寒区机制砂混凝土耐久性及施工质量控制研究

王国峰，关 辉，高 铭，杨 猛

(1.黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；2.哈尔滨智路科技开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江省公路科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 寒区机制砂混凝土的耐久性研究现状

1.1 无机类耐久性防护剂研制

高寒地区温差较大，长期低温时间长，且降雪和酸雨较多，为机制砂混凝土的耐久性提出了更高的要求，通过多种防护剂的研制，提升其耐久性，延长其使用年限，保障建筑工程安全投入使用生产具有重要的作用。无机类耐久性防护剂是通过反应结晶固化的反应物，对混凝土内部孔隙进行填充和阻塞，达到提升混凝土表面密度提升、憎水性加强的效果，使用方法以喷涂和涂抹为主。无机类耐久性防护剂施工成本相对较低，且成效较为显著们能够对伤害混凝土的水分及有害介质进行阻断，且在长期应用后可见到明显成效。

将无机耐久性防护剂在常温下有和无掺加助剂进行分组渗透性进行比对，发现无掺加助剂的混凝土发现颗粒填充的混凝土带有基层孔隙导致混凝土结构发生变化，混凝土密实度增加，但吸水率降低，抗渗能力以及碳化深度随之降低，且混凝土抗压强度提高。在使用新型混凝土无机类耐久性防护剂过程中，将防护剂与机制砂混凝土混合后将能提高混凝土的密度，防护剂涂层与基层材料反应后能够达到抗冻融需求，使寒区机制砂混凝土的耐久程度增加。

1.2 无机类耐久性防护剂工程应用

寒区混凝土无机类耐久性防护剂研发后，在黑龙江省龙头桥水库溢洪道补强修复工程，机制砂混凝土无机类耐久性防护剂应用在问题部位，喷涂处理在新聚合物砂浆表面，使表面的密度加强，吸水性降低同时憎水性也随之加强，通过含有防护剂的机制砂混凝土对细小的孔隙、裂纹进行填补，增强填补材料的耐久性，且经过长期的观察，成效较为显著。另外黑龙江牡丹江镜泊湖水库溢流坝裂缝处理工程等多个水利工程中多种界面也进行不同程度的应用，后期观察成效也较为显著。

2 寒区机制砂混凝土提高耐久性针对性策略

2.1 提高机制砂混凝土的密实度

机制砂混凝土作为复杂的多相多孔材料，内部具有多尺度异形态的孔隙，是关系机制砂混凝土的密实度，有效的减少孔隙率，提高混凝土的密实度，可以采用引气剂方式提升混凝土的折压比，提高混凝土的韧性，也可起到抗冻融作用。在《混凝土结构耐久性设计规范》和《黑龙江省桥梁结构高耐久性混凝土设计与施工规程》中明确要求混凝土的含气量与起泡间隔系数与机制砂粒径有直接关系，骨料最大粒径为10～15 mm，混凝土高度报保水6.5，在混凝土中度保水5.5～5.0，盐或化学腐蚀下冻融在6.5，25 mm骨料最大粒径时为混凝土保水程度在6.0～4.5，盐或化学腐蚀下冻融在6.5，40 mm骨料粒径为混凝土保水程度为高度5.5，中度4.0，盐或化学腐蚀下冻融5.5。减小混凝土的孔隙率，提升混凝土的密实程度，保障混凝土的抗渗性、吸水性，降低冻融破坏程度，混凝土桥面板设计必须重视杨恒的及时性，保证足够的养生时间，保证洪凝土的密实性。

2.2 加强钢筋防护

建筑工程中钢筋的应用是关键，机制砂混凝土在与钢筋共同应用中需要，我国混凝土结构、钢筋等设计及施工相关规范中具有明确添加钢筋要求，并在建设过程中针对性较高的有效方式对钢筋进行阻锈及耐久性施工明确要求，是保障钢筋发挥有效作用的关键。在机制砂混凝土中掺入阻锈剂，建设运用过程中钢筋的应用，例如在背景四环、五环路建设过程中混凝土掺入复合氨基醇阻锈剂，在钢筋表面形成保护膜，抑制电化学腐蚀过程中的阳极和阴极反应实现金属锈蚀阻止，合理降低锈蚀速率，同时该类阻锈剂不能改变混凝土性状，是单纯机理的最佳利用，适合高性能混凝土、环氧涂层钢筋、混凝土表面涂层等的使用。另外还可以在沿海地区以及跨海大桥等的进行防腐时，其耐久性也较为理想。

