桥梁工程中膨胀混凝土的应用探究

赵红星

摘要：本文通过对预防桥梁裂缝的各种措施及其效果进行了分析，发现膨胀剂对于裂缝有着最好的控制效果，并对膨胀剂抑制裂缝的效果进行了讨论，对如何控制膨胀混凝土的质量提出了几点建议。

关键词：桥梁工程；膨胀混凝土；应用探究

引言

目前，在桥梁工程的施工中，裂缝的产生对桥梁工程整体的质量造成了非常严重的影响。尽管裂缝对于桥梁的承载能力几乎没有影响，但在钢筋腐蚀等方面的影响则不容忽视。因此，在桥梁工程的施工中，往往会采取各种措施来对裂缝的产生进行控制。

1.预防裂缝的各种措施及其效果

1.1降低混凝土坍落度，延缓脱模时间

混凝土的单位水泥用量与其坍落度之间有着较为密切的联系，当降低单位水泥用量时，混凝土的单位用水量和水化发热量也会出现一定程度的降低；当降低坍落度和单位用水量时，则会使水泥的干缩量出现降低。因此，通过适当的调整混凝土配比，降低坍落度，将养护时间进行适当的延长，可以使裂缝的产生得到有效的减少，施工质量得到提高。但该方案对于裂缝的宽度降低并无明显作用。

1.2加入高性能减水剂

该方案通过将混凝土内的单位用水量进行减少，从而使坍落度得到降低。该方案对于裂缝产生的数量上有着一定的抑制作用，但对于裂缝的宽度降低并无明显效果。

1.3增加腹板钢筋

为了使箱梁腹板的裂缝能够得到抑制，选择在箱梁的腹板增加钢筋量的方式，使腹板配筋率高于极限配筋率。该方案对于裂缝的宽度有着一定的控制效果，但是对于裂缝产生的数量控制上则效果并不理想。

1.4加入膨胀剂

膨胀剂以其补偿收缩、产生自应力、膨胀纤维等功能和作用，通过引入化学预应力，对于桥梁裂缝的蔓延能够起到良好的抑制作用，对于混凝土内部的裂缝也有着较好的控制效果，能够有效的减少箱梁裂缝的产生和裂缝宽度。

2.膨胀剂抑制弯曲裂缝分析

相比于普通混凝土，通过在混凝土中掺加膨胀剂使其成为膨胀混凝土，能够大幅度提高混凝土的抗裂能力。6%掺量的膨胀纤维混凝土就可以提高近90%的抗裂能力。其原理是由于膨胀纤维在混凝土中呈乱向分布，使得混凝土的塑性收缩和冻融应力被减弱，同时由于膨胀纤维有着较高的抗拉强度，因此也使得混凝土的韧性被大大增强，很大程度上使细微裂缝的产生和发展受到了抑制。由于膨胀纤维在生产的过程中采用了特殊的工艺对表面进行了处理，使其与水泥基料之间能够产生很强的粘结力，所以可以和混凝土材料进行轻易、迅速以及均匀的混合。此外，由于在混凝土中往往会加入一定量的钢筋，这些对于混凝土能够起到一定的约束作用，再加上混凝土的收缩变形，就会产生拉应力，当拉应力超过混凝土拉应变的极限时，就会导致裂缝的产生。而膨胀混凝土的补偿收缩功能能够在混凝土的内部产生压应力和压应变，对混凝土的收缩变形进行补偿，对产生拉应力进行抵消，使得混凝土的抗裂性能大大提高。

3.质量控制措施

3.1保证原材料质量

在膨胀混凝土的原材料选择上，要对材料质量进行严格的控制，选用强度等级不低于C40的水泥混凝土，水泥用量保持在360～400kg/m3左右；所选用的粗骨料应保证颗粒直径小于31.5mm，含泥量不大于1%；压碎值不大于20%，细骨料则宜选择中粗砂。并保证其含泥量在3%以下。

