摘 要: 客運專線鐵路建設要求高、技術標準高、質量目標高。為確保橋墩混凝土質量,保證混凝土外觀棱角分明、線條流暢、表面光潔、色澤一致;保證混凝土不出現裂縫;保證混凝土滿足工作性、強度和耐久性的技術要求,對橋墩混凝土配合比、裂縫產生原因和施工工藝進行了試驗研究。
關鍵詞: 橋墩;高性能混凝土;配合比;裂縫;施工工藝
中圖分類號: U445. 57 文獻標識碼: A
1 概 述
客運專線橋梁結構采用高性能耐久混凝土其設計使用年限為100 年,由于對橋梁有防腐要求,和普通混凝土相比大不相同: ①原材料檢驗項目増加了22 個[1 ,2 ] ,質量指標要求提高; ② 配合比設計檢驗項目增加了4 個[1 ,2 ] ; ③配合比設計強調耐腐蝕要求,嚴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配合比試驗齡期長,強度和耐久性指標電通量要求56 d 檢驗[2 ] 。
甬臺溫鐵路工程橋墩耐久混凝土設計強度等級為C30 、C40 、C45 。從原材料選擇與控制、配合比設計、裂縫防治和施工工藝控制等方面入手,對橋墩高性能耐久混凝土技術進行了試驗研究,取得的研究成果已成功應用于甌江、楠溪江特大橋。
2 原材料
水泥:浙江紅獅生產的P ·O42. 5 普通硅酸鹽水泥。其燒失量2. 1 %;細度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抗折強度5. 9 MPa 、8. 2 MPa ; 3 d、28 d 抗壓強度27. 8 MPa 、51. 7 MPa ;安定性合格。
粉煤灰:樂清產Ⅱ級粉煤灰。其細度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 %。
磨細礦渣粉: 安徽朱家橋產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(28 d) 108 。
細骨料: 福建閩江Ⅱ區中砂。其細度模數為2. 7 ,含泥量0. 6 %; 泥塊含量0. 2 %; 輕物質含量0. 1 %;松散堆積密度1 550 kg/ m3 ; 空隙率40 %。
C40 用的是青田Ⅱ區中砂。
粗骨料:溫州天成產碎石,采用二級配(5～25mm 90 % ,16～31. 5 mm 10 %) ;其空隙率37 %;壓碎指標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:自來水。其p H 值6. 9 > 4. 5 ;堿含量(以當量Na2O 計) 5 mg/ l < 1 500 mg/ l 。
3 墩身用高性能耐久混凝土配合比配制
按耐久性要求設計的混凝土配合比應滿足工作性、強度和長期耐久性的要求。根據以上所用原材料,經反復試配、調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 混凝土的性能檢驗結果:坍落度15. 5 ,18 ,17 cm ;56 d 抗壓強度58. 9 ,58. 5 ,61. 5MPa ;56 d 電通量633 ,737 ,403 C ;混凝土圓環法試驗抗裂性能均好。
4 墩身混凝土外觀質量問題及產生的原因
4. 1 墩身混凝土外觀質量問題
墩身混凝土外觀常出現砂溝和麻面、局部色澤差、表面錯臺和不平整、裂縫等質量問題。產生這些外觀質量問題的主要影響因素有:
(1) 高性能防腐耐久混凝土對密實性要求很高,這對原材料的選用和配合比的設計提出了很高的要求。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,這樣一來就會在混凝土內部產生大量的小氣泡,一旦振搗不好,模板壁的氣泡不能排出,就會在混凝土的表面形成開口的氣泡。
(2) 為保證混凝土對電通量的要求,在配合比設計中都摻入大量的外摻合料,這樣就人為地對水泥進行了改性,使所使用的普通水泥變為礦渣水泥或粉煤灰水泥,對混凝土的色澤產生較大的影響。
(3) 為降低混凝土的早期強度,確保混凝土的后期強度,增強混凝土的抗裂性,同時保證大體積混凝土內外溫差滿足客運專線的規定,必須減少水泥用量,加大摻合料的用量,這也會對混凝土的外觀色澤產生較大的影響。
(4) 墩身模板質量和混凝土施工工藝控制不到位。
4. 2 產生原因的具體分析
(1) 墩身表面出現砂溝和麻面的原因。① 混凝土出現泌水現象(原材料質量波動,主要是粉煤灰細度超標、外加劑和水泥相容性差等) 。② 振搗工藝落實不到位,如漏振、欠振、局部過振。③混凝土分層厚度超過40 cm[4 ] 。④混凝土供應不及時,澆筑時間長,混凝土保水性差。⑤天氣炎熱,混凝土坍落度損失較大時,施工現場為了澆筑順利有時摻水進行二次攪拌。⑥ 模板剛度不足,脫模劑使用不當。
