混凝土桥梁建设中常出现的问题及应对
2017-11-14 11:59:27 作者:本网整理 来源: 砼行路上

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    引言


    近年来,我国桥梁建设进入了一个新的高潮,特别是随着国际金融危机的爆发,我国制定了一系列的政策进行应对,其中主要的一项便是加大基础建设的投资力度。以天津滨海新区为例,目前每年高等级公路投资数百亿人民币,由于地处沿海地区,桥梁众多,如海滨大道(天津段)全长94公里,桥梁接近50公里。笔者近年来一直为本地和河北的几条高等级公路做技术顾问,深入一线,工作中发现存在很多问题,此处抛砖引玉,提出来与大家共同探讨。

    1 设计上的问题

    设计是龙头,施工、监理的依据就是规范和设计要求,设计起着关键性的作用。目前国内建设的现状是工期紧,任务重,突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务,无暇认真研究新规范,学习新技术、新材料,往往是工程设计图基本照搬以前的设计,略作修改,而设计规范不断更新,结果要么就是设计与现行规范不一致,要么就是从规范上照搬几条,而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状,让后续的施工、监理无所适从,从设计之初留下隐患。

    比如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)明确提出100年设计基准期的要求,2006年《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/T B07-01-2006)颁布实施可以理解为规范JTG D62-2004的细化要求,从防腐规范上我们可以看出,不管在内陆还是沿海、南方还是北方,尽管劣化模式不同,都必须考虑腐蚀因素。而一些设计单位,只简单理解为沿海地区需要防腐,其他地区无需考虑。设计上几乎不体现耐久性的要求。

    另外,许多设计人员对基础腐蚀作用,还在沿用三级防腐表示。对腐蚀性等级的划分,标准GB50021和GB50046均规定为强、中、弱三级。腐蚀性等级的概念可理解为:等级为强时,材料腐蚀速度较快,基础构配件必须采取表面隔离性防护,防止与腐蚀介质直接接触;等级为中时,材料有一定的腐蚀,可采用提高构配件自身质量措施(如混凝土提高密实性,钢筋加厚混凝土保护层,石砌体提高砂浆强度等级等)或采用简单的表面防护;等级为弱时,材料腐蚀较慢,但还需采取一些措施,一般采用提高自身质量即可。但这些要求还是定性的,已经远不能满足桥梁耐久性的要求,在《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》已经从定量角度规定的很清楚了。

    笔者对耐久性一直很关注,近年来也经常在设计单位进行技术交流,宣贯耐久性技术,尝试与设计方在设计文件中一起对材料和防腐提出要求,结构设计与材料设计很好的结合起来,针对具体工程编制专用技术指南,效果很好。

    2原材料选用问题

    2.1 骨料的问题

    混凝土是土木工程应用最广泛的材料,而砂石则是混凝土中用量最大的材料,也最容易出现问题。工程上,石料常常选用“连续级配”,但实际上,所谓的连续级配往是在石料厂大小石子随意一掺,质量可想而知。而且这样的石料运到搅拌站,一卸料就离析,造成混凝土质量极不稳定。应采用不同粒径的石料进行人工配制,实现连续级配,以保障混凝土的质量稳定。

    砂同样存在很多问题,比如有些搅拌站,对于含石量很高的砂,要么就是不扣除卵石量,直接结果就是砂率变小,混凝土和易性变差;要么就是将卵石充抵一部分碎石,结果是造成混凝土强度降低,正确的做法是要过筛。

    有资料表明,同样的配比,良好的级配与不良级配,工作性相差非常大,强度可以差10MPa,足见级配的重要性。我国以前的规范都使用圆孔筛,而国际上一些先进国家,如美国、日本、英国、欧盟等的骨料试验均采用方孔筛。为继续沿用原来的研究成果,我国采用方孔筛对应圆孔筛。表1为方孔筛和圆孔筛的对应关系[1]。
 
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    而在《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000),竟然发生了方孔13.2 mm对应圆孔16.0 mm,16mm对应19 mm 的错误。虽然此规范已经废止,但由于一些规范性的文件都以此为参考,使部分技术人员的工作受到影响。

    2.2 胶凝材料的问题

    水泥是混凝土中最关键的材料,直接影响着混凝土的各项性能。目前,工程界追求进度、追求强度的倾向依然很明显,为了追求进度,追求早期强度,即便夏季施工,依然选用早强水泥,可以保障早期强度,可以7天甚至5天进行预应力梁的张拉,但早强水泥塌损大,不利于施工,再好配比的混凝土,如果施工性能没有,何谈质量?

    掺合料在混凝土中的作用至关重要,没有掺合料无从谈起高性能混凝土。很多地方对掺合料的认识依然很有限,认为掺合料不能替代水泥,极大限制了混凝土技术的进步。有些地方盲目迷信硅粉,连桩基里都加,结果导致操控困难、塌损严重、结构开裂。掺加硅粉是有很多要求的,而很多施工人员却并未了解,而且桥梁结构掺加硅粉的必要性并不很大,应该慎用!

