摘 要: 結(jié)合滬蓉西高速公路建設(shè)的實際情況, 通過嚴格控制原材料質(zhì)量和優(yōu)化配合比, 利用機制砂配制出質(zhì)量優(yōu)良的C50 高強混凝土, 并成功用于預(yù)應(yīng)力T 梁的試制。同時, 荷載試驗還表明, 機制砂混凝土T 梁具有高的承載能力和抗變形能力。
關(guān)鍵詞: 機制砂; 混凝土; 配合比; 荷載試驗
湖北滬蓉西高速公路全長約320 km , 是國家公路主骨架滬蓉國道主干線的重要組成部分。其中宜恩段全長197．8 km , 橋隧比例占路線總長的56%。水泥混凝土需求量大, 質(zhì)量要求高。但高速公路沿線從宜昌到恩施均缺乏配制高性能混凝土的優(yōu)質(zhì)天然河砂, 高速公路建設(shè)所需的河砂均需從外地購入, 河砂運到施工現(xiàn)場最高單方價格可達200 元, 當施工緊張時期, 還出現(xiàn)無砂可用的現(xiàn)象。
《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041- 2000) 中規(guī)定在河砂不易得到時, 也可用山砂或用硬質(zhì)巖石加工的機制砂[ 1 ]。但機制砂在湖北省內(nèi), 除水電行業(yè)外未大規(guī)模的應(yīng)用, 尤其是沒有在重點工程中應(yīng)用的先例。同時, 機制砂在公路工程和水電行業(yè)的生產(chǎn)存在明顯不同, 水電行業(yè)施工地點集中, 采用制砂設(shè)備先進, 所制機制砂穩(wěn)定, 質(zhì)量優(yōu)良; 但公路工程面臨點多面廣, 質(zhì)量差異大的問題, 主要表現(xiàn)在母巖種類、強度差異大, 制砂設(shè)備規(guī)模小、型號多, 質(zhì)量波動大等方面[ 2 ]。這些均為公路工程應(yīng)用機制砂帶來嚴重的制約, 且由于滬蓉西高速公路橋遂多, 混凝土質(zhì)量要求高, 因此對于機制砂混凝土的應(yīng)用就必須更加慎重和嚴格管理。針對于滬蓉西高速公路的特殊情況, 本文對C50T 梁用機制砂混凝土進行了深入的研究。
1 原材料及試驗方法
1．1 原材料
(1) 水泥。
湖北華新水泥有限公司(恩施) 生產(chǎn)P1O 42．5水泥, 性能見表1。
表1 水泥的物理性能
(2) 細集料。
黃砂為洞庭湖中粗砂, 細度模數(shù)為2．85, 機制砂為滬蓉西高速公路沿線華生石料廠生產(chǎn), 兩種砂的物理性能見表2, 級配曲線見圖1。
表2 細集料的物理性能
圖1 細集料的級配曲線
(3) 粗集料。
5～ 25 mm 連續(xù)級配石灰?guī)r碎石, 級配曲線見圖2。
圖2 碎石級配曲線
(4) 外加劑。
武漢浩源外加劑有限公司生產(chǎn)FDN - 1 萘系高效減水劑。
1．2 試驗方法
拌和物性能: 按《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》(GBöT 50080- 2002) 進行測試。基本力學性能測試方法: 采用《普通混凝土力學性能試驗方法》(GBJ 81- 85) 進行測定。混凝土試件尺寸為150 mm ×150 mm ×150 mm , 標準養(yǎng)護后,測定試件的7 d和28 d 強度。
2 C50 T 梁混凝土配合比設(shè)計
按混凝土配合比有關(guān)規(guī)范計算, 混凝土的實際配制強度應(yīng)達到60M Pa 左右。且由于預(yù)制T 型梁截面面積小, 鋼筋較密, 混凝土澆筑的難度較大, 故要求該混凝土具有較好的工作性[ 3 ]。
2．1 水灰比對機制砂混凝土強度和工作性的影響從表3 中可以看出, 隨水灰比增大, 機制砂混凝土的工作性逐漸得到改善, 但當水灰比達到0．39時, 機制砂出現(xiàn)泌水。從圖3 中可以看出, 隨水灰比的增大, 機制砂混凝土的強度降低, 機制砂混凝土28 d強度降低緩慢, 但7 d強度降低幅度略大。綜合考慮機制砂混凝土的強度和工作性能, 機制砂混凝土的水灰比選定為0．37。
2．2 砂率對機制砂混凝土的工作性和強度的影響表3 結(jié)果表明: 坍落度最大的最佳砂率基本上是33%～ 35% , 28 d 抗壓強度最高的砂率約為33%。同時, 可以看出, 砂率在一定范圍內(nèi)的變動對混凝土
表3 混凝土的工作性與強度結(jié)果
的流動性和強度的影響并不是很顯著。在配制機制砂混凝土時, 隨著砂率在一定范圍內(nèi)的增加, 混凝土的粘聚性得以改善, 而流動性基本保持不變。但當砂率增加到一定程度后, 由于比表面積的增加, 混凝土的工作性將明顯降低, 混凝土也因過于粘稠而顯得粗澀[ 4, 5 ]。因此, 綜合考慮混凝土的各項性能, C50 機制砂混凝土的的砂率選擇為33%～ 35% 范圍內(nèi)。
2．3 機制砂混凝土與黃砂混凝土配合比的對比及優(yōu)化
圖3 水灰比對強度的影響
