摘 要:介绍了客运专线混凝土施工中所适用的标准和规范;指出了混凝土试验和施工中质量控制要点,施工中应注意的有关问题以及相应的施工对策。实践表明, PDCA循环对混凝土从配合比设计到生产、施工、养护质量管理活动的全过程控制,体现了质量管理的科学思想和工作方法。该方法在合武铁路湖北段建设过程中得到广泛的应用并取得了良好的效果。
关键词 客运专线 混凝土施工 质量控制 PDCA循环
客运专线建设对铁路工程混凝土施工提出了前所未有的高标准,保证客运专线工程施工质量,特别是保证混凝土施工质量对于客运专线建设具有非常重要的意义。混凝土质量控制包括两个方面的内容:一是使混凝土施工达到设计要求的质量标准。二是在满足设计要求的质量指标前提下尽量降低成本。由于科学技术的发展和人类生态环境的变化,混凝土工程的寿命要求放到了重要位置,这就使得混凝土工程在满足强度需求的同时,必须在提高其耐久性方面下功夫。客运专线铁路混凝土工程的重点应包括混凝土的强度、耐久性、耐腐蚀性、抗渗性和抗冻性等指标。
1 客运专线工程适用的主要标准与规范
国家标准《混凝土质量控制标准》( GB50164—92)对混凝土施工提出了以下明确要求:通过对原材料的质量检验与控制、混凝土配合比的确定与控制、混凝土生产和施工过程各工序的质量检验与控制,以及合格性检验控制,使混凝土质量符合规定要求。
在生产和施工过程中进行质量检测,计算统计参数,应用各种质量管理图表,掌握动态信息,控制整个生产和施工期间的混凝土质量。遵循升级循环的方式,制订改进与提高质量的措施,完善质量控制过程,使混凝土质量稳定提高。
必须配备相应的技术人员和必要的检验及试验设备,建立和健全必要的技术管理与质量控制制度。根据客运专线铁路工程的需要,铁道部于2005年发布、推荐了一组针对客运专线铁路工程的企业施工标准,其中与混凝土施工关系较密切的有《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》( TZ213—2005) 、《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》( TZ214—2005 ) 、《铁路混凝土工程施工技术指南》( TZ210—2005)以及《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》、《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设[ 2005 ]160号)等。这些新标准除要求执行国家、铁道部相应现行标准外,又提出了更为严格的要求。以隧道工程衬砌施工而言,《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[ 2005 ] 160 号) ,在对主控项目(如水泥、细骨料、粗骨料、外加剂、矿物掺和料、混凝土碱含量、拌制混凝土用水、混凝土配合比、混凝土的最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量及抗蚀系数等的检验数量和检验方法)做出了明确规定的同时,强调上述内容还应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设[ 2005 ] 160号)的相关规定。
《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[ 2005 ]160号)特别要求衬砌混凝土抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为56 d,混凝土强度试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作。要求:同条件养护抗压强度试件的取样、养护方式和留置数量应符合铁道部现行《铁路工程结构混凝土强度检测规程》的规定。要求衬砌混凝土的抗渗等级应按现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的规定进行试验评定。
喷射混凝土施工中,材料进场除要求符合国家、铁道部相应现行标准外,还提出喷射混凝土的性能、回弹率、粉尘浓度及喷射工艺应符合国家现行《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的规定;喷射混凝土的原材料、配合比、拌和、运输、喷射、质量检查及喷射工艺等,应符合现行《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的有关规定。
因此,工程技术人员不能满足于以往所熟悉的标准规范,还必须熟练掌握客运专线的相关标准,并认真贯彻执行。
2 客运专线混凝土施工质量控制要点
2.1 客运专线混凝土质量标准控制程序
