摘要:結(jié)合鄭州—西安鐵路客運(yùn)專線工程,采用現(xiàn)場原材料對預(yù)制箱梁用C50 高性能混凝土,尤其是混凝土耐久性的主要影響因素進(jìn)行了研究和分析。對混凝土電通量的影響因素之一礦物摻和料的數(shù)量和種類研究表明,當(dāng)粉煤灰摻量大于15 %或摻入礦粉大于30 %時混凝土電通量能滿足小于1 000 C的要求。含氣量達(dá)到215 %～315 %時,混凝土經(jīng)過200 次凍融循環(huán)后相對動彈性模量高于85 % ,抗凍性良好。最后,介紹了鄭西鐵路混凝土箱梁的工藝要求。
關(guān)鍵詞:客運(yùn)專線 混凝土 耐久性 應(yīng)用
中圖分類號:U214.1 + 8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
0 引言
鄭州—西安鐵路客運(yùn)專線東起鄭州樞紐,西止西安樞紐,基本與隴海鐵路鄭州—西安段平行,是規(guī)劃的徐州—蘭州客運(yùn)專線的重要組成部分。全線長484.52km 共有橋梁215 座230.4 km。沿線共設(shè)有18 個預(yù)制梁場,預(yù)制梁多采用強(qiáng)度等級為C50 的32 m 和24 m預(yù)應(yīng)力箱梁,共7 000件左右。可以說,預(yù)制梁質(zhì)量的優(yōu)劣對整個工程質(zhì)量的影響十分重大。自2005 年,鐵路客運(yùn)專線建設(shè)采用以耐久性為基本要素的高性能混凝土的技術(shù)要求,規(guī)定結(jié)構(gòu)物按耐久性設(shè)計,確?；炷两Y(jié)構(gòu)物達(dá)到正常的使用壽命[1～3 ] 。高性能混凝土是基于大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土,重點保證混凝土的耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性[5 ] 。本文結(jié)合鄭西客專梁場施工情況,對高性能(以耐久性為主) 混凝土在鄭西鐵路客運(yùn)專線箱梁中的應(yīng)用進(jìn)行研究和探討。
1 混凝土配合比設(shè)計
1.1 環(huán)境條件
鄭西客運(yùn)專線氣候環(huán)境為暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候,雨量適中,氣候溫和,四季分明。沿線年平均溫度為13.0 ℃～14.4 ℃,1 月份最低平均溫度為- 0.9 ℃～0.2 ℃。極端最低氣溫為- 20.6 ℃,個別地區(qū)存在中度以下化學(xué)腐蝕。
1.2 原材料
秦嶺P.O42.5 水泥;渭河電廠Ⅰ級粉煤灰;西安德龍新型建筑材料科技有限公司礦渣;灞河河砂,細(xì)度模數(shù)為2.9 ;華縣蓮花寺二級配碎石;聚羧酸系減水劑。上述材料各項指標(biāo)均符合《鐵路客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的要求。
1.3 配合比設(shè)計原則
1) 混凝土坍落度應(yīng)滿足施工要求,配制成的混凝土應(yīng)滿足設(shè)計強(qiáng)度、耐久性等質(zhì)量要求。
2) 混凝土的膠凝材料總量不宜高于500 kgPm3 。混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量應(yīng)滿足設(shè)計以及規(guī)范要求。
3) 混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉等摻和料,粉煤灰的摻量不宜大于30 %。
4) 為了降低堿—骨料反應(yīng)發(fā)生的可能性,混凝土單方總堿含量應(yīng)滿足相關(guān)要求。
5) 預(yù)應(yīng)力混凝土的氯離子總含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.06 %。