3.2严格控制水灰比

根据大量的研究和经验表明，在使用膨胀混凝土时应保证水灰比在0.32～0.35之间。如果膨胀混泥土的水灰比过高，就容易使钙矾石结晶颗粒的填孔效果降低，使混凝土的抗渗能力受到不良的影响。膨胀混凝土的膨胀大部分是在早期发生的，此时的砼仍然处于可塑性状态，如果此时有着过高的孔隙率，那么就会在塑性体孔隙的压缩以及其他非主要受限方向上消耗大量的膨胀能量，从而显著减少了主要受限方向的有效压应变和预压应力的初始峰值，进而导致了主要受限方向上的孔隙有效压缩量减少，降低了膨胀混凝土的抗渗和抗裂性能。如果在施工过程中没有对水灰比进行严格的控制，在运输、振捣等过程中任意进行水的添加，都有可能导致质量事故的发生。

3.3控制膨胀剂的选择和掺量

目前常见的膨胀剂种类一般有：硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化钙-硫铝酸钙类以及氧化镁等。其中以我国建筑材料科学研究院所研发的U膨胀剂的效果最好。膨胀剂的掺量则需要根据工程施工的具体情况进行确定，一般存在以下几种情况：（1）以抗裂为主要目的的工程施工，U型膨胀剂的掺量一般占水泥重的10%～14%，此时混凝土可以获得良好的膨胀性能。在使用此掺量的膨胀剂时，非受限状态下的膨胀砼的自由强度要比普通砼的自由强度降低5%～10%，但在实际的工程中，由于砼往往会处于受限狀态，而此时膨胀砼的强度则要比普通砼增加10%～30%，因此可以忽略非受限状态下强度降低的不利影响。不过，当掺量大于14%且膨胀砼处于非受限状态，则不能忽视此影响。（2）以抗渗为主要目的的工程施工，U型膨胀剂的掺量一般占水泥重的8%～10%，此时混凝土的膨胀率较低，但砼的强度和抗渗性能都得到了一定的提高。如果同时需要较好的抗裂性能，则可将膨胀剂掺量提高，并加强砼的强度等级。（3）当膨胀剂掺量在14%～16%左右时，由于混凝土膨胀率大幅度提高，而膨胀砼的强度则有着明显的下降，降幅超过10%。而受限状态的加强能够对自由强度的损失进行补偿，从而使混凝土的整体强度得到提高。因此只有当体量较大且砼的受限状态较强的情况下才适用此膨胀剂掺量。

3.4控制施工质量

混凝土施工过程对于混凝土的质量水平高低有着非常重要的意义。由于在混凝土中会加入一定量的膨胀剂，为了使膨胀剂能够在混凝土内均匀分布，就要适当延长搅拌的时间，但要注意搅拌时间不可过长，避免造成膨胀剂纤维的损坏，对膨胀混凝土的质量造成影响。在混凝土浇注的过程中，要注意浇注的时间间隔应保持在1h以内，浇注自由落距在2m以内。如果施工时气候较为干热，或者运输距离较长，则可以适当添加缓凝剂。在进行混凝土振捣时，要保证振捣工作的合理性，确保振捣密实，没有漏振或者过振，从而使混凝土的密实性提高，避免蜂窝、麻面等问题的出现。

3.5加强混凝土养护工作

在混凝土浇筑完成后的前14天内，要根据相关规范要求，通过在混凝土表面进行饱水养生，进而使膨胀率能够达到峰值，使其抗裂和抗渗性能得到提高。在以往的混凝土施工中，膨胀砼抗裂、抗渗性能上出现的问题，多数都是由于没有重视早期养护而造成的。

结语

综上所述，在混凝土中掺加膨胀剂使其变为膨胀混凝土对于提高桥梁工程中混凝土的质量、减少裂缝的产生有着非常良好的作用，在施工中有着较高的应用价值。由于膨胀混凝土的特性，在其配制、搅拌、膨胀剂选择和掺量、施工以及早期养护等环节要加强管理和控制，从而使膨胀混凝土的施工质量得到保障。

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