿集料反應(yīng)問(wèn)題，對(duì)延長(zhǎng)公路橋梁有效使用壽命有重要意義。同時(shí)，輕骨料混凝土滲透性低，從而表現(xiàn)出了良好的耐磨性以及抗凍融能力。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，與常規(guī)意義上的普通混凝土原料對(duì)比，輕骨料混凝土具備更小的彈性模量以及熱膨脹系數(shù)，因此冷縮以及干縮作用下所致拉應(yīng)力水平偏低，這也就意味著輕骨料混凝土在實(shí)踐應(yīng)用中表現(xiàn)出的構(gòu)件抗裂性能更高，以達(dá)到改善構(gòu)件耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，節(jié)約后續(xù)維護(hù)費(fèi)用的目的。

1.4 施工適應(yīng)性強(qiáng)

人造輕骨料以及輕骨料混凝土可以在較為廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行配置，根據(jù)生產(chǎn)需要以及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的不同，配置強(qiáng)度以及容重不同的輕骨料混凝土，可以制作砂輕混凝土、全輕混凝土、無(wú)砂混凝土，也可進(jìn)行鋼筋以及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的配置工作，可以結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行預(yù)制，也可以進(jìn)行機(jī)械化的現(xiàn)場(chǎng)澆筑，對(duì)各種建筑體系內(nèi)部均有良好的適應(yīng)性。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，人造輕骨料混凝土在生產(chǎn)工藝上與普通混凝土原料高度相似，無(wú)需投入特殊設(shè)備，因此有較強(qiáng)的施工適應(yīng)性。

2 輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 確定試配強(qiáng)度

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行有關(guān)輕骨料混凝土的技術(shù)操作規(guī)程中有關(guān)要求，在公路橋梁工程實(shí)踐應(yīng)用中，輕骨料混凝土的配合比應(yīng)當(dāng)通過(guò)計(jì)算與試配的方式最終確定。該參數(shù)主要受到輕骨料混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差以及輕骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值這兩個(gè)方面因素的影響。

2.2 水泥

輕骨料混凝土配合過(guò)程中所選用水泥推薦兩種類(lèi)型：第一類(lèi)為普通硅酸鹽水泥，第二類(lèi)為32.5級(jí)以上硅酸鹽水泥。以某舊橋改造工程為例，選用xx廠生產(chǎn)42.5R級(jí)硅酸鹽水泥。需要注意的一點(diǎn)是，水泥用量會(huì)直接對(duì)混凝土強(qiáng)度及其相關(guān)性能產(chǎn)生重要影響，這一點(diǎn)對(duì)于輕骨料混凝土而言同樣如此，雖然持續(xù)提高水泥用量能夠有助于輕骨料混凝土強(qiáng)度水平的提高，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致其密度水平的上升。因此，必須對(duì)水泥用量進(jìn)行科學(xué)控制。一般來(lái)說(shuō)，建議輕骨料混凝土水泥用量最高控制在550.0 kg/m3范圍內(nèi)。

2.3 高強(qiáng)陶粒的合理選擇

輕骨料混凝土在配合過(guò)程中應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇圓球形高強(qiáng)度陶粒，同時(shí)要求陶粒密度等級(jí)達(dá)到700以上，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)達(dá)到30.0 MPa以上，筒壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)達(dá)到5.0 MPa以上，同時(shí)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足人造高強(qiáng)度輕集料的一系列要求。以滿(mǎn)足輕骨料混凝土顆粒級(jí)配相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為要求，原則上對(duì)輕骨料最大粒徑進(jìn)行嚴(yán)格控制（最大粒徑建議根據(jù)工程實(shí)際需求靈活設(shè)定，一般最大值應(yīng)控制在16.0 mm～20.0 mm范圍內(nèi)）。在確定輕骨料混凝土輕骨料最大粒徑的情況下，考慮到輕骨料自身顆粒密度會(huì)對(duì)混凝土整體離析分層產(chǎn)生直接影響（一般情況下，輕骨料自身顆粒密度越大，混凝土結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)離析分層的可能性越?。?，以及輕骨料形態(tài)與混凝土整體離析分層之間的相關(guān)性關(guān)系（一般情況下，碎石形輕骨料出現(xiàn)混凝土離析分層的可能性低于圓球形顆粒輕骨料）。在前文中所提到的舊橋改造工程項(xiàng)目中，選用xx陶粒制品有限公司所提供的900級(jí)頁(yè)巖陶粒作為配合陶粒。

3 輕骨料混凝土應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 輕骨料預(yù)濕處理

在公路橋梁工程施工實(shí)踐中，考慮到輕骨料混凝土多為多孔結(jié)構(gòu)，未經(jīng)過(guò)充分預(yù)濕處理的輕骨料混凝土原料在攪拌成型過(guò)程中仍然持續(xù)吸水，這會(huì)導(dǎo)致拌合物潤(rùn)滑用水大量減少，增加坍落度損失，對(duì)施工作業(yè)的開(kāi)展會(huì)造成不利影響?？紤]到此實(shí)際情況，在施工期間需要于混凝土攪拌前1 d對(duì)輕骨料料袋進(jìn)行澆水浸泡，施工前控干多余水分即可，并安排專(zhuān)人根據(jù)輕骨料含水量對(duì)施工配比進(jìn)行合理調(diào)節(jié)即可。

