32m超低高度梁高強(qiáng)混凝土泵送施工工藝
2005-04-18 00:00
摘要:32m后張法超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁的制造位列路內(nèi)各梁型生產(chǎn)難度之最,C65高強(qiáng)混凝土彈性模量高,該混凝土與鋼纖維混凝土交叉澆筑,成功實(shí)現(xiàn)了200m遠(yuǎn)距離泵送。
關(guān)鍵詞:膠新鐵路;超低高度梁;高強(qiáng)混凝土;鋼纖維混凝土;泵送混凝土;施工工藝
1概述
鐵路跨線地段以及平原河網(wǎng)地區(qū)需要建筑高度最低、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的超低高度梁,該梁型可大大降低路堤高度,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
32m超低高度曲線梁,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C65,其水泥用量大、初凝時(shí)間短,要求必須加快澆筑進(jìn)度,縮短施工周期。通過泵送流態(tài)混凝土,使鋼筋密集,下料困難的問題得到很好的解決。
超低高度梁張拉時(shí),為抵抗傳力錨固階段預(yù)應(yīng)力對(duì)上緣混凝土產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力,而摻入少量鋼纖維,增加了混凝土的抗裂能力。高強(qiáng)混凝土與鋼纖維混凝土交叉施工,增加了澆筑難度。
配制高強(qiáng)混凝土,原材料選擇是重中之重,其次是配合比設(shè)計(jì),施工控制,這3點(diǎn)相互關(guān)聯(lián),互為制約,只有精心設(shè)計(jì),精心組織,才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)梁。
2原材料選擇
(1)水泥選擇
高強(qiáng)混凝土的配制,宜使用高強(qiáng)度等級(jí)水泥,以便合理地控制水泥用量,避免水泥用量過大帶來的弊端。經(jīng)比選,用52.5級(jí)的水泥配制C65混凝土,完全滿足規(guī)范要求。
具體是,前2片梁采用葛州壩水泥廠生產(chǎn)的三峽低熱52.5級(jí)大壩水泥。該水泥特點(diǎn):水化熱小,溫度上升慢,早期強(qiáng)度低,后期強(qiáng)度高,終張拉所需時(shí)間長(zhǎng),但因其水泥運(yùn)距長(zhǎng),供應(yīng)困難,強(qiáng)度發(fā)展太慢,影響臺(tái)座周轉(zhuǎn)。從多種因素分析后,改用山東水泥廠產(chǎn)“五岳”52.5級(jí)水泥。該水泥早期強(qiáng)度高,水化熱較大,凝結(jié)時(shí)間快,初凝1.5h。因此在澆筑時(shí),應(yīng)采取措施,使混凝土初凝時(shí)間在3h以上。
(2)摻和料
因《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁》(GB7418-87)中未列明允許摻用摻和料,且相關(guān)技術(shù)文件中也未說明,因比,在選用材料時(shí)不作考慮。
(3)細(xì)骨料
配制高強(qiáng)混凝土用砂,主要滿足以下技術(shù)指標(biāo):①砂必須是非堿活性材料;②砂細(xì)度模數(shù)310～312,砂硬度高,級(jí)配曲線合理;③含泥量小于1%,不含泥塊;④砂堅(jiān)固性符合規(guī)范要求。經(jīng)檢測(cè)大沽河前朱毛砂,滿足上述關(guān)鍵要求。
(4)粗骨料
在膠州梁場(chǎng)方圓120km范圍內(nèi),有3個(gè)產(chǎn)地的碎石適宜配制高強(qiáng)度混凝土,經(jīng)考察,選用距梁場(chǎng)120km的孟疃碎石,母巖為石灰?guī)r,抗壓強(qiáng)度142MPa,與混凝土強(qiáng)度比大于210倍,符合規(guī)范要求。生產(chǎn)工藝為錘擊式破碎,滾篩分級(jí),5～20mm級(jí)配良好,針片狀,壓碎指標(biāo)值均滿足規(guī)范要求,配制C65混凝土用碎石。配制前,全部用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌、沖洗,以徹底去除泥塊和石粉。
(5)水
拌和、養(yǎng)護(hù)用水均采用飲用水。
(6)高效減水劑
配制高強(qiáng)混凝土,高效減水劑的選擇是技術(shù)關(guān)鍵。經(jīng)多家知名廠家篩選、分析,淄博NOF-1A價(jià)格適中,泌水性小,被選為制梁用減水劑。
3配合比設(shè)計(jì)
(1)32m超低高度曲線梁梁體混凝土配合比設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C65,彈性模量≥3170×104MPa,坍落度要求160mm左右。
