摘 要 高性能混凝土是一种高强度、高工作性、高耐久性的混凝土。通过甬台温铁路客运专线C50箱梁耐久性混凝土的试验与应用情况,对高性能混凝土的设计理念和配制方法进行了较为全面的分析和论证,对客运专线高性能混凝土的研制与应用具有一定的参考价值。
关键词 客运专线 高性能混凝土 设计思路 配合比试验
中图分类号 U444 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 (2007) 02 0019 03
1 工程概况
甬台温客运专线北起浙江省宁波市,南至温州,线路贯穿浙江省经济发达的甬台温三市。甬台温铁路第一标段的中间区段,正线长33. 87 km。铁路线路设计等级为I级;路段旅客列车设计行车速度为200 km /h,预留时速为250 km /h;建筑限界为满足开行双层集装箱列车要求。
本区段有特大桥3座,分别为杨梅岭水库特大桥、大溪特大桥、白溪特大桥,全长2 542 m;大桥5座,全长1 458 m。工程桥梁上部结构梁片采用整孔现浇箱梁,混凝土强度等级为C50;箱梁施工具有一次浇筑混凝土方量大( > 300 m3 ) ,整孔箱梁质量大(约900 t) ,以及工程结构质量要求高的特点,因此必须配制出具有良好可泵性、高流动性、高耐久性的高性能混凝土,以满足工程结构和结构物施工的需要。
2 高性能混凝土的设计思路
混凝土的性质包括混凝土混合物的性质及其硬化后的性质,混凝土的强度和耐久性在很大程度上取决于混凝土混合物的一系列性质,因为它最终能确定混凝土硬化后的结构是否密实,以及与密实密切相关的混凝土强度、抗渗性、抗冻性等。
混凝土配合比设计过程包括2个相关步骤:
(1)选择混凝土的适宜组分(水泥、集料、水、外加剂、掺和料) ;
(2)求出它们的相关数量或比例,使之尽可能地配置出工作性、强度和耐久性合适的混凝土。虽然混凝土的性质很重要,但传统的配合比设计方法大都以混凝土的某一指定工作度和某一龄期时达到的抗压强度为基准,这在高性能混凝土设计中是远远不够的。高性能混凝土的设计应根据工程结构的需要,满足混凝土的抗裂、抗冻、耐磨、抗渗等其它性能要求。
高强混凝土并不等同高性能混凝土,其原因是高强混凝土存在令人担忧的耐久性问题: ( 1)高强混凝土生产要求非常严格,人为因素、机械拌和作业因素影响较大,稍有不慎则可带来质量隐患; (2)水泥用量大,早期水化热高,后期收缩大,具有明显的脆性,给结构的耐久性和安全性带来很大的威胁。
针对上述问题,国内外许多专家和工程技术人员正致力于高强高性能混凝土的研究,同时适宜于高性能混凝土施工的新材料、新工艺、新技术也不断问世。高性能混凝土的设计不仅基于强度,而更主要的是基于混凝土的耐久性,它要求: (1)混凝土应有较小的体积变形,硬化早期具有较小的水化热,后期收缩小; (2)具有良好的施工性能,拌和浇注时自流平,自密实, 使其质量不受或很少受人工操作的影响。
3 高性能混凝土配合比试验
为确保桥梁主要承重结构能满足100年使用期的要求,桥梁结构所用工程材料必需符合国家和部门的有关标准和规范,混凝土结构所采用的混凝土应满足耐久性的要求。下面结合甬台温铁路客运专线介绍高性能混凝土的配制与试验情况。
3. 1 原材料的技术要求
(1)水泥。水泥应采用品质稳定,强度不低于42. 5级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥,水泥熟料中C3A 含量不大于8% ,在强腐蚀环境中不大于5%; 矿物掺和料仅限于磨细矿渣粉或粉煤灰。
(2)细集料。应采用硬质洁净的天然河砂,细度模数为2. 6～3. 0,含泥量不大于2%。
(3)粗集料。应采用坚硬耐久碎石,压碎指标不大于10%,母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2. 0,含泥量不大于0. 5% ,针片状颗粒含量不大于5%。
(4)拌和用水。拌制和养护混凝土用水应符合饮用标准水的要求。
(5)外加剂。采用的复合外加剂应经铁道部鉴定或评审,并经铁道部质量监督检测中心检验合格方可使用。
(6)混凝土矿物掺料。应采用粉煤灰或磨细矿渣粉。
以上原材料的质量检验均应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。
3. 2 配合比设计主控项目
(1)混凝土满足设计强度、耐久性指标和施工工艺等要求,配合比选定应检验的项目有坍落度、泌水率、含气量、抗裂性、抗压强度、电通量、弹性模量、抗冻性、耐磨性、抗渗性;
(2)最大总碱含量符合设计及相关要求( ≤3. 0kg/m3 ) ;氯离子总含量符合要求(预应力混凝土不超过0. 6% ) ;
