摘 要: 客運(yùn)專線鐵路建設(shè)要求高、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量目標(biāo)高。為確保橋墩混凝土質(zhì)量,保證混凝土外觀棱角分明、線條流暢、表面光潔、色澤一致;保證混凝土不出現(xiàn)裂縫;保證混凝土滿足工作性、強(qiáng)度和耐久性的技術(shù)要求,對(duì)橋墩混凝土配合比、裂縫產(chǎn)生原因和施工工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
關(guān)鍵詞: 橋墩;高性能混凝土;配合比;裂縫;施工工藝
中圖分類號(hào): U445. 57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
1 概 述
客運(yùn)專線橋梁結(jié)構(gòu)采用高性能耐久混凝土其設(shè)計(jì)使用年限為100 年,由于對(duì)橋梁有防腐要求,和普通混凝土相比大不相同: ①原材料檢驗(yàn)項(xiàng)目増加了22 個(gè)[1 ,2 ] ,質(zhì)量指標(biāo)要求提高; ② 配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)項(xiàng)目增加了4 個(gè)[1 ,2 ] ; ③配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)耐腐蝕要求,嚴(yán)格控制最大及最小膠凝材料用量、最大水膠比、最大堿含量和氯離子總含量等; ④配合比試驗(yàn)齡期長(zhǎng),強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)電通量要求56 d 檢驗(yàn)[2 ] 。
甬臺(tái)溫鐵路工程橋墩耐久混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30 、C40 、C45 。從原材料選擇與控制、配合比設(shè)計(jì)、裂縫防治和施工工藝控制等方面入手,對(duì)橋墩高性能耐久混凝土技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,取得的研究成果已成功應(yīng)用于甌江、楠溪江特大橋。
2 原材料
水泥:浙江紅獅生產(chǎn)的P ·O42. 5 普通硅酸鹽水泥。其燒失量2. 1 %;細(xì)度2. 0 %;游離CaO 含量0. 8 %; 堿含量0. 47 %; C3A 含量5. 8 %; Cl - 含量0. 02 %;MgO 含量1. 5 %;SO3 含量2. 2 %;3 d、28 d抗折強(qiáng)度5. 9 MPa 、8. 2 MPa ; 3 d、28 d 抗壓強(qiáng)度27. 8 MPa 、51. 7 MPa ;安定性合格。
粉煤灰:樂清產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰。其細(xì)度10. 5 %;Cl - 含量0. 01 %;需水量比98 %;燒失量3. 6 %;含水率0. 5 %;SO3 含量0. 6 %;CaO 含量5. 7 %。
磨細(xì)礦渣粉: 安徽朱家橋產(chǎn)S95 礦渣粉。其SO3 含量0. 4 %;燒失量1. 0 %;Cl - 含量0. 01 %;比表面積400 m2 / kg ;需水量比98 %;含水率0. 1 %;活性指數(shù)(28 d) 108 。
細(xì)骨料: 福建閩江Ⅱ區(qū)中砂。其細(xì)度模數(shù)為2. 7 ,含泥量0. 6 %; 泥塊含量0. 2 %; 輕物質(zhì)含量0. 1 %;松散堆積密度1 550 kg/ m3 ; 空隙率40 %。
C40 用的是青田Ⅱ區(qū)中砂。
粗骨料:溫州天成產(chǎn)碎石,采用二級(jí)配(5～25mm 90 % ,16～31. 5 mm 10 %) ;其空隙率37 %;壓碎指標(biāo)8. 0 %; 針、片狀顆粒含量4. 0 %; 含泥量0. 2 %;松散堆積密度1 530 kg/ m3 。
外加劑:江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸JM - PCA ( Ⅰ) 外加劑,其減水率29. 2 %;坍落度保留值30 min 、60 min 為210 mm、204 mm ;常壓泌水率10. 6 %; 壓力泌水率比56. 0 %; 含氣量3. 9 %;28 d 收縮率比113 %;3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度比為197 %、173 %、163 %;Cl - 含量0. 01 %;堿含量(Na2O + 0. 658 K2O) 1. 72 %;硫酸鈉含量0. 36 %。
水:自來(lái)水。其p H 值6. 9 > 4. 5 ;堿含量(以當(dāng)量Na2O 計(jì)) 5 mg/ l < 1 500 mg/ l 。
3 墩身用高性能耐久混凝土配合比配制