混凝土試配強(qiáng)度必須按《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》(TB10210-2001)表5.8.4的規(guī)定。因是新建梁場(chǎng),尚未統(tǒng)計(jì)資料,混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差δ值在混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C40時(shí)為510MPa,經(jīng)計(jì)算混凝土施工配制強(qiáng)度為73.2MPa。
水泥活性按強(qiáng)度保證值52.5MPa計(jì)算,確保保證率。利用水灰比與強(qiáng)度的線性關(guān)系式計(jì)算出水灰比為0.322。由于混凝土中集料總用量的變化范圍很小,高強(qiáng)混凝土、高彈性模量混凝土石子用量范圍更受限制,一般為1100～1180kg/m3,直接定出每m3混凝土的粗骨料用量,然后調(diào)整砂率。該配合比碎石用量取1140kg/m3。
根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JJG55-2000),高強(qiáng)混凝土最大水泥用量不應(yīng)大于550kg的要求,求出最大用水量為550×01322=177kg。外加劑用量在018%～110%時(shí)為推薦最佳摻量,外加劑用量取中間值019%,按假定容重法,計(jì)算初步配合比。假定容重為2465kg/m3,C65混凝土每m3用料配合比為:水泥∶砂∶石子∶水∶外加劑=550∶593∶1140∶177∶4195。
試拌結(jié)果:當(dāng)用水量為172kg時(shí),坍落度達(dá)到175mm,按坍落度遞減10mm,用水量增減215kg計(jì)算,實(shí)際用水量應(yīng)為169kg/m3,水泥用量應(yīng)為169÷01322=525kg,采用固定用水量法。分別選取水泥用量520、530、540、550相對(duì)應(yīng)水灰比:01325、01319、01313、01307,分別計(jì)算配合比,并進(jìn)行試拌調(diào)整,用絕對(duì)體積法計(jì)算單方材料用量,7d及28d強(qiáng)度(R)與彈性模量(E)見表1。
表1 混凝土強(qiáng)度及彈性模量
|
序
號(hào) |
水泥
/kg |
砂
/kg |
石子
/kg |
水
/kg |
減水劑/kg |
灰
水
比 |
水
灰
比 |
R7
/MPa |
E7
/MPa |
R28
/MPa |
E28
/MPa |
|
1 |
520 |
640 |
1140 |
169 |
4.68 |
3.077 |
0.325 |
54.6 |
3.45x104 |
65.8 |
3.65x104 |
|
2 |
530 |
630 |
1140 |
169 |
4.77 |
3.136 |
0.319 |
56.4 |
3.50x104 |
68.7 |
3.74x104 |
|
3 |
540 |
621 |
1140 |
169 |
4.86 |
3.195 |
0.313 |
58.8 |
3.61x104 |
74.2 |
3.98x104 |
|
4 |
550 |
611 |
1140 |
169 |
4.95 |
3.254 |
0.307 |
59.6 |
3.60x104 |
74.8 |
3.91x104 |
由表1可知,當(dāng)水泥用量達(dá)550kg/m3后,強(qiáng)度與彈性模量不再成比例增長(zhǎng);序號(hào)3配制C65梁體混凝土經(jīng)濟(jì)合理。
(2)C65橋面板鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C65,設(shè)計(jì)彈性模量3170×104MPa,其主要目的是抵抗張拉時(shí)橋面受到的拉應(yīng)力。
鋼纖維混凝土的配制強(qiáng)度同梁體混凝土,在同水灰比條件下,鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度比普通混凝土高10%,但其水泥多用10%。因此,水泥用量與梁體混凝土減水劑仍按0.9%摻加。
鋼纖維在混凝土中的摻量占混凝土體積的1.3%～2.0%,摻入目的是增加抗裂性。要保證彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求,就要減小砂率,砂率減小后,鋼纖維摻加量要小,結(jié)合拌和實(shí)際,每盤水泥用量200kg,鋼纖維每袋20kg,當(dāng)加入40kg鋼纖維,每m3混凝土中鋼纖維用量在108kg,每盤正好2袋,方便施工,鋼纖維占體積比114%,在規(guī)定范圍之內(nèi)。
計(jì)算鋼纖維混凝土配合比水泥用量同梁體混凝土,鋼纖維混凝土在同水泥用量下抗壓強(qiáng)度比普通混凝土高10%,因此,水灰比允許增大5%。用水量可在169～177kg內(nèi)調(diào)整(表2)。