(3)混凝土的最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量应满足设计及相关规范要求(与混凝土所处的环境有关系) 。
3. 3 配合比的确定
基于高性能混凝土的配制要求,除按普通混凝土配合比设计的一般程序外,混凝土设计应突出以下几点:
(1)控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不仅影响强度,而且影响混凝土的密实性、耐久性。保证足够的水泥用量和控制水泥用量的超量,也是保证混凝土密实性、耐久性的重要措施。
(2)掺用高效减水剂。高效减水剂是配制高性能混凝土的重要组分,高效减水剂的加入,可以大大降低水灰比,增加流动性,使坍落度达到20 cm 左右,有利于梁片的浇注与施工。
(3)掺入矿物活性材料。高性能混凝土水灰比一般较小,水泥中有一部分水泥不能水化,只能起填充作用,因此在配置高性能混凝土时,需掺入矿物活性材料来置换水泥,同时掺入矿物活性材料可以大大改善混凝土的工作性能。
经大量的试验优选,最后确定的配比见表1。
经验证,所选定配合比的混凝土各项耐久性指标均符合规范要求,具体指标见表2。
4 工程应用措施
在大溪特大桥整孔现浇箱梁混凝土的施工中,为确保高性能混凝土的质量和结构的耐久性,采取了一系列施工控制措施。
(1)加强混凝土的搅拌工艺。根据制梁工程施工需要,配备满足要求的拌和设备,经计量检定并保持良好的工作状态。高性能混凝土搅拌时间宜控制在90～120 s。通过充分搅拌,使混凝土的各组成材料混合均匀,颜色一致。
(2)严格控制水灰比和坍落度。未经试验人员同意不得随意加减用水量;梁体混凝土在拌和及灌筑过程中应定期检查拌和物的和易性,判别坍落度在运输过程中或运输时间段内的损失情况,加强拌和物质量的控制。
(3)加强梁体混凝土的浇注工艺。梁体施工浇注顺序为先底板后腹板再顶板,混凝土水平分层厚度不大于30 cm;浇注底板混凝土时应设滑槽下料,以防止混凝土的离析;两边腹板对称浇注,最后浇注顶板及翼板。
(4)梁体混凝土应连续灌筑,一次成型,各层及分段混凝土不得间断,并应在前层或前段混凝土初凝之前,将次层或次段混凝土浇注完毕。每片梁的混凝土浇筑时间宜控制在6 h内,以保证混凝土的质量。
(5)加强混凝土的振捣工艺,确保混凝土有最大的密实性和最小的渗透性。
(6)加强试验检测工作。按要求制作梁体混凝土试件,确定混凝土的特征值,以利于混凝土的施工控制。梁体张拉强度检测的试件应与梁体同条件养护。
(7)为保证混凝土后期强度的增长,防止混凝土裂缝的产生,保证混凝土的耐久性能,必须加强梁体的养护工作。梁体的养护采用自然养护,注意保持梁的湿润。梁体混凝土养护期间,重点加强混凝土的湿度和温度控制,减少混凝土的暴露时间,及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖,防止水分蒸发。
通过上述的施工控制措施,浇注完成的梁体,达到内实外美的良好效果,梁体表面光滑。经检验,混凝土的强度3 d时平均为42MPa, 7 d时为52MPa,28 d时为63MPa,电通量检测为688 C,混凝土的各项指标检测均满足规范要求。
5 结束语
通过大溪特大桥C50 整孔现浇箱梁高性能混凝土的试验与应用,可以得出以下几点:
(1)高性能混凝土的获得,必须通过一系列综合的措施,采用高性能的原材料以及与之相适应的制作工艺。
(2)复合化。混凝土本身就是水泥基复合材料,高性能混凝土必须有活性细掺料和外加剂,特别是高性能高效减水剂的的掺入。必要时还需同时采用几种外加剂复合掺配,以期取得要求的混凝土性能。充分发挥复合化的作用,将是高性能混凝土取得经济和广泛应用的研究方向。
(3)高性能混凝土的施工必须加强制作和养护的质量控制。混凝土浇捣后逐渐硬化,必须加强对混凝土的养护工作,特别是掺入高效减水剂的高性能混凝土,养护工作更为重要。
大溪特大桥C50 整孔现浇箱梁高性能混凝土的施工中,由于加强了工程试验检测工作,以及对高性能混凝土的试验与运用,使整孔现浇箱梁这一工艺复杂、质量和技术标准要求高的高性能混凝土的施工完成顺利。
参考文献
1 铁道部经济规划研究院. 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准. 北京:中国铁道出版社, 2005
2 铁科技函[ 2004 ]120号 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件
3 张应力,杨柏科,申爱琴. 现代混凝土配合比设计手册.北京:人民交通出版社, 2006