從表4 結(jié)果可以看出, 由于機制砂中含有一定量的石粉, 為達到相同工作性效果, 就必須適當?shù)靥岣邫C制砂混凝土外加劑的用量。通過適當優(yōu)化混凝土的配合比, 機制砂可以配制出擁有和黃砂混凝土相同坍落度的混凝土, 但由于機制砂中含有石粉, 使機制砂混凝土本身需要更多的包裹水, 致使機制砂中可遷移的自由水更少, 使得機制砂混凝土較黃砂混凝土粘。機制砂混凝土的強度要略高于黃砂混凝土, 主要原因是由于機制砂顆粒多棱角、表面粗糙、界面新鮮, 使得機制砂與漿體的粘結(jié)強度要高于黃砂與漿體的粘結(jié)強度, 同時, 由于機制砂中含有一定量的石粉, 石粉具有填充作用, 可以進一步提高混凝土的密實性[ 6 ]。
表4 機制砂與黃砂混凝土的對比及優(yōu)化
同時, 由于施工地點距砂源距離不等, 黃砂單方價格在100～ 200 元之間, 但機制砂單方價格基本可以控制在50～ 60 元, 以表4 兩個配合比對比發(fā)現(xiàn), 機制砂混凝土單方價格較黃砂混凝土單方價格低17～65 元。
3 機制砂混凝土的施工工藝及控制
通過優(yōu)化混凝土配合比, 可以利用機制砂配制出具有與黃砂混凝土同樣優(yōu)良工作性的混凝土, 但由于機制砂自身的特點, 在機制砂混凝土施工時, 除應(yīng)嚴格按照普通黃砂混凝土的施工工藝嚴格要求外, 還應(yīng)針對機制砂混凝土的特性在一些方面進行加強。
3．1 嚴格控制機制砂的質(zhì)量
由于機制砂為機械制備, 制砂過程中, 容易產(chǎn)生人為的質(zhì)量波動, 例如制砂機的進料粒度出現(xiàn)大的波動, 工藝參數(shù)的調(diào)整以及制砂機易磨損件未及時更換等均會對機制砂的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。機制砂的細度模數(shù)變化應(yīng)控制在±0．2, 石粉含量變化控制在±1．0% 以內(nèi), 如變化超過此范圍, 必須對混凝土配合比進行調(diào)整, 否則機制砂混凝土工作性將出現(xiàn)較大變化, 影響構(gòu)件質(zhì)量。
3．2相同工作性的機制砂混凝土較黃砂混凝土易于液化, 因此, 當機制砂混凝土澆筑時, 應(yīng)適當縮短振搗時間, 以避免機制砂混凝土的離析、泌水。
3.3 機制砂混凝土的養(yǎng)護
由于機制砂中含有一定量的石粉, 致使機制砂混凝土中漿體含量增加, 在早期容易失水產(chǎn)生塑性收縮, 后期干燥收縮較大。因此, 機制砂混凝土必須加強早期和后期養(yǎng)護, 一般機制砂混凝土較普通混凝土適當延長養(yǎng)護時間, 養(yǎng)護時間控制在14 d。
通過優(yōu)化配合比與嚴格控制施工工藝, 澆筑出的機制砂混凝土T 梁效果良好, 沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,表面氣孔較少, 現(xiàn)場留樣強度均達到設(shè)計要求, 強度最高為62．4M Pa, 最小為52．3 M Pa, 平均值為58．5M Pa。T 梁現(xiàn)場經(jīng)回彈檢測, 其強度值為53．8M Pa。
4 機制砂混凝土T 梁的荷載試驗
(1) 在設(shè)計荷載作用下, 機制砂和黃砂T 梁物理力學性能基本一致。兩者撓度和應(yīng)變的校驗系數(shù)均小于1．0, 荷載卸除后, 結(jié)構(gòu)殘余變形小; 結(jié)構(gòu)撓度隨荷載增長曲線呈線形關(guān)系; 梁體應(yīng)變沿高度方向分布基本滿足平截面假定, 梁體處于良好的彈性工作狀態(tài)。
(2) 機制砂T 梁彎距破壞試驗表明: 該梁極限荷載為620 kN , 是設(shè)計荷載320 kN 的1．94 倍, 滿足設(shè)計要求; 在荷載達到680 kN 時, T 梁跨中出現(xiàn)裂縫;在荷載達到980 kN 時, 共計產(chǎn)生裂縫39 條, 最大縫寬為0．38 mm , 全部荷載卸除后, 跨中撓度殘余小,裂縫基本閉合。
(3) 機制砂T 梁梁端剪力破壞試驗表明: 該梁剪力極限荷載為1 940 kN , 相應(yīng)梁端剪力為1 791 kN ,是設(shè)計荷載8．5 kN 的2．20 倍, 滿足設(shè)計要求。
5 結(jié)論
通過上述試驗和理論分析, 得到如下結(jié)論:
(1) 利用機制砂可以配制出強度和工作性能滿足T 梁要求的高強混凝土;
(2) 通過嚴格控制施工工藝及加強機制砂混凝土的養(yǎng)護, 可以澆筑出表觀質(zhì)量優(yōu)良的機制砂混凝土T 梁;
(3) 機制砂混凝土T 梁承載能力滿足設(shè)計要求,且機制砂具有更高的承載能力和抗變形能力;
(4) 機制砂混凝土可以滿足高速公路建設(shè)的需要, 同時機制砂混凝土具有優(yōu)越的經(jīng)濟性, 其應(yīng)用具有廣闊的前景。
參考文獻:
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