煤窖河大橋箱梁C50 混凝土配制與施工工藝探討

摘要：在河南濟(jì)（源）- 邵（原）高速公路十四標(biāo)段的煤窖河大橋箱梁施工中，結(jié)合材料特性分析、調(diào)整、優(yōu)化施工配合比，試配出C50 高強(qiáng)泵送混凝土，改進(jìn)了混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)工藝，改進(jìn)了煤窖河大橋跨現(xiàn)澆雙室大橋箱梁的混凝土施工工藝，保證了箱梁混凝土的強(qiáng)度和施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：煤窖河大橋；箱梁；混凝土；澆筑工藝；養(yǎng)護(hù)工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.213                    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

　　煤窯河大橋位于河南濟(jì)（源）- 邵（原）高速公路十四標(biāo)段處，該橋?yàn)榉蛛x式大橋，右幅為14×40m，左幅為16×40m。該橋采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)T 型箱梁，橋墩均為柱式墩，單排樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)均采用肋式臺(tái)。箱梁為橋梁的主要承重構(gòu)件，該橋共計(jì)預(yù)應(yīng)力箱梁530 片，其中25m 箱梁228 片，30m 箱梁302 片,因此箱梁質(zhì)量在橋梁施工中尤為重要。影響預(yù)制箱梁質(zhì)量的主要因素有施工工藝、原材料質(zhì)量、施工人員的業(yè)務(wù)水平和素質(zhì)等。本文主要對(duì)煤窖河大橋C50箱梁混凝土配制和施工工藝進(jìn)行探討。

　　原材料包括水泥、細(xì)集料、粗集料和外加劑。

（1）水泥。該工程采用河南豫鶴水泥制品有限公司生產(chǎn)的“同力牌”P(pán).O42.5R 水泥。該水泥為國(guó)家免檢水泥，安全性較好，質(zhì)量穩(wěn)定，初凝時(shí)間平均為170min，終凝時(shí)間為188min，3d 膠沙抗壓強(qiáng)度平均值大于28.0MPa、抗折強(qiáng)度平均值大于5.5MPa；28d膠沙抗壓強(qiáng)度平均值大于60.1MPa、抗折強(qiáng)度平均值大于9.5MPa。

（2）細(xì)集料。該工程選用河南汝陽(yáng)沙，其物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

（3）粗集料。該工程采用濟(jì)源南樊石子，其特點(diǎn)是表面粗糙、多棱角、較潔凈、與水泥漿粘結(jié)比較牢固。其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

（4）外加劑。該工程使用湖北武漢武鋼浩源FDN 高效減水劑和安徽淮南礦務(wù)局NF 泵送高效減

水劑。摻加此種外加劑后，能明顯提高早期強(qiáng)度，明顯改善混凝土的和易性和流動(dòng)性，減水效果比較明顯，并且有較好的緩凝作用。粗細(xì)集料進(jìn)行配比優(yōu)選，其級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

　　圖中虛線表示級(jí)配規(guī)范要求范圍，實(shí)線表示摻配后的級(jí)配曲線。從圖1 中可以看出，當(dāng)5～16mm 和16～31.5mm 的摻配比例分別為40%和60%時(shí)，其級(jí)配良好。

 

　　通過(guò)測(cè)定混凝土減水劑的減水率對(duì)混凝土坍落度、凝結(jié)時(shí)間的影響，確定合理?yè)搅?，并就沙率和水灰比?duì)混凝土的影響進(jìn)行分析，綜合主要因素對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化。

 

　　通過(guò)摻配可見(jiàn)，減水率隨FDN 減水劑摻量增大而增大，但增大速度逐漸減少；混凝土坍落度損失值隨FDN 減水劑摻量增加而增大，并隨時(shí)間延長(zhǎng)而趨于平衡，在1%摻量時(shí)，15min 坍落度損失值為5cm；混凝土28d 強(qiáng)度隨FDN 減水劑摻量的增加而提高，因摻加減水劑可提高混凝土早期強(qiáng)度，摻量為1.0%時(shí)，混凝土7d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿(mǎn)足預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)對(duì)箱梁混凝土的強(qiáng)度要求。

 

　　當(dāng)水泥用量470kg/m3、沙率30%，水泥和集料比例為1∶3.8，試配氣溫30℃，凝結(jié)溫度20℃時(shí)，以H 坍=14cm為基準(zhǔn)確定坍落度損失值，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試塊在不摻與摻加0.5%、0.7%1.0%、1.2%時(shí)養(yǎng)護(hù)7d 和28d 的齡期強(qiáng)度。其結(jié)果如表3 所示。

 

2.2 沙率對(duì)混凝土性能的影響與摻量的優(yōu)化

　　不同沙率對(duì)混凝土性能的影響見(jiàn)表4。

 

