摘 要:客運(yùn)專線對(duì)混凝土有了更高的品質(zhì)的要求,配制耐久性混凝土已經(jīng)成為試驗(yàn)工作的一個(gè)重點(diǎn),具體分析石太客運(yùn)專線某標(biāo)段襯砌混凝土的配制。
關(guān)鍵詞:石太客運(yùn)專線; 耐久性; 混凝土; 襯砌
中圖分類號(hào):U238; U455191 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
文章編號(hào): 1004 - 2954 (2007) 04 - 0110 - 02
1 概述
客運(yùn)專線設(shè)計(jì)使用壽命要求為100年,襯砌混凝土品質(zhì)的高低,是保證客運(yùn)專線使用壽命和質(zhì)量的關(guān)鍵。研究能夠滿足軟弱圍巖(膏溶角礫巖)隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件襯砌混凝土的配合比,通過試驗(yàn)、研究、優(yōu)選,使襯砌混凝土具有高填充性、不離析、自密實(shí)、抗?jié)B抗腐蝕等性能,以保證襯砌混凝土的耐久性。
2 施工地質(zhì)條件
石太客運(yùn)專線某標(biāo)段通過Ⅴ級(jí)角礫狀泥灰?guī)r(膏溶角礫巖) ,該圍巖對(duì)混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性,因此混凝土要具有一定的抗硫酸鹽侵蝕性;沿線地表水不發(fā)育,區(qū)內(nèi)河床干涸無(wú)水,溝谷均為涸溝,只是在雨季時(shí)有少量積水。本標(biāo)段隧道區(qū)雨季時(shí)有基巖裂隙水,在斷層帶雨季時(shí)地下水較豐富,因此混凝土要有一定的抗?jié)B性。
3 原材料的選定
3.1 對(duì)原材料的技術(shù)要求
(1)水泥選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥,不宜使用早強(qiáng)水泥,強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5級(jí),每m3 混凝土的含堿量要求不高于3.0 kg。
(2)水泥的混合材料為礦渣或粉煤灰,若是粉煤灰,優(yōu)先選用Ⅰ級(jí)灰,但若通過耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證,燒失量可以放寬到8%。
(3)細(xì)骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂,也可選用專門機(jī)組生產(chǎn)的人工砂,不宜使用山砂,不得使用海砂。優(yōu)先選用中級(jí)細(xì)骨料,當(dāng)采用粗級(jí)細(xì)骨料時(shí),應(yīng)提高砂率,并保持足夠的水泥或膠凝材料用量,以滿足混凝土和易性;當(dāng)采用細(xì)級(jí)細(xì)骨料時(shí),宜適當(dāng)降低砂率。
(4)粗骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂巖碎石。應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)級(jí)配,其松散堆積密度應(yīng)大于1 500 kg/m3 ,緊密空隙率宜小于40% ,吸水率應(yīng)小于2% ,最大公稱粒徑不宜超過鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的2 /3,且不得超過鋼筋最小間距的3 /4。
(5)外加劑應(yīng)采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質(zhì)量穩(wěn)定、能滿足混凝土耐久性能的產(chǎn)品。當(dāng)將不同功能的多種外加劑復(fù)合使用時(shí),外加劑之間及外加劑與水泥之間應(yīng)有良好的適應(yīng)性,宜選用多功能復(fù)合外加劑。
(6)拌和用水宜使用飲用水。
3.2 選用的原材料
(1)水泥 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水泥供應(yīng)情況,普通硅酸鹽水泥質(zhì)量和產(chǎn)量比較能滿足施工的需求,而為了盡可能減少每m3 混凝土的膠凝材料用量,同時(shí)減小每m3 混凝土的堿含量,決定使用3215級(jí)水泥,最后選定鹿泉曲寨P.O 42.5水泥。
(2)混合材 現(xiàn)場(chǎng)周邊地區(qū)有較多的粉煤灰廠家,摻加一定量的粉煤灰,能夠在保證混凝土強(qiáng)度的情況下,增加混凝土的致密性,進(jìn)而提高混凝土的抗?jié)B透性、抗鋼筋銹蝕及抗堿骨料反應(yīng)的性能;同時(shí),摻粉煤灰的混凝土黏聚性、保水性也好,無(wú)離析泌水現(xiàn)象,坍落度損失也遠(yuǎn)小于不摻粉煤灰的混凝土。本著質(zhì)量?jī)?yōu)先、效益并重的原則,就近選用了陽(yáng)泉光源電廠的粉煤灰。
(3)細(xì)骨料?、騾^(qū)中砂(河砂) ,細(xì)度模數(shù)2.6 ~2.8,經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)堿活性,其各項(xiàng)指標(biāo)也滿足客運(yùn)專線要求。
(4)粗骨料 5~20 mm與16~31.5 mm碎石以1∶2的比例混合為5~31.5 mm連續(xù)級(jí)配碎石,堆積密度大于1 500 kg/m3 ,空隙率小于40%,經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)堿活性,其各項(xiàng)指標(biāo)也滿足客運(yùn)專線要求。