    2.3 外加剂的问题

    外加剂的使用是混凝土技术的一大进步,外加剂的掺用对混凝土的性能提高起到了关键作用。但是,错误地使用外加剂不仅起不到应有的效果,反而适得其反。沿海地区结构特别重视混凝土和钢筋的防腐,大规模使用阻锈剂,甚至连桩基、承台也用上了。众所周知,钢筋的锈蚀必须具备以下几个条件:存在电解质、氧气和电位差,三者缺一不可。而桩基和承台处于地面以下,氧气的供应极其有限,特别是在沿海地区的软泥环境,渗透系数极低,氧气和盐分供应量极低,基本不存在锈蚀隐患。浙江大学作过专门检测,也证实了以上观点[2]。另外,目前的阻锈剂大多是亚硝酸钙,也有用亚硝酸钠的,亚硝酸钠会诱发碱集料反应,不能用。而亚硝酸钙也是早强剂的主要组分,钙离子具有促凝作用,会加快混凝土塌落度的损失,对桩基混凝土,一旦塌损过大,将造成重大的经济损失。

    3 施工养护过程的问题

    3.1配合比的设计与调整

    常规的混凝土配合比设计一般参照《普通混凝土配合比设计规程》,根据强度定水胶比,根据工作性定用水量,再根据减水剂的减水率扣除部分用水,然后定掺和料取代量,接着按部就班定其余材料用量,最后在上下浮动水胶比固定用水量做对比配比,建筑工地基本都这样做。这样的配比还是基于强度来设计的,但由于现行规范要求混凝土按耐久性设计,强度只作为其中一个指标,配比必须由专门的检测或研究机构确定。有些业主和监理很迷信检测或科研单位,明确要求批复的配合比不能改动,要严格遵守,结果导致现场混凝土性能出现不稳定性。混凝土原材料是不断变化的、环境也是不断变化的,配比相应调整是必须的,但要掌握一定的原则,比如征得原配比设计单位和监理同意 ,比如维持水胶比不变,可适当调整砂率和外加剂用量,问题得到很好的解决。

    3.2 塌落度的控制

    施工中混凝土塌落度的选用也是常出现的问题,对结构质量而言,在保障能顺利施工的前提下,塌落度越小越好,如不能保障施工,就无从谈起质量和耐久性。以桩为例,施工人员总要求流动性越大越好,桩的强度一般不高,粉料用量不会太多,塌落度太大很容易离析,造成骨料与浆体的分离,断桩、废桩屡屡发生。而对于预制箱梁,往往走向另一个极端。很多地方要求塌落度在9-12cm,这是很多年前的要求,现在已经不合适了。原因是什么?以前的混凝土是不用外加剂的,工作性能只能靠水来调节,塌落度大意味着用水量大,振捣就容易离析,因而塌落度不能太大,另外,早期的桥梁荷载等级低,跨径小,含钢量小,钢筋间距能满足这样的混凝土浇筑。但现在不同了,随着材料科学的发展,外加剂的出现使混凝土即便大塌落度也不容易离析,随着梁的跨径越来越大、荷载等级越来越高,梁体含钢量越来越大导致钢筋间距很小,再加上采用预应力技术,沿桥向几道波纹管的存在使混凝土的浇注就更加困难,还要求小塌落度,很难施工,特别是应用外加剂后,粘稠度增加又增加了施工难度,建议采取的措施是保障用水量不变,通过外加剂适当增加塌落度,16-18cm是一个比较好操作同时保障质量的要求。

    3.3混凝土的养护

    对现在的高性能混凝土,养护至关重要。笔者在长年的技术工作中,一直很注意在各地调研当地混凝土桥梁的耐久性状况,结果发现天津本地的桥梁墩柱与相同环境下周边地区相比腐蚀较严重,这是由于天津本地桥梁混凝土用掺合料,而周边地区一直限用掺合料,但施工过程控制是一样的,基本24小时拆模。相对而言,现在的混凝土掺用了大量的掺合料,对养护要求就更高,因为掺合料的活性需要一段时间的激发,养护不好,强度和耐久性都无从谈起,而不用掺合料的混凝土强度增长较快,同样粗放施工养护敏感性差一些,这并不是说不用掺合料好,而是对掺入掺合料的混凝土一定要注意养护,这是业内的共识,但也容易被忽略,毕竟施工人员并不是这方面的专家。

    另一个很容易被忽略的是桥面板、路面的养护。冬夏季施工最容易出现的问题就是养护不到位。冬季施工,温度低,混凝土强度增长较慢,而且冬季往往风速大、空气干燥,混凝土表面失水快,失水结成硬壳并产生很多细裂纹。夏季施工也有类似现象,夏季使用过多的缓凝剂,混凝土表面硬化慢,同样不重视养护,失水形成硬壳,内部还是软的,表面开列逐步形成通裂。天津某高速桥现浇梁,就因为桥面板没养护好形成很多细裂纹,部分形成通裂,最后被全线通报,凿除了,直接加间接经济损失2000多万元。

    4 结语

    文章最后,笔者还必须强调:设计、施工、养护等任何一个环节出现偏差都会影响结构的性能,因此需要加强培训和现场指导,从各个环节保证混凝土的施工和结构的耐久性能。
 

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责任编辑:殷鹏飞


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