公路工程防水混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工

孫永剛

（新疆路橋橋梁工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830021）

0 引言

在公路工程施工中，要想保障防水混凝土的質(zhì)量，就需要先了解防水混凝土的防水原理。防水混凝土的防水功能指的是用飽滿的砂漿與水泥漿包裹粗集密料，使其擁有一定的承受水壓的能力。如果普通混凝土結(jié)構(gòu)的表面密實(shí)度得到保障，那么即使不添加防水劑，普通的混凝土結(jié)構(gòu)也可以擁有非常高的抗?jié)B性能；倘若摻入一些防水劑，其抗?jié)B等級(jí)會(huì)更高；而如果防水混凝土的結(jié)構(gòu)、原材料、配合比等不能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，即使加入防水劑，也會(huì)使其失去應(yīng)有的效果。以下主要分析公路防水混凝土配合比的設(shè)計(jì)與施工。

1 防水混凝土概述

防水混凝土通過改變混凝土的配合比、外加劑或運(yùn)用新的水泥品種來(lái)提高其抗?jié)B性、憎水性和密實(shí)度，使其具備抵抗0.6MPa以下的壓力的能力，它是一種不透水性的混凝土。防水混凝土的應(yīng)用范圍非常廣泛，比如在民用或工業(yè)建筑的地下工程應(yīng)用中，在河心及江心的取水建筑物中的應(yīng)用及其他需要抵抗凍融作用的工程中等。

防水混凝土的類型主要有普通的防水混凝土和摻入外加劑的防水混凝土。其中，摻入外加劑的鋼筋混凝土種類有很多，比如添加減水劑的防水混凝土、添加氯化鐵的防水混凝土、添加引氣劑的防水混凝土以及添加三乙醇胺的防水混凝土等。

2 公路工程防水混凝土的配合比設(shè)計(jì)

混凝土的內(nèi)部有著很多的微細(xì)孔隙，屬于非均質(zhì)材料?；炷羶?nèi)部的這些微細(xì)孔隙多是由于澆筑或振搗過程中的操作失誤引起的，當(dāng)然也有可能是混凝土在凝固過程中發(fā)生水分蒸發(fā)后留下的。這些孔隙的存在降低了混凝土的防水性能。然而通過調(diào)整混凝土的配合比，可以改變這些孔隙的大小與形態(tài)，進(jìn)而達(dá)到提高混凝土密實(shí)度的目的。

2.1 水灰比的控制

水灰比對(duì)抗?jié)B性能的影響非常大。目前我國(guó)對(duì)防水混凝土水灰比的規(guī)定為不超過0.6。混凝土的水灰比也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性以及抗凍性能產(chǎn)生影響。水灰比偏小，混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力與密實(shí)度都會(huì)略顯欠缺，施工操作方面的難度也會(huì)變大；相反的，如果水的用量比較多，就會(huì)在施工時(shí)出現(xiàn)沁水現(xiàn)象，水分蒸發(fā)后會(huì)留下孔隙，從而影響結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，將水灰比控制在0.5～0.6范圍內(nèi)最為合適。

2.2 砂率的選擇

當(dāng)水灰比相同時(shí)，砂率就成了混凝土結(jié)構(gòu)防水性能的主要影響因素。一般混凝土都會(huì)選擇較高的含砂率，這是因?yàn)樗嗌皾{不僅可以起到粘結(jié)作用還可以形成保護(hù)層拉開混凝土內(nèi)粗骨料顆粒的距離，提高混凝土的密實(shí)度。但是，砂率的選擇也應(yīng)該適當(dāng)，如果砂率過大，即砂的用量過多，就會(huì)使泥漿不能很好的包裹砂表面，混凝土的抗?jié)B與抗壓能力就得不到保障。另外，砂率過大時(shí)，水與水泥的用量都會(huì)隨之增加，混凝土的流動(dòng)性就會(huì)變大，在進(jìn)行振搗施工時(shí)，粗骨料顆粒會(huì)發(fā)生不均勻下沉，造成組分的離析，最后導(dǎo)致混凝土勻質(zhì)性降低，影響混凝土的強(qiáng)度與防水性。因此，在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，砂率的選擇非常重要。一般砂率為0.36時(shí)，效果會(huì)比較理想。

2.3 灰砂比的選擇

灰砂比體現(xiàn)的是水泥漿中砂礫的包裹情況以及水泥濃度。與砂率不同的是，它體現(xiàn)的是水泥砂漿的質(zhì)量而不是數(shù)量?；疑氨热羝?，就會(huì)造成混合不均、收縮過大等問題；而灰砂比偏小，混凝土又會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)力不夠以及干澀等問題，導(dǎo)致混凝土密實(shí)度與抗?jié)B性下降。

2.4 外加劑的選擇

混凝土在攪拌的過程中需要添加很多的水，而水分過多會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，因此，混凝土的制備過程需要進(jìn)行減水操作。而摻入外加劑是有效的減水手段。

外加劑的品種非常多，其中，微沫劑、松香熱聚物、松香酸鈉等都可以通過引氣的方式來(lái)加快水化反應(yīng)。在對(duì)抗?jié)B要求不高的工程中，可以使用普通減水劑。松香熱聚物與松香酸鈉加入到混凝土中以后，會(huì)產(chǎn)生很多的氣泡，這些氣泡不是開放性的，它們會(huì)增大混凝土的粘滯性并抑制混凝土發(fā)生沉降與沁水現(xiàn)象，使混凝土的抗凍性與防水能力都得到提高，但在使用外加劑時(shí)也需要注意加入量。

