抗冻性指材料在反复抵抗冻融循环的过程中性能仍保持完好, 在试验时可采用快冻法与慢冻法, 前种方法应用较多^[1]。此外, 混凝土受冻的主要表现为开裂和剥蚀, 主要由于材料内部含有可冻水或处于温度变化较大的环境中, 因此在改善混凝土本身性能时可采取优化配合比的处理方式。

在国家城市化不断发展过程中, 道路压力不断增大, 对于桥梁稳定性也提出更高需求。大体积混凝土产生的温度裂缝不仅会影响桥梁工程使用寿命和应力状态, 同时还会对混凝土耐久性造成很大程度的不良影响, 甚至导致桥梁倒塌, 危害公民生命财产安全。在桥梁工程建设过程中, 混凝土结构应力和温度应力不断叠加, 改变整体结构应力, 导致桥梁运营安全性无法得到有效保障。在形成深层裂缝或贯穿裂缝之后, 将造成更大程度的危害。基于此, 在设计过程中, 需要对其结构设计和温控设计加强重视, 确保混凝土质量能够最大程度满足现代社会发展需求。

本工程的主墩承台及辅助墩承台分别为4座和6座, 主桥西侧与东侧的承台尺寸分别为4 770m³和1 126m³, 埋深均为4.5m。

结合本工程实际情况来看, 要求混凝土抗冻融达250次。在其他因素保持稳定状态时, 抗冻融性与混凝土强度成正比, 而混凝土强度在水胶比不变时与水泥用量成正比。因此要提高混凝土抗冻性能, 最有效的方式是增加水泥用量^[2]。但本工程为大体积混凝土, 如果过量添加水泥, 必然会增大水化热, 导致混凝土结构温度控制难度较高, 进而出现裂缝, 使混凝土持续劣化, 侵入水分和其他侵蚀性介质, 加快混凝土结构破坏速度。此外, 根据研究结果来看, 抗冻性与孔隙大小、数量、降温速度、混凝土强度等因素直接有关, 目前在提高抗冻性时主要是通过优化配合比实现。可添加化学外加剂, 引入稳定性较强的微小气泡。另外, 矿物掺和料有助于提高混凝土的耐久性, 并且加入矿物掺和料后可发生物理及化学等多种类型的反应。另外, 为避免水泥含量过高, 可部分由粉煤灰替代, 尽管在应用初期会影响混凝土强度, 但在应用后期能够明显增强混凝土强度, 矿渣粉也具有同样作用, 并且填充和活性效应十分显著。此外, 本工程需要同时满足早期低温升及后期抗耐久性2项要求。

在进行工程施工过程中, 原料应用是工程质量的重要保障。基于此, 必须对其应用材料严格控制。首先需要重视水泥选择, 选择具有较长凝结时间和较低水热化的水泥。可选择硅酸盐水泥, 性能指标如表1, 2所示。同时, 在选择骨料时, 需要对骨料碱活性认真检查, 避免在进行施工作业时水泥与其发生碱骨料反应, 从而导致裂缝产生。粗骨料选择级配碎石, 细骨料细度模数为2.6, 粗细2种骨料的表观密度分别为2 685, 2 661kg/m³, 减水剂减水率为29%。粉煤灰及矿粉分别选择Ⅱ级和S95级, 物理性能如表3, 4所示, 并根据工程要求合理开展混凝土配合比试验, 如表5所示。

在工程施工过程中, 需要对混凝土配合比进行多次试验, 最大程度确保混凝土配制的科学性和合理性, 能够使混凝土应用价值得以有效提升, 避免混凝土质量为项目施工造成不良影响, 进一步保障工程质量。合理应用双掺技术进行混凝土配制, 将高效减水剂和粉煤灰同时添加进混凝土内, 高效减水剂能够使水泥用量有效减少, 确保混凝土具有更高可泵性, 从而使混凝土水化热有效降低。在冬季施工时选择使用普通型, 在夏季施工作业时选择使用缓凝型, 能够使混凝土结构温度应力有效降低。与此同时, 粉煤灰具有一定程度的滚珠效应和火山灰活性, 能够使混凝土具有更高的强度, 从而使其抗冻性能有效提升。

结合配合比进行坍落度损失、含气量、抗冻性试验, 在试验过程中应选择专业的检测机构, 确保检测结果更加可靠。

通过表6可看出, 粉煤灰和矿粉的添加有助于提高混凝土的流动性, 有效控制坍落度损失量, 将其控制在较小程度, 并且能够促使混凝土的和易性更好^[3], 抗压强度如图1所示。坍落度和含气量同时处于较高状态时, 与气泡容易保持的性能有关, 并且将含气量控制在3%～5%时混凝土的抗冻性能最好。

结合表6和图1可发现, 如果水泥添加量较多, 混凝土强度在早期相对较高。在早期矿粉和粉煤灰两种添加剂的活性较高, 对于控制后期的水化反应具有重要作用。并且这2种添加剂可优势互补, 增加混凝土的硬化强度, 促使混凝土早期的水化速度得到控制, 降低至合理的范围内。等到60d龄期, 粉煤灰掺量为35%时, 抗压强度达到最佳, 粉煤灰掺量为25%～35%时, 混凝土的抗压强度较好。

图2为不同配合比状态下的温升曲线, 配合比1, 2, 3, 4, 5所对应的最高温升分别是67.2, 62.1, 64.9, 59.3, 55.1℃。配合比5早期的升温最为缓慢, 主要是由于该配合比中水泥用量较少, 而其他2种添加剂用量较多所造成的。这2种添加剂水化反应较慢, 能够将早期水化热降低至最小, 避免混凝土出现裂缝, 可保护混凝土。

综合强度及温升结果来看, 配合比5效果最好, 可开展冻融循环试验, 质量损失率如图3所示^[4]。评定时可将最大循环次数作为依据, 条件是弹性模型和质量损失率分别高于60%和低于5%。冻融300次时, 配合比1, 4, 5所对应的质量损失率分别为3.78%, 3.71%, 4.80%。因此选择配合比5最为合适。

1) 确保拌合物入模时的和易性较好;结合工程建设要求合理控制振捣时间, 纠正振捣时间越长, 材料性能越好的错误观念, 否则就会导致有益气泡被严重破坏。

2) 混凝土浇筑作业结束后, 需要对其进行保湿和保温, 确保混凝土浇筑块体降温速度和内外温差均能够最大程度满足温控指标需求, 养护时间需要基于温度应力进行控制。本次选择使用保湿养护法, 整个养护过程应连续开展而不能中断, 养护时间控制在两周左右最为合适。在养护过程中应定期检查塑料膜及涂层是否完整。混凝土表面干燥时应及时洒水, 确保混凝土密实度更高且强度能够持续增长。

3) 在拆除具有保温功能的覆盖层时不能一次性全部拆除, 而应采取分层拆除的处理方式, 可全部拆除的标志是混凝土与外部温差低于20℃。于此同时, 大体积混凝土表面通常会存在一定程度的泌水现象, 如果泌水量与混凝土坍落度和外加剂成分之间具有直接关系, 需要对其进行及时排除, 确保混凝土质量有效提升。

总而言之, 同时添加粉煤灰和矿粉不仅能够降低水化热, 并且能够提高混凝土强度。引气剂的加入则能够使混凝土的含气量更加合理, 提高其抗冻性。在优化配合比时, 需要把握好这2个关键点, 确保内部温升及抗冻性均能够满足工程建设要求, 进而有效保障工程建设质量, 在一定程度上推进我国经济道路桥梁建设, 使其为国家经济发展贡献更大的力量。