(5)外加劑 為了降低混凝土的水膠比,盡量減少水的用量,采用在混凝土中加入復(fù)合型高效減水劑,不但具有很好的減水率,并且適量引氣、保坍性好,最后選定山西黃騰的粉狀高效減水劑,緩凝型。
(6)水 在當(dāng)?shù)劂@井取用地下水,經(jīng)檢驗(yàn)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
4 配合比的確定
(1)混凝土設(shè)計(jì)要求 鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,坍落度要求160~180 mm,泵送,抗?jié)B等級(jí)P8,抗硫酸鹽侵蝕等級(jí)H1;由于混凝土拌和站在洞外,從拌和站到襯砌臺(tái)車通過一800 m斜井,來(lái)往車輛也較多,會(huì)有20~50min的混凝土運(yùn)送時(shí)間,故結(jié)合減水劑的保坍性,將試配混凝土的坍落度提高到180~220 mm;考慮到耐久性混凝土的要求:膠凝材料總量不宜大于400kg/m3、水膠比不宜大于0145、粉煤灰摻量不宜小于20%、并保證足夠的砂率,于是基準(zhǔn)水膠比取0.43,砂率取40% ,粉煤灰使用超量取代法最后摻量為21%,減水劑摻量1.3% (推薦摻量為1% ~1.5% ) ;同時(shí)再取0.41、0.45兩組水膠比作為參考,但水泥、粉煤灰的每m3 用量不變,而是通過改變水的用量和外加劑的摻量來(lái)實(shí)現(xiàn)坍落度的控制。
最后,試配混凝土的每m3 用料量見表1。
(2)加入強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)攪拌2.5 min。
(3)做混凝土的坍落度、含氣量、泌水率、表觀密觀、坍落度保留值等試驗(yàn),記錄數(shù)據(jù)。每組配合比制作7 d、28 d、56 d三組抗壓試件及9個(gè)抗?jié)B試件( 6個(gè)做抗?jié)B試驗(yàn), 3個(gè)取芯切割后做電通量試驗(yàn))和一組抗裂性試件,試件終凝后小心拆去試模并置于相應(yīng)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和觀察。
5 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
7 d、28 d、56 d齡期做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),最后數(shù)據(jù)見表2。
表2 試驗(yàn)結(jié)果
6 抗?jié)B試驗(yàn)
設(shè)計(jì)要求為P8,試配時(shí)按P10設(shè)計(jì), 28 d齡期時(shí)將抗?jié)B試件取出做抗?jié)B試驗(yàn),最后數(shù)據(jù)見表2。
7 抗氯離子滲透試驗(yàn)
56 d齡期到達(dá)時(shí),將每組配合比的3個(gè)圓形抗?jié)B試件取出,放入混凝土抗?jié)B儀試模中并一同固定好,用<100鉆芯取樣機(jī)進(jìn)行鉆芯,之后再用切割機(jī)切為厚度約50 mm的符合標(biāo)準(zhǔn)要求的圓形試件進(jìn)行抗氯離子滲透試驗(yàn),取6 h平均電通量,數(shù)據(jù)見表2。
8 抗裂性試驗(yàn)
用顯微鏡觀察試件表面,并記錄裂縫寬度,結(jié)果見表2。
從3組試驗(yàn)結(jié)果看,基本上都達(dá)到了耐久性要求,但結(jié)合工地的施工情況,若采用0145水膠比,電通量指標(biāo)不夠安全,再考慮到盡量節(jié)約成本,認(rèn)為取0.43水膠比是比較適宜的。經(jīng)計(jì)算,混凝土總堿含量為1.83 kg/m3 (小于3 kg) ,氯離子總含量為膠凝材料總量的0.041% (小于0.10%) ,滿足客運(yùn)專線的要求。
9 結(jié)論
配合比設(shè)計(jì)是確?;炷聊途眯宰铌P(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一,尤其在隧道施工中,襯砌混凝土的質(zhì)量將決定隧道的使用壽命。提出混凝土最大水膠比、最小膠凝材料用量限值,就是有效而可行的措施。摻加礦物摻和料和高品質(zhì)的外加劑更成為配制耐久性混凝土的必要措施。在以往設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí),是先按強(qiáng)度計(jì)算水灰比,如今按耐久性要求設(shè)計(jì)配合比時(shí),首先是根據(jù)環(huán)境類別和作用等級(jí),確定混凝土的水膠比和膠凝材料用量,在條件許可的情況下,盡量選用較低的水膠比,減少單方用水量和膠凝材料用量,有利于提高混凝土的密實(shí)性。另外,降低水膠比是發(fā)揮礦物摻和料對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)的重要條件。但過少的膠凝材料用量對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性和工作性能不利,因此膠凝材料用量應(yīng)有最小限值。
由試驗(yàn)結(jié)果看出,水膠比直接影響到混凝土的抗?jié)B性、抗氯離子滲透性等耐久性指標(biāo),而水膠比的控制則要依靠適當(dāng)?shù)奶罴油饧觿┖头勖夯?同時(shí),由于粉煤灰的價(jià)格遠(yuǎn)低于水泥,摻加粉煤灰也更加經(jīng)濟(jì);在混凝土中填加外加劑和摻和料,不但使混凝土品質(zhì)得到了提高,而且一定程度上節(jié)約了成本。因此,適當(dāng)?shù)哪z凝材料用量和水膠比將是配制耐久性混凝土的關(guān)鍵所在。
參考文獻(xiàn):
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