按耐久性要求設(shè)計(jì)的混凝土配合比應(yīng)滿足工作性、強(qiáng)度和長(zhǎng)期耐久性的要求。根據(jù)以上所用原材料,經(jīng)反復(fù)試配、調(diào)整得到墩身用高性能耐久混凝土配合比見表1[2 ,3 ] 。
C30 、C40 和C45 混凝土的性能檢驗(yàn)結(jié)果:坍落度15. 5 ,18 ,17 cm ;56 d 抗壓強(qiáng)度58. 9 ,58. 5 ,61. 5MPa ;56 d 電通量633 ,737 ,403 C ;混凝土圓環(huán)法試驗(yàn)抗裂性能均好。
4 墩身混凝土外觀質(zhì)量問題及產(chǎn)生的原因
4. 1 墩身混凝土外觀質(zhì)量問題
墩身混凝土外觀常出現(xiàn)砂溝和麻面、局部色澤差、表面錯(cuò)臺(tái)和不平整、裂縫等質(zhì)量問題。產(chǎn)生這些外觀質(zhì)量問題的主要影響因素有:
(1) 高性能防腐耐久混凝土對(duì)密實(shí)性要求很高,這對(duì)原材料的選用和配合比的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。在外加劑方面,要求減水率高、并且含有部分引氣劑,此外要控制混凝土的水膠比,外加劑的摻量又不能太少,這樣一來(lái)就會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的小氣泡,一旦振搗不好,模板壁的氣泡不能排出,就會(huì)在混凝土的表面形成開口的氣泡。
(2) 為保證混凝土對(duì)電通量的要求,在配合比設(shè)計(jì)中都摻入大量的外摻合料,這樣就人為地對(duì)水泥進(jìn)行了改性,使所使用的普通水泥變?yōu)榈V渣水泥或粉煤灰水泥,對(duì)混凝土的色澤產(chǎn)生較大的影響。
(3) 為降低混凝土的早期強(qiáng)度,確保混凝土的后期強(qiáng)度,增強(qiáng)混凝土的抗裂性,同時(shí)保證大體積混凝土內(nèi)外溫差滿足客運(yùn)專線的規(guī)定,必須減少水泥用量,加大摻合料的用量,這也會(huì)對(duì)混凝土的外觀色澤產(chǎn)生較大的影響。
(4) 墩身模板質(zhì)量和混凝土施工工藝控制不到位。
4. 2 產(chǎn)生原因的具體分析
(1) 墩身表面出現(xiàn)砂溝和麻面的原因。① 混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象(原材料質(zhì)量波動(dòng),主要是粉煤灰細(xì)度超標(biāo)、外加劑和水泥相容性差等) 。② 振搗工藝落實(shí)不到位,如漏振、欠振、局部過振。③混凝土分層厚度超過40 cm[4 ] 。④混凝土供應(yīng)不及時(shí),澆筑時(shí)間長(zhǎng),混凝土保水性差。⑤天氣炎熱,混凝土坍落度損失較大時(shí),施工現(xiàn)場(chǎng)為了澆筑順利有時(shí)摻水進(jìn)行二次攪拌。⑥ 模板剛度不足,脫模劑使用不當(dāng)。
(2) 混凝土表面局部出現(xiàn)色差的原因。① 模板表面未清理干凈或脫模劑涂刷不均勻,除銹不徹底導(dǎo)致銹跡。②原材料(如水泥偏黑、粉煤灰含碳量高燒失量值偏大等) 。③ 混凝土攪拌時(shí)間不夠,拌和不均勻。④混凝土分層出現(xiàn)較大差別。⑤澆筑時(shí)水泥漿濺在模板表面和流到前一節(jié)模板縫隙里后硬化,再澆筑混凝土所致。⑥混凝土澆筑過程中停頓時(shí)間過長(zhǎng)(停電、混凝土供不上等) 。⑦混凝土表面粉飾等。
(3) 表面錯(cuò)臺(tái)和不平整的原因。① 模板本身或連接剛度不足。②模板加工質(zhì)量不能滿足要求,安裝時(shí)無(wú)法精確對(duì)位。③施工人員責(zé)任心不強(qiáng),模板配套順序搞錯(cuò)或連接螺栓未擰緊。
(4) 裂縫產(chǎn)生的原因。裂縫產(chǎn)生的原因較多,主要有原材料、混凝土配合比、施工控制、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)和設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗裂鋼筋等原因。裂縫種類也較復(fù)雜,主要有2 類: ①由外荷載(靜、動(dòng)荷載) 直接應(yīng)力和次應(yīng)力引起的裂縫。②由變形變化引起的裂縫,包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是當(dāng)結(jié)構(gòu)變形受到約束和限制時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致裂縫,這種裂縫寬度大、內(nèi)應(yīng)力小,對(duì)荷載的影響小,但對(duì)耐久性損害大。據(jù)國(guó)內(nèi)外調(diào)查資料表明,工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屬于變形變化(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降) 引起的裂縫約占80 %;屬于荷載引起的裂縫約占20 %。