(2) 混凝土表面局部出現色差的原因。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 混凝土攪拌時間不夠,拌和不均勻。④混凝土分層出現較大差別。⑤澆筑時水泥漿濺在模板表面和流到前一節模板縫隙里后硬化,再澆筑混凝土所致。⑥混凝土澆筑過程中停頓時間過長(停電、混凝土供不上等) 。⑦混凝土表面粉飾等。
(3) 表面錯臺和不平整的原因。① 模板本身或連接剛度不足。②模板加工質量不能滿足要求,安裝時無法精確對位。③施工人員責任心不強,模板配套順序搞錯或連接螺栓未擰緊。
(4) 裂縫產生的原因。裂縫產生的原因較多,主要有原材料、混凝土配合比、施工控制、現場養護和設計強度、抗裂鋼筋等原因。裂縫種類也較復雜,主要有2 類: ①由外荷載(靜、動荷載) 直接應力和次應力引起的裂縫。②由變形變化引起的裂縫,包括結構因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是當結構變形受到約束和限制時產生內應力導致裂縫,這種裂縫寬度大、內應力小,對荷載的影響小,但對耐久性損害大。據國內外調查資料表明,工程結構產生屬于變形變化(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) 電通量是檢驗高性能防腐耐久混凝土質量的重要指標,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量。
(2) 原材料本身的質和量波動直接影響混凝土的質量。因此,必須使用與配合比設計時同品質同標準的原材料,并確保稱量準確。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、細骨料±2 %。
(3) 混凝土拌制前和過程中,應準確測定砂、石含水率,及時調整施工配合比。
(4) 嚴格按投放制度投料。先投細骨料、水泥和礦物摻合料,再加水,粗骨料,外加劑。
(5) 嚴格控制混凝土攪拌時間不少于90 s[2 ] ,一般120 s。
5. 2 模板
(1) 模板必須有足夠的強度、剛度和穩定性,其表面平整度≤5 mm[4 ] 。
(2) 模板拼縫應嚴密、平順。當發現模板錯臺、漏縫或局部變形等問題時,必須修整。
(3) 脫模劑應涂刷均勻,不得有掛壁或下流現象。使用模板漆倒用次數不能過多。
(4) 模板安裝后,因各種原因不能按時澆筑,造成模板產生銹跡,應及時處理。
(5) 墩身混凝土澆筑前,應派專人檢查模板螺栓是否擰緊。
(6) 模板使用拆除后,應按規定修整保存。
5. 3 混凝土施工
(1) 墩身混凝土量較大,澆筑過程時間長,應按2 班作業配足相關人員。
(2) 嚴禁混凝土在生產、運輸過程中加水進行二次攪拌等改變混凝土質量的現象發生。混凝土坍落度必須以灌注點所測數據為準, 控制在15 ～19 cm。
(3) 墩身混凝土澆筑時,合理布置下料點,分層厚度控制在30～40 cm[4 ] 。
(4) 嚴格按振搗工藝進行振搗,使用不小于<50mm 的高頻振動棒,不能漏振,也不得過振。振搗時宜快插慢拔,振搗棒移動距離不能超過振搗棒作用半徑的1. 5 倍,振動棒插入深度以進入前次灌注的混凝土面層下5～10 cm 為宜,與側模保持10 cm ,并由周邊向中間振搗。每點振搗時間20～30 s ,混凝土表面稍許泛漿即可。
5. 4 混凝土養護
(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表面收縮及溫度應力裂縫,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護措施。
(2) 灑水養護的間隔時間應以實際情況確定,必須保持混凝土表面始終處于濕潤狀態,一般4 h灑水1 次,養護不少于14 d ,并保證養護用水與混凝土表面溫差不大于15 ℃[2 ] 。
參 考 文 獻:
[1] TB 10210 - 2001 ,鐵路混凝土與砌體工程施工規范[ S] .
[2] 鐵建設[ 2005 ]160 號,鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[ S] .
[3] 中鐵大橋局甬臺溫鐵路工程中心試驗室. 原材料和配合比試驗檢測報告[ R] . 2006.
[4] TZ 210 - 2005 ,鐵路混凝土工程施工技術指南[ S] .
