摘 要: 客运专线铁路建设要求高、技术标准高、质量目标高。为确保桥墩混凝土质量,保证混凝土外观棱角分明、线条流畅、表面光洁、色泽一致;保证混凝土不出现裂缝;保证混凝土满足工作性、强度和耐久性的技术要求,对桥墩混凝土配合比、裂缝产生原因和施工工艺进行了试验研究。
关键词: 桥墩;高性能混凝土;配合比;裂缝;施工工艺
中图分类号: U445. 57 文献标识码: A
1 概 述
客运专线桥梁结构采用高性能耐久混凝土其设计使用年限为100 年,由于对桥梁有防腐要求,和普通混凝土相比大不相同: ①原材料检验项目増加了22 个[1 ,2 ] ,质量指标要求提高; ② 配合比设计检验项目增加了4 个[1 ,2 ] ; ③配合比设计强调耐腐蚀要求,严格控制最大及最小胶凝材料用量、最大水胶比、最大碱含量和氯离子总含量等; ④配合比试验龄期长,强度和耐久性指标电通量要求56 d 检验[2 ] 。
甬台温铁路工程桥墩耐久混凝土设计强度等级为C30 、C40 、C45 。从原材料选择与控制、配合比设计、裂缝防治和施工工艺控制等方面入手,对桥墩高性能耐久混凝土技术进行了试验研究,取得的研究成果已成功应用于瓯江、楠溪江特大桥。
2 原材料
水泥:浙江红狮生产的P ·O42. 5 普通硅酸盐水泥。其烧失量2. 1 %;细度2. 0 %;游离CaO 含量0. 8 %; 碱含量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抗折强度5. 9 MPa 、8. 2 MPa ; 3 d、28 d 抗压强度27. 8 MPa 、51. 7 MPa ;安定性合格。
粉煤灰:乐清产Ⅱ级粉煤灰。其细度10. 5 %;Cl - 含量0. 01 %;需水量比98 %;烧失量3. 6 %;含水率0. 5 %;SO3 含量0. 6 %;CaO 含量5. 7 %。
磨细矿渣粉: 安徽朱家桥产S95 矿渣粉。其SO3 含量0. 4 %;烧失量1. 0 %;Cl - 含量0. 01 %;比表面积400 m2 / kg ;需水量比98 %;含水率0. 1 %;活性指数(28 d) 108 。
细骨料: 福建闽江Ⅱ区中砂。其细度模数为2. 7 ,含泥量0. 6 %; 泥块含量0. 2 %; 轻物质含量0. 1 %;松散堆积密度1 550 kg/ m3 ; 空隙率40 %。
C40 用的是青田Ⅱ区中砂。
粗骨料:温州天成产碎石,采用二级配(5～25mm 90 % ,16～31. 5 mm 10 %) ;其空隙率37 %;压碎指标8. 0 %; 针、片状颗粒含量4. 0 %; 含泥量0. 2 %;松散堆积密度1 530 kg/ m3 。
外加剂:江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸JM - PCA ( Ⅰ) 外加剂,其减水率29. 2 %;坍落度保留值30 min 、60 min 为210 mm、204 mm ;常压泌水率10. 6 %; 压力泌水率比56. 0 %; 含气量3. 9 %;28 d 收缩率比113 %;3 d、7 d、28 d 抗压强度比为197 %、173 %、163 %;Cl - 含量0. 01 %;碱含量(Na2O + 0. 658 K2O) 1. 72 %;硫酸钠含量0. 36 %。
水:自来水。其p H 值6. 9 > 4. 5 ;碱含量(以当量Na2O 计) 5 mg/ l < 1 500 mg/ l 。
3 墩身用高性能耐久混凝土配合比配制
按耐久性要求设计的混凝土配合比应满足工作性、强度和长期耐久性的要求。根据以上所用原材料,经反复试配、调整得到墩身用高性能耐久混凝土配合比见表1[2 ,3 ] 。
C30 、C40 和C45 混凝土的性能检验结果:坍落度15. 5 ,18 ,17 cm ;56 d 抗压强度58. 9 ,58. 5 ,61. 5MPa ;56 d 电通量633 ,737 ,403 C ;混凝土圆环法试验抗裂性能均好。
4 墩身混凝土外观质量问题及产生的原因
4. 1 墩身混凝土外观质量问题
墩身混凝土外观常出现砂沟和麻面、局部色泽差、表面错台和不平整、裂缝等质量问题。产生这些外观质量问题的主要影响因素有:
(1) 高性能防腐耐久混凝土对密实性要求很高,这对原材料的选用和配合比的设计提出了很高的要求。在外加剂方面,要求减水率高、并且含有部分引气剂,此外要控制混凝土的水胶比,外加剂的掺量又不能太少,这样一来就会在混凝土内部产生大量的小气泡,一旦振捣不好,模板壁的气泡不能排出,就会在混凝土的表面形成开口的气泡。
(2) 为保证混凝土对电通量的要求,在配合比设计中都掺入大量的外掺合料,这样就人为地对水泥进行了改性,使所使用的普通水泥变为矿渣水泥或粉煤灰水泥,对混凝土的色泽产生较大的影响。
(3) 为降低混凝土的早期强度,确保混凝土的后期强度,增强混凝土的抗裂性,同时保证大体积混凝土内外温差满足客运专线的规定,必须减少水泥用量,加大掺合料的用量,这也会对混凝土的外观色泽产生较大的影响。