1.4 混凝土技術(shù)參數(shù)
根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》等相關(guān)規(guī)范、設(shè)計要求、環(huán)境條件以及施工工藝,初步確定預(yù)制箱梁用高性能混凝土技術(shù)參數(shù)(因各梁場情況不同,本研究僅供參考) ,具體情況見表1。
1.5 混凝土耐久性
預(yù)制梁混凝土的耐久性技術(shù)指標(biāo)主要有電通量、抗凍性、抗?jié)B性、堿—骨料反應(yīng)和抗裂性。因力學(xué)性能研究資料較多,本文不再進(jìn)行討論,僅對主要混凝土耐久性影響因素進(jìn)行研究。
1) 電通量 氯離子是引起鋼筋銹蝕,造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要原因之一。氯離子的滲透性
是評價混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個重要參數(shù),長期以來國內(nèi)外學(xué)者做了大量工作,提出了多種試驗方法,其中應(yīng)用最廣泛的是快速氯離子滲透測試方法,即電通量法(AASHTO T227 和ASTM C1202) 。其主要原理是利用外電場來加快離子的運(yùn)動速度,然后按擴(kuò)散性與電遷移參數(shù)間的理論關(guān)系來計算氯離子的擴(kuò)散性,從而判斷混凝土的抗?jié)B透性?？紤]到目前的生產(chǎn)技術(shù)條件,鐵路各相關(guān)規(guī)范暫時將氯離子電通量作為混凝土的重要耐久性檢驗指標(biāo)之一。試驗表明,影響電通量的因素有水膠比、摻和料摻量和種類、混凝土含氣量、混凝土齡期、混凝土中Cl - 含量等。一般認(rèn)為隨著礦物摻和料摻量的增加,混凝土電通量呈現(xiàn)下降的趨勢;一般摻和料效果:硅灰效果> 粉煤灰效果> 礦粉效果;隨著水膠比的降低,混凝土電通量亦呈現(xiàn)輕微下降的趨勢。
相同條件下,摻加不同摻量的粉煤灰和礦粉對混凝土電通量的影響見圖1 和圖2。通過圖1、圖2 可以看出,相同摻量條件下粉煤灰降低混凝土電通量的效果優(yōu)于礦粉。礦粉摻量在0 %～20 %之間時對電通量影響程度較小,當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到20 %以后混凝土電通量開始明顯降低,也就是礦粉需達(dá)到一定摻量后方對混凝土電通量有較明顯的改善作用。對于本次C50 梁體混凝土試驗研究,單摻粉煤灰摻量> 15 %或單摻礦粉摻量> 30 % ,能夠滿足混凝土電通量< 1 000 C的要求。此外,采用粉煤灰和礦粉同時摻入的“雙摻”方法也可以有效降低混凝土的電通量,見圖2。因此,施工過程中一般可通過控制礦物摻和料摻量和種類來降低混凝土電通量,但由于工地大量采用普通硅酸鹽水泥,也就是水泥中已摻加了15 %左右的混合材料,在進(jìn)行配合比設(shè)計時要注意其摻量和種類。
2) 抗凍性能 混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞?；炷恋目箖鲂允侵富炷恋挚箖鋈谘h(huán)作用的性能?；炷羶鋈谘h(huán)產(chǎn)生的破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕兩個方面。影響混凝土抗凍性的主要因素有混凝土含氣量和氣孔結(jié)構(gòu)、水膠比、礦物摻和料數(shù)量和種類、水泥品種、骨料品質(zhì)等,其中混凝土含氣量與抗凍性的關(guān)系最為緊密。
混凝土含氣量與抗凍性的關(guān)系試驗結(jié)果見表2。
結(jié)果表明,對于C50 混凝土而言,不對混凝土引氣其抗凍效果不理想,僅經(jīng)過125 次凍融循環(huán)就破壞。當(dāng)混凝土含氣量達(dá)到2.5 %～3.5 %時,混凝土經(jīng)過200 次凍融循環(huán)后相對動彈性模量高于85 % ,抗凍性良好。因此,施工中要求控制混凝土入模含氣量為2 %～4 % ,對保證混凝土抗凍性十分重要。