5 橋墩混凝土施工工藝
改善橋梁墩身用高性能耐久混凝土外觀質(zhì)量,從施工工藝控制方面主要采取如下措施。
5. 1 混凝土配合比
(1) 電通量是檢驗(yàn)高性能防腐耐久混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo),在滿足混凝土電通量的前提下,考慮適量減少摻合料和外加劑的摻量,以改善混凝土外觀質(zhì)量。
(2) 原材料本身的質(zhì)和量波動(dòng)直接影響混凝土的質(zhì)量。因此,必須使用與配合比設(shè)計(jì)時(shí)同品質(zhì)同標(biāo)準(zhǔn)的原材料,并確保稱量準(zhǔn)確。每盤稱量允許偏差[2 ] : 水泥、礦物摻合料、外加劑、拌和用水±1 %;粗、細(xì)骨料±2 %。
(3) 混凝土拌制前和過程中,應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)定砂、石含水率,及時(shí)調(diào)整施工配合比。
(4) 嚴(yán)格按投放制度投料。先投細(xì)骨料、水泥和礦物摻合料,再加水,粗骨料,外加劑。
(5) 嚴(yán)格控制混凝土攪拌時(shí)間不少于90 s[2 ] ,一般120 s。
5. 2 模板
(1) 模板必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,其表面平整度≤5 mm[4 ] 。
(2) 模板拼縫應(yīng)嚴(yán)密、平順。當(dāng)發(fā)現(xiàn)模板錯(cuò)臺(tái)、漏縫或局部變形等問題時(shí),必須修整。
(3) 脫模劑應(yīng)涂刷均勻,不得有掛壁或下流現(xiàn)象。使用模板漆倒用次數(shù)不能過多。
(4) 模板安裝后,因各種原因不能按時(shí)澆筑,造成模板產(chǎn)生銹跡,應(yīng)及時(shí)處理。
(5) 墩身混凝土澆筑前,應(yīng)派專人檢查模板螺栓是否擰緊。
(6) 模板使用拆除后,應(yīng)按規(guī)定修整保存。
5. 3 混凝土施工
(1) 墩身混凝土量較大,澆筑過程時(shí)間長(zhǎng),應(yīng)按2 班作業(yè)配足相關(guān)人員。
(2) 嚴(yán)禁混凝土在生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中加水進(jìn)行二次攪拌等改變混凝土質(zhì)量的現(xiàn)象發(fā)生。混凝土坍落度必須以灌注點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn), 控制在15 ～19 cm。
(3) 墩身混凝土澆筑時(shí),合理布置下料點(diǎn),分層厚度控制在30～40 cm[4 ] 。
(4) 嚴(yán)格按振搗工藝進(jìn)行振搗,使用不小于<50mm 的高頻振動(dòng)棒,不能漏振,也不得過振。振搗時(shí)宜快插慢拔,振搗棒移動(dòng)距離不能超過振搗棒作用半徑的1. 5 倍,振動(dòng)棒插入深度以進(jìn)入前次灌注的混凝土面層下5～10 cm 為宜,與側(cè)模保持10 cm ,并由周邊向中間振搗。每點(diǎn)振搗時(shí)間20～30 s ,混凝土表面稍許泛漿即可。
5. 4 混凝土養(yǎng)護(hù)
(1) 高性能混凝土由于摻用了大量的外摻料,較普通混凝土更容易出現(xiàn)表面收縮及溫度應(yīng)力裂縫,因此,宜采用薄膜包裹、土工布覆蓋,澆水、噴淋灑水等保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施。
(2) 灑水養(yǎng)護(hù)的間隔時(shí)間應(yīng)以實(shí)際情況確定,必須保持混凝土表面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài),一般4 h灑水1 次,養(yǎng)護(hù)不少于14 d ,并保證養(yǎng)護(hù)用水與混凝土表面溫差不大于15 ℃[2 ] 。
參 考 文 獻(xiàn):
[1] TB 10210 - 2001 ,鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范[ S] .
[2] 鐵建設(shè)[ 2005 ]160 號(hào),鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[ S] .
[3] 中鐵大橋局甬臺(tái)溫鐵路工程中心試驗(yàn)室. 原材料和配合比試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告[ R] . 2006.
[4] TZ 210 - 2005 ,鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[ S] .