3.2 攪拌

在攪拌工藝的選擇上，必須充分考慮公路橋梁工程集料堆積密度以及混凝土級(jí)配類(lèi)型對(duì)攪拌工藝的影響。一般情況下，對(duì)于粗集料堆積密度＜500.0 kg/m3的砂輕混凝土，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，做到隨拌隨用，注意出料速度保持均勻。對(duì)于輕粗集料堆積密度＞500.0 kg/m3以上的塑形砂輕混凝土，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用自由式攪拌機(jī)，攪拌過(guò)程中對(duì)攪拌時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過(guò)試拌確定最佳攪拌時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)建議控制在30 min范圍內(nèi)。

3.3 拌合物處理

原則上在公路橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡可能縮短輕骨料混凝土拌合物運(yùn)輸距離，若因運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致拌合物出現(xiàn)嚴(yán)重離析問(wèn)題，需要在澆筑前進(jìn)行二次拌合。拌合物從攪拌機(jī)卸料開(kāi)始至澆筑入模延續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在45 min范圍內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)泵送施工的過(guò)程中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求對(duì)泵送管道進(jìn)行準(zhǔn)確布置，盡可能控制泵送阻力，如配置充足水泥砂漿對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行濕潤(rùn)處理，以確保管道內(nèi)壁可形成薄漿層，從而保證泵送作業(yè)的順利開(kāi)展，現(xiàn)場(chǎng)拌合物連續(xù)不間斷勻速供應(yīng)。在此基礎(chǔ)之上，還需要特別注意的一點(diǎn)是，公路橋梁現(xiàn)場(chǎng)澆筑橫向結(jié)構(gòu)，每層澆筑高度應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般控制標(biāo)準(zhǔn)為30～50 cm。輕骨料混凝土的拌合物澆筑傾落高度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限定在1.5 m范圍內(nèi)，以免輕骨料混凝土因傾落高度過(guò)高而發(fā)生離析問(wèn)題。

3.4 振搗

在澆筑作業(yè)完成后，為了進(jìn)一步確保輕骨料混凝土拌合物達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，需要根據(jù)輕骨料混凝土拌合物的工作性質(zhì)采取相應(yīng)的振搗成型方式。結(jié)合既往公路橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于坍落度不足16 cm的輕骨料混凝土拌合物，人工插搗存在一定難度，因此需采取機(jī)械式振搗聯(lián)合人工振搗的處理方式。振搗環(huán)節(jié)的工作時(shí)間不但會(huì)對(duì)輕骨料混凝土拌合物中輕骨料的上浮、分布產(chǎn)生影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)輕骨料混凝土整體密度與強(qiáng)度水平產(chǎn)生影響。因此，在振搗時(shí)間的確定上，應(yīng)當(dāng)以拌合物充分振搗均勻且輕骨料未上浮為基本原則。在此基礎(chǔ)之上，還需要充分參考輕骨料混凝土拌合物的稠度以及振搗部位，一般建議控制標(biāo)準(zhǔn)為10～30 s。針對(duì)坍落度達(dá)到16 cm且流動(dòng)性較大的塑形拌合物，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用插搗成型方案，確保輕骨料混凝土拌合物的密實(shí)性達(dá)到理想狀態(tài)。

3.5 抹面

輕骨料混凝土在經(jīng)振搗達(dá)到成型狀態(tài)后會(huì)有一定比例的輕粗骨料浮于表層，為了避免輕骨料混凝土表面質(zhì)量受此因素影響，可以在完成振搗成型后通過(guò)抹面的方式解決該問(wèn)題，將上浮于表層的輕粗骨料顆粒壓入混凝土內(nèi)部。針對(duì)上浮顆粒面積較大的區(qū)域，可以借助于表面振動(dòng)器進(jìn)行二次振搗，在砂漿反上后再進(jìn)行抹面，以達(dá)到滿(mǎn)意的處理效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章圍繞輕骨料混凝土在公路橋梁施工中的實(shí)施與應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析，首先對(duì)輕骨料混凝土的基本界定概念以及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，指出在公路橋梁工程實(shí)踐中應(yīng)用輕骨料混凝土能夠表現(xiàn)出輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、耐久性高以及施工適應(yīng)性強(qiáng)這幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，然后對(duì)輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步研究，指出輕骨料混凝土配置拌合中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)與質(zhì)量控制措施，最后對(duì)輕骨料混凝土在公路橋梁工程施工中的實(shí)踐應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行闡述，包括預(yù)濕處理，攪拌，拌合物處理，振搗以及抹面等多個(gè)環(huán)節(jié)，希望通過(guò)對(duì)公路橋梁工程施工應(yīng)用輕骨料混凝土等一系列問(wèn)題的分析，為后續(xù)同類(lèi)工程實(shí)踐提供意見(jiàn)與建議，供業(yè)內(nèi)人士參考。