3) 抗?jié)B性 通過試驗混凝土抗?jié)B性均容易滿足設(shè)計要求。對于C50 混凝土而言,抗?jié)B指標(biāo)意義不大。
4) 抗堿—骨料反應(yīng)性能 試驗采用非堿活性骨料,低堿水泥,混凝土單方總堿含量小于3 kgPm3 。
5) 抗裂性 采用抗裂環(huán)對混凝土抗裂性進(jìn)行評價,此試驗為對比試驗,無明確技術(shù)指標(biāo)。試驗表明當(dāng)摻入一定量的摻和料后裂縫出現(xiàn)的概率大大降低。
1.6 混凝土配合比的確定
經(jīng)對比試驗,預(yù)制箱梁高性能混凝土配合比見表3 ,試驗結(jié)果見表4。
2 施工工藝
混凝土按照腹板→底板→面板的順序?qū)ΨQ澆筑,采用縱向分段、斜向分層,連續(xù)澆筑的方式,分層厚度≤300 mm。澆筑時間不得超過混凝土初凝時間并不得超過6 h。混凝土出機(jī)溫度不大于30 ℃,夏季采用冷卻水及骨料遮陽等降溫處理,氣溫較高時泵管采用麻布覆蓋灑水的方式,并防止輸送過程中混凝土坍落度損失過大。箱梁配筋密集,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,在澆筑過程中適當(dāng)增加振搗人員及設(shè)備的數(shù)量,尤其加強(qiáng)層與層間的振搗,振搗標(biāo)準(zhǔn)以混凝土表面的水平不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面不再泛漿為準(zhǔn)。在澆筑腹扳時嚴(yán)格控制混凝土坍落度,避免從底板泛漿。拆模后,及時噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋灑水,養(yǎng)護(hù)時間≥14 d。
養(yǎng)護(hù)用水與梁體表面溫差≤15 ℃。
現(xiàn)場各梁場需要根據(jù)不同原材料進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)選。攪拌前根據(jù)骨料含水率檢測結(jié)果確定施工配合比,對出機(jī)混凝土按規(guī)定頻率進(jìn)行坍落度、含氣量、泌水率、出機(jī)溫度等指標(biāo)檢測。一般情況下,混凝土泵送距離100～200 m ,混凝土坍落度在1 h 內(nèi)基本沒有損失,混凝土和易性好,易泵送,易振搗,混凝土初凝時間為8～12 h ,滿足澆筑工藝的要求?；炷翉?qiáng)度和彈模隨齡期發(fā)展規(guī)律良好,能夠滿足10 d 終張拉的要求?；炷列静孔罡邷囟然灸軌蚩刂圃?5 ℃,但在夏期施工時要加強(qiáng)管理,控制好混凝土最高溫度和溫差。梁體拆模后,表面光潔,可見裂縫很少,外觀良好。
3 結(jié)語
1) 高性能混凝土具有良好的抗凍、抗氯離子滲透、抗?jié)B、抗裂以及抗堿—骨料反應(yīng)等耐久性能,且具有良好的拌和物性能,坍落度經(jīng)時損失小,混凝土不泌水,施工性能良好。
2) 相同摻量條件下粉煤灰降低混凝土電通量的效果優(yōu)于礦粉。對C50 混凝土,當(dāng)粉煤灰摻量大于15 %或摻入礦粉大于30 %時,混凝土電通量能滿足小于1 000 C的要求。采用粉煤灰和礦粉同時摻入的“雙摻”方法也可以降低混凝土的電通量。
3) 對混凝土含氣量與抗凍性能的研究表明,非引氣C50 混凝土僅經(jīng)過125 次凍融循環(huán)就破壞,含氣量達(dá)到2.5 %～3.5 %時,混凝土經(jīng)過200 次凍融循環(huán)后相對動彈性模量仍高于85 % ,抗凍性良好?？刂苹炷寥肽：瑲饬? %～4 %是保證混凝土抗凍性達(dá)到要求的重要保證。
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