表2鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)按砂率遞減發(fā)試拌調(diào)整結(jié)果
|
序
號(hào) |
砂率
/% |
水泥
/kg |
砂
/kg |
石子
/kg |
水
/kg |
鋼纖維
/kg |
外加劑
/kg |
坍落度
/mm |
和易性 |
R28
/MPa |
E28
/MPa |
|
1 |
36 |
540 |
621 |
1100 |
169 |
108 |
4.86 |
120 |
泌水 |
68.8 |
3.81x104 |
|
2 |
41 |
540 |
706 |
1015 |
172 |
108 |
4.86 |
140 |
粘聚性差 |
76.3 |
3.86x104 |
|
3 |
46 |
540 |
792 |
929 |
172 |
108 |
4.86 |
160 |
粘聚性好 |
74.1 |
3.87x104 |
|
4 |
51 |
540 |
878 |
843 |
172 |
108 |
4.86 |
170 |
粘聚性好 |
69.5 |
3.67x104 |
經(jīng)分析測(cè)試結(jié)果,采用3號(hào)配合比,混凝土強(qiáng)度、彈性模量、坍落度均滿足設(shè)計(jì)要求。
4施工控制
(1)制定施工細(xì)則要保證梁體混凝土的施工質(zhì)量,試配合理的理論配合比是前提,合格的原材料是關(guān)鍵,施工控制也是至關(guān)重要的,這一點(diǎn)對(duì)高強(qiáng)混凝土更顯得重要。按照全面質(zhì)量管理方法,分析原因,尋找對(duì)策,針對(duì)原材料加強(qiáng)檢查,混凝土的攪拌、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、拆模等工序,均按照規(guī)范作了嚴(yán)格的規(guī)定,并在施工前對(duì)工人進(jìn)行了崗前培訓(xùn)。
(2)混凝土拌制準(zhǔn)確計(jì)量是保證混凝土拌和質(zhì)量的根本,為此,制定了嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度。前幾盤,逐盤檢查計(jì)量器具示值,使之保持精確。投料全部自動(dòng)化,精度控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。
(3)澆筑澆筑用泵送施工,先澆筑完梁體,然后澆筑橋面鋼纖維混凝土,2種混凝土澆筑間隔約3.5h。首先選擇夜間低溫施工,其次摻適量緩凝劑,將初凝時(shí)間延長(zhǎng)至4h以上。進(jìn)料口坍落度160mm,輸送200m距離,入倉(cāng)坍落度達(dá)130～140mm,泵壓在28MPa以下,可泵性較好。
(4)蒸養(yǎng)要求混凝土澆筑完畢后,靜停6h,升溫速度5℃/h,升至45℃后恒溫,恒溫24h,試壓,當(dāng)強(qiáng)度達(dá)53.5MPa時(shí),停汽、降溫,降溫速度5℃/h,約需6h。
(5)初張拉和終張拉混凝土強(qiáng)度達(dá)53.5MPa即可初張拉,拆完模就可施行初張拉,在15～20d齡期對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)強(qiáng)度達(dá)68.5MPa以上,彈性模量達(dá)3.70×104MPa以上時(shí),進(jìn)行終張拉。
5體會(huì)
(1)為保證梁體高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求,采用最大石子用量法設(shè)計(jì)梁體混凝土配合比辦法是可行的。
(2)鋼纖維混凝土為保證強(qiáng)度和彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求,突破了鋼纖維混凝土常規(guī)砂率在50%～60%的限制,砂率降到了46%,保證了鋼纖維混凝土的強(qiáng)度和彈性模量,拓寬了鋼纖維混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域。
(3)鋼纖維混凝土在低砂率狀態(tài)下,成功進(jìn)行了200m遠(yuǎn)距離泵送,查閱資料,未見先例,實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。
參考文獻(xiàn):
[1]朱清江主編.高強(qiáng)高性能混凝土研制及應(yīng)用.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,1999.
[2]雍本編著.特種混凝土設(shè)計(jì)與施工.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993.
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