2.3 混凝土铺装路桥面防水措施

寒区机制砂混凝土在铺装桥面过程中需要加强防水铺装层，且防水混凝土面铺装层必须重视抗渗等级的应用管理，低于S6的混凝土中含有的水泥数量较少，容易造成面层的分层离析现象，影响整体的抗渗性能，降低耐用性，必要时对重要工程抗渗等级采用S8以上的防水混凝土。在局部修补过程中，采用水泥基渗透结晶型等刚性防水结构进行修补，其中桥梁桥面防水是禁止采用防水卷材的，《城市桥梁桥面防水工程技术规程》(CJJ139-2010)中明确做出了相关规定，必须采用抗渗大的防水混凝土，保证防水的可靠性。我国寒区冬季降雪量及次数较多，常用除雪剂，且酸雨发生较多，防水混凝土的耐腐蚀程度需着重管理，可通过机制砂混凝土试块分别置于侵蚀性融雪剂与饮用水中掩护六个月，滞后对其抗折强度进行对比，系数应不小于0.8，方能达到耐腐蚀需求。

2.4 合理设计混凝土保护层厚度

混凝土的保护层厚度逐渐受到建筑行业的重视，在路桥设计过程中混凝土的保护层厚度是对钢筋、面层等多方面保护的关键，国外上世纪曾采用钢筋混凝土在2.5 cm，80年代逐渐增加到7 cm。随着建筑行业的发展，现在对桥梁的使用环境，钢筋混凝土结构重点保护层采用不同的厚度要求，防止混凝土对钢筋的锈蚀，并能够降低施工成本，同时还规定保护层大于50 mm必须设置防裂筋，机制砂混凝土的应用逐渐走向完善。

3 寒区机制砂混凝土施工质量控制措施

3.1 寒区机制砂混凝土施工过程中裂缝质量控制

性能机制砂混凝土通过性能分析，具有和天然砂混凝土不相上下的优异性能。机制砂混凝土应用广泛，在寒区运用过程中冻融破坏为众多因素的首要问题，冻融破坏后，机制砂混凝土容易造成渗透性下降，影响耐久性及施工质量管理。机制砂混凝土是施工的基本保障，如不进行严肃的配比及管理，将直接影响施工工期，同时机制砂的情况也影响机制砂混凝土的性能。加强对冻融和渗透耦合、裂缝与渗透耦合进行分析，对寒区机制砂混凝土的电通量进行分析对比，得到结论是机制砂混凝土随着冻融作用的增加，渗透性也增高，需要重视机制混凝土中渗透性和冻融管理，控制施工过程中出现裂缝问题。

采用复合矿物掺合料和超强吸水聚合物(SAP)内养护技术联合的方式针对机制砂混凝土裂缝问题，采用大量掺矿物合料和和聚羧酸减水剂相结合获得良好的机制砂混凝土，并注重内养护工作，及时补充水分，将内部自收缩、干燥收缩等问题改善，保证混凝土内部湿度及其分布状态。并且探索了地质聚合物新型修补料，满足细小裂缝和已形成裂缝不同程度的虚部需要，且其凝结硬化较快，流动性好，能够防止裂缝继续扩展。

3.2 合理运用石粉提升施工质量

机制砂中石粉对混凝土的性能影响较大，石粉增加或减少对混凝土的水量需求也会带来一定程度的影响，石粉量增加，混凝土拌合物变稠，和易性变差，但同时也存在坍落度变化小，扩展度有小幅减小，能够得到粘聚性和保水性较强的机制砂混凝土。重视合理运用石粉，改善机制砂混凝土材料性状，减少孔隙率，增加流动性，减少机制砂颗粒之间、粗集料之间的摩擦力，改善拌合物的离析泌水状态，合理控制塑性开裂状态，保证混凝土抗冻特性。要保证混凝土中适量的石粉含量，这是保证混凝土性能的关键，进而保证工程施工质量，石粉含量对细集料颗粒间咬合力和细料与沥青的粘合性都有影响，且寒区温差大、冻融情况严重，合理配比石粉含量，降低对机制砂混凝土的工作性能、力学性能、收缩开裂等多种性能影响，保证耐久性能。寒区环境下，粉煤灰、矿渣微粉的单掺及两者的复掺均能有效提高机制砂混凝土的抗冻性能和抗渗性能，其中以粉煤灰与矿渣微粉复掺的作用最为突出，对机制砂表面粒型及机制砂密度、孔隙率等问题进行深入研究，改变其流变性能，降低收缩开裂的特性出现，根据表面粒形配比石粉，得出机制砂混凝土最佳优化配合比，提升建筑的耐久性，满足施工质量控制要求。

4 结 语

综上所述，随着我国天然砂资源的日益枯竭，机制砂混凝土在建设项目中应用将更为广泛，在应用过程中机制砂的和易性差，石粉比例不均衡，掺和剂运用不同，造成机制砂混凝土质量具有差异性，重视防冻、憎水性、抗冻融等多方面的影响，合理进行机制砂混凝土配置，符合寒区机制混凝土耐久性需求，满足寒区施工质量要求，促进我国混凝土工程的发展。