　　從表4 可以看出：沙率在31%時(shí)，混凝土強(qiáng)度最高，即最為匹配。在此基礎(chǔ)上減少沙率，混凝土強(qiáng)度下降趨勢(shì)大，而增大沙率，則在超過(guò)33%后對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響減緩。各配合比率新拌混凝土坍落度因單位用水量相等，變化不大。但隨時(shí)間延長(zhǎng)，由于沙比碎石吸水率大，經(jīng)15min 延時(shí)后，沙率33%上下浮動(dòng)都會(huì)給混凝土帶來(lái)更大的坍落度損失。在混凝土率為33%時(shí)，可獲得流動(dòng)性最好的混凝土，增加或減少沙率都將降低混凝土的流動(dòng)性，增加施工難度。綜合以上情況分析，33%沙率的配合比既能獲得流動(dòng)性較大（可操作性好）且和易性良好的混凝土，又能較充分的發(fā)揮出混凝土的強(qiáng)度潛力，為最合理沙率值，故得以最終采用。

 

　　預(yù)制箱梁存在的問(wèn)題有兩個(gè)：

（1）箱梁腹板混凝土外表面色澤不均，有云霧狀，且梁中段腹板底板相接處（即3 條預(yù)應(yīng)力孔道預(yù)埋波紋管重疊位置）有沙與水泥漿輕度分離現(xiàn)象。

（2）頂板出現(xiàn)混凝土淺裂縫。

（1）粗集料摻配比例不盡合理，其中細(xì)顆粒摻料超多，比表面積加大，對(duì)混凝土和易性產(chǎn)生不良影響。

（2）澆筑箱梁深腹時(shí)，混凝土澆筑分層過(guò)厚，混凝土一次填埋整個(gè)腹板高度約為90cm，加之采用低頻附著式振搗器附和插入式振搗棒，振搗不均勻。

（3）夏季施工，氣溫較高，且鋼筋模板吸熱，對(duì)混凝土的坍落度損失值影響較大，流動(dòng)性變化也較大。

（4）水泥用量較大，致使混凝土的干縮大，而產(chǎn)生收縮裂縫，并且水泥用量大，相應(yīng)混凝土的水化熱增大，內(nèi)部溫升過(guò)高，產(chǎn)生溫度裂縫（拆內(nèi)模時(shí)箱梁室內(nèi)氣溫高達(dá)70℃）。

（5）脫模時(shí)間過(guò)晚，鋼板限制混凝土收縮，造成開(kāi)裂。

（6）養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，方法不當(dāng)，效果較差。

 

(1)要求模板平整光滑，并均勻涂刷一層薄膜脫模劑。脫模劑可采用質(zhì)量好的成品，也可采用輕機(jī)油，但嚴(yán)禁使用廢機(jī)油。另外，在模板安裝時(shí)，應(yīng)防止被灰塵等污染。

(2)因?yàn)榇旨媳旧硪暶芏容^大、拌和物的密度大，加之鋼筋阻隔差大，混凝土在運(yùn)動(dòng)中容易造成離析。因此，應(yīng)盡可能降低混凝土澆筑時(shí)的下料落差，要求混凝土下料時(shí)的自由落差不大于1.5m。

(3)要求腹板水平分層澆筑，分層厚度宜為30～40cm，以利于混凝土振搗密實(shí)，及內(nèi)部氣泡的及時(shí)排出。

(4)加強(qiáng)振搗。采用小直徑高頻振動(dòng)棒，配合高頻率附著式振動(dòng)器振動(dòng)，但不能過(guò)振。振搗時(shí)，要求使混凝土密實(shí)，氣泡順利排出，同時(shí)又要避免過(guò)振而使混凝土離析。

(5)合理安排施工時(shí)間，減少中午炎熱氣溫對(duì)混凝土施工的影響。

　　在混凝土達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的前提下，側(cè)向脫模一般為3 天。因?yàn)槊撃r(shí)間太晚，由于鋼板限制混凝土的收縮，易造成開(kāi)裂現(xiàn)象，并且不利于模板內(nèi)測(cè)混凝土的養(yǎng)護(hù)；脫模過(guò)早，混凝土的強(qiáng)度達(dá)不到要求，混凝土承受不了外力作用，也易造成裂紋。

 

　　C50 混凝土的水泥用量較多，混凝土的水化熱及干縮系數(shù)較大，易于出現(xiàn)溫度和收縮裂縫，及時(shí)養(yǎng)護(hù)是非常重要的。要求混凝土終凝后及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，一般應(yīng)持續(xù)10d 以上。按上述施工原則澆筑的箱梁效果良好，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，表面氣孔也得到了顯著的改善，現(xiàn)場(chǎng)留樣的混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且強(qiáng)度穩(wěn)定。同時(shí)，箱型梁經(jīng)荷載試驗(yàn)，撓度滿(mǎn)足要求，質(zhì)量?jī)?yōu)良。

　　綜上所述，C50 鋼筋混凝土在箱梁優(yōu)化混凝土配合比的基礎(chǔ)上，通過(guò)試制自檢以及對(duì)產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的原因分析，總結(jié)了施工工藝，對(duì)橋梁預(yù)制有一定的借鑒作用。