在水泥水化過程中會(huì)產(chǎn)生氫氧化鈣，加入氯化鐵防水劑之后會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵膠體，這些膠體無(wú)法溶解到水中，且內(nèi)部都有一些毛細(xì)孔道，可以將滲水通道堵塞起來(lái)，從而達(dá)到抗?jié)B的效果。氯化鐵防水劑的添加量為水泥總量的3%時(shí)效果最好。

三乙醇胺作為外加劑可以加強(qiáng)水泥的水化，所以經(jīng)常被用作早強(qiáng)劑。此外，三乙醇胺會(huì)增加水泥水化的產(chǎn)物，使混凝土的密實(shí)度更高。三乙醇胺作為外加劑有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如用量少，只需要添加水泥用量的0.05%；對(duì)機(jī)具的損傷小、工藝比較簡(jiǎn)單等，是目前使用最廣泛的外加劑。

這些因素對(duì)混凝土質(zhì)量的影響都是相互牽制的，因此在確定某一因素時(shí)，一定要注意與其他因素的配合。比如工程的坍塌度大小會(huì)影響混凝土的用水量，而用水量的多少又需要受到水泥用量與粗骨料的粒徑控制。因此，在確定好混凝土的配合比以后，需要先小范圍試驗(yàn)，確定各方面效果都符合工程要求后才可以應(yīng)用到施工中。

3 公路工程防水混凝土的施工

3.1 防水劑的試配

防水劑品種的選擇與參量需要先進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)小范圍內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)選擇既符合工程要求，又可以使成本投入最少的最優(yōu)施工方案。

3.2 準(zhǔn)確稱量防水劑

防水劑的稱量不可使用體積法，并且其稱量誤差需要控制在1%左右，而粗、細(xì)集料的稱量誤差允許范圍則是±2%。

3.3 防水混凝土的機(jī)械拌和

為了保證防水混凝土的勻質(zhì)性，要求采用機(jī)械拌和的方式，并且拌和時(shí)間需在2min以上。在摻入外加劑時(shí)，拌和時(shí)間可以通過試拌的方法來(lái)確定；對(duì)于大、中型公路工程的防水混凝土施工，需要采用有計(jì)算機(jī)控制的攪拌樓；如果公路工程所需的混凝土量不多，則可以允許使用帶稱量裝置的攪拌機(jī)，但攪拌時(shí)間需要延長(zhǎng)10～30s。

3.4 防水混凝土的二次攪拌

如果在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象，則需要進(jìn)行二次拌和，若工程的坍塌度無(wú)法達(dá)到工程要求且公路工程有抗裂要求，則需要在二次摻入外加劑之后進(jìn)行拌和。如果公路工程沒有抗裂要求，則可以加入原水灰比的水泥漿，但是不能直接加水，以避免水膠比被改變。

3.5 防水混凝土的澆筑與振搗

防水混凝土的澆筑施工需要一次性連續(xù)完成，并使用高頻機(jī)械進(jìn)行振搗。振搗時(shí)間在10～30s范圍內(nèi)最好，振搗操作的終點(diǎn)是混凝土不再出現(xiàn)氣泡以及不出現(xiàn)泛漿現(xiàn)象。當(dāng)添加的外加劑為引氣型時(shí)，則應(yīng)該采用高頻插入式設(shè)備執(zhí)行振搗操作。

3.6 防水混凝土的保濕養(yǎng)生

由于氣溫條件的不同，保濕養(yǎng)生的時(shí)間也不同。另外，添加了膨脹劑、引氣劑、氯化鐵等外加劑的防水混凝土，養(yǎng)生溫度需控制在15～80℃之間。在混凝土澆筑完成以后進(jìn)行拆模時(shí)，混凝土的溫度與環(huán)境的溫差不能超過15℃。如果混凝土的溫度超過環(huán)境溫度15℃以上，可以通過灑水降溫的方法來(lái)解決。拆模以后，還需要繼續(xù)進(jìn)行保溫、保濕、養(yǎng)生。

3.7 混凝土的防腐蝕處理

當(dāng)防水混凝土所處的環(huán)境耐蝕系數(shù)超過0.8時(shí)，應(yīng)該采取相應(yīng)的防腐蝕措施來(lái)保證防水混凝土的質(zhì)量，以免防水混凝土的勻質(zhì)性、防滲性以及強(qiáng)度受到影響。

3.8 防水混凝土的施工溫度

根據(jù)公路工程防水混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)，防水混凝土的施工不宜在低溫或是負(fù)溫的條件下進(jìn)行。若是施工季節(jié)為冬季，則需要采取搭建暖棚的保溫措施。

4 結(jié)語(yǔ)

在混凝土中添加防水劑是加強(qiáng)混凝土防水性能的有效方法，但是與其他外加劑一樣，如果配合比不合適，混凝土的強(qiáng)度與彈模等力學(xué)指標(biāo)就會(huì)降低，甚至導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)軟水侵蝕、堿集料反應(yīng)、硫酸的鹽腐蝕、鋼筋蝕銹、凍融破壞等問題，使防水混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到嚴(yán)重破壞。因此，在進(jìn)行公路工程的防水混凝土施工時(shí)，需要掌握好配合比，并在進(jìn)行小范圍的實(shí)驗(yàn)以后再應(yīng)用到施工中來(lái)。另外，防水混凝土的施工需要注意的地方很多，包括：（1）防水劑要先進(jìn)行試配并準(zhǔn)確的稱量；（2）需要使用機(jī)械拌和來(lái)確保防水混凝土的勻質(zhì)性；（3）某些情況下需要對(duì)防水混凝土進(jìn)行二次攪拌；（4）防水混凝土的澆筑與振搗過程要嚴(yán)格控制；（5）防水混凝土需要采取保濕養(yǎng)生與防腐蝕措施；（6）防水混凝土的施工不可在低溫或負(fù)溫下進(jìn)行。

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