(4) 墩身模板质量和混凝土施工工艺控制不到位。
4. 2 产生原因的具体分析
(1) 墩身表面出现砂沟和麻面的原因。① 混凝土出现泌水现象(原材料质量波动,主要是粉煤灰细度超标、外加剂和水泥相容性差等) 。② 振捣工艺落实不到位,如漏振、欠振、局部过振。③混凝土分层厚度超过40 cm[4 ] 。④混凝土供应不及时,浇筑时间长,混凝土保水性差。⑤天气炎热,混凝土坍落度损失较大时,施工现场为了浇筑顺利有时掺水进行二次搅拌。⑥ 模板刚度不足,脱模剂使用不当。
(2) 混凝土表面局部出现色差的原因。① 模板表面未清理干净或脱模剂涂刷不均匀,除锈不彻底导致锈迹。②原材料(如水泥偏黑、粉煤灰含碳量高烧失量值偏大等) 。③ 混凝土搅拌时间不够,拌和不均匀。④混凝土分层出现较大差别。⑤浇筑时水泥浆溅在模板表面和流到前一节模板缝隙里后硬化,再浇筑混凝土所致。⑥混凝土浇筑过程中停顿时间过长(停电、混凝土供不上等) 。⑦混凝土表面粉饰等。
(3) 表面错台和不平整的原因。① 模板本身或连接刚度不足。②模板加工质量不能满足要求,安装时无法精确对位。③施工人员责任心不强,模板配套顺序搞错或连接螺栓未拧紧。
(4) 裂缝产生的原因。裂缝产生的原因较多,主要有原材料、混凝土配合比、施工控制、现场养护和设计强度、抗裂钢筋等原因。裂缝种类也较复杂,主要有2 类: ①由外荷载(静、动荷载) 直接应力和次应力引起的裂缝。②由变形变化引起的裂缝,包括结构因温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。其特征是当结构变形受到约束和限制时产生内应力导致裂缝,这种裂缝宽度大、内应力小,对荷载的影响小,但对耐久性损害大。据国内外调查资料表明,工程结构产生属于变形变化(温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降) 引起的裂缝约占80 %;属于荷载引起的裂缝约占20 %。
5 桥墩混凝土施工工艺
改善桥梁墩身用高性能耐久混凝土外观质量,从施工工艺控制方面主要采取如下措施。
5. 1 混凝土配合比
(1) 电通量是检验高性能防腐耐久混凝土质量的重要指标,在满足混凝土电通量的前提下,考虑适量减少掺合料和外加剂的掺量,以改善混凝土外观质量。
(2) 原材料本身的质和量波动直接影响混凝土的质量。因此,必须使用与配合比设计时同品质同标准的原材料,并确保称量准确。每盘称量允许偏差[2 ] : 水泥、矿物掺合料、外加剂、拌和用水±1 %;粗、细骨料±2 %。
(3) 混凝土拌制前和过程中,应准确测定砂、石含水率,及时调整施工配合比。
(4) 严格按投放制度投料。先投细骨料、水泥和矿物掺合料,再加水,粗骨料,外加剂。
(5) 严格控制混凝土搅拌时间不少于90 s[2 ] ,一般120 s。
5. 2 模板
(1) 模板必须有足够的强度、刚度和稳定性,其表面平整度≤5 mm[4 ] 。
(2) 模板拼缝应严密、平顺。当发现模板错台、漏缝或局部变形等问题时,必须修整。
(3) 脱模剂应涂刷均匀,不得有挂壁或下流现象。使用模板漆倒用次数不能过多。
(4) 模板安装后,因各种原因不能按时浇筑,造成模板产生锈迹,应及时处理。
(5) 墩身混凝土浇筑前,应派专人检查模板螺栓是否拧紧。
(6) 模板使用拆除后,应按规定修整保存。
5. 3 混凝土施工
(1) 墩身混凝土量较大,浇筑过程时间长,应按2 班作业配足相关人员。
(2) 严禁混凝土在生产、运输过程中加水进行二次搅拌等改变混凝土质量的现象发生。混凝土坍落度必须以灌注点所测数据为准, 控制在15 ～19 cm。
(3) 墩身混凝土浇筑时,合理布置下料点,分层厚度控制在30～40 cm[4 ] 。
(4) 严格按振捣工艺进行振捣,使用不小于<50mm 的高频振动棒,不能漏振,也不得过振。振捣时宜快插慢拔,振捣棒移动距离不能超过振捣棒作用半径的1. 5 倍,振动棒插入深度以进入前次灌注的混凝土面层下5～10 cm 为宜,与侧模保持10 cm ,并由周边向中间振捣。每点振捣时间20～30 s ,混凝土表面稍许泛浆即可。
5. 4 混凝土养护
(1) 高性能混凝土由于掺用了大量的外掺料,较普通混凝土更容易出现表面收缩及温度应力裂缝,因此,宜采用薄膜包裹、土工布覆盖,浇水、喷淋洒水等保温保湿养护措施。
(2) 洒水养护的间隔时间应以实际情况确定,必须保持混凝土表面始终处于湿润状态,一般4 h洒水1 次,养护不少于14 d ,并保证养护用水与混凝土表面温差不大于15 ℃[2 ] 。
参 考 文 献:
[1] TB 10210 - 2001 ,铁路混凝土与砌体工程施工规范[ S] .
[2] 铁建设[ 2005 ]160 号,铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[ S] .
[3] 中铁大桥局甬台温铁路工程中心试验室. 原材料和配合比试验检测报告[ R] . 2006.
[4] TZ 210 - 2005 ,铁路混凝土工程施工技术指南[ S] .