客运专线混凝土通用质量标准控制程序见图1;均匀优质混凝土的主要因素见图2。
2.2 客运专线混凝土组成材料及配比的质量控制
国标《混凝土质量控制标准》( GB50164—92)对混凝土组成材料质量控制有明确的规定和要求。客运专线工程混凝土组成材料的质量控制由工程试验室(中心试验室及工区试验室)通过试验完成。主要步骤有:优选原材料(包括常规材料和各种添加材料) ,选出能够满足各种复杂地质条件下衬砌
工程等的混凝土配合比,使其具有优良的和易性和填充性,且不易离析。具有优良的耐久性,力学性能满足设计要求。在优化混凝土理论配合比的基础上,进行混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣、养护、脱模时间控制等施工工艺研究,以确保高品质混凝土衬砌的施工质量。
要提高混凝土的耐久性,必须降低混凝土的孔隙率,特别是毛细管孔隙率,最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果纯粹的降低用水量,混凝土的工作性将随之降低,又会导致捣实成型工作困难,同样造成混凝土结构不致密,甚至出现蜂窝等宏观缺陷,不但混凝土强度降低,而且混凝土的耐久性也同时降低。目前减少孔隙率的途径往往是掺入高效减水剂。
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是混凝土不能耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料(硅灰、矿渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2 及活性Al2O3 ,它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应,生成强度更高,稳定性更优的低碱性水化硅酸钙,从而达到改善水化胶凝物质的组成,消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料,其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径,能填充于水泥粒子之间的空隙中,使水泥石结构更为致密,并阻断可能形成的渗透路径。此外,还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用,对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。
随着建筑技术的发展,化学外加剂在混凝土中的应用已非常广泛。由于混凝土所使用的化学外加剂功能繁多,甚至在同一混凝土中掺加多种外加剂,再加上各种外加剂作用机理、使用方法各异,以及彼此间及与水泥的相容性等问题,都是属于在使用前应认真加以对待的。外加剂使用恰当,既能满足功能需求,又能产生经济效益;使用不当,则会产生各种问题。故外加剂使用前要做到:
(1)先做与水泥的相容性试验。
(2)外加剂合理掺量的确定,要特别兼顾功效与经济上的合理性。
(3)多种外加剂共用时,要进行配伍试验。
(4)高效减水剂与水泥生产日期的关系:差不多所有减水剂掺入新鲜水泥中均无减水功能,一定要停放半月后才有显效。
(5)掺外加剂的混凝土要遵照外加剂使用说明进行施工养护,否则收缩更强烈,混凝土易开裂。
(6)有机纤维的混凝土搅拌工艺应按产品说明进行。
混凝土相关标准对水泥保质期有明确规定,但有资料[ 4 ]强调,仅仅注意了保质期是不够的,要重视水泥出厂日期,工程中使用的水泥不得早于生产后二周,不得迟于生产后三个月,前者防止与外加剂的不良反应(这一点儿在混凝土施工中应引起重视) ,后者防止混凝土达不到设计强度。
2.3 制作衬砌混凝土抗压强度标准条件养护试件的新要求
前已述及,客运专线混凝土要进行56 d试验龄期的强度试验,按照《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设[ 2005 ] 160号)的规定,还要进行56d龄期的氯离子电通量试验。尽管新标准只是那么几段文字,但要严格按照标准进行试验,则必须认真筹划,组织实施。包括在开工前选定混凝土组成材料,提前组建试验室以制取标准试件,加上向监理申报试验数据可能延误的时间,必须在衬砌施工第一天的两个月之前进行抗压强度标准条件养护试件的制作。同时还要满足开工后喷射混凝土试验的要求。如试验室不能及时建设,则必须按规定选择委外试验,同样要提前进行调研,选择有资质的试验室。
氯离子电通量试验的设备或仪器应和其他设备仪器一样提前筹划,并通过物资公开招标,选择质量好、口碑好的生产厂家。
2.4 客运专线混凝土施工工艺的质量控制
混凝土施工工艺的质量控制是由试验室和施工过程共同完成的。试验室按照国家和行业标准规范对混凝土施工提出详尽的施工工艺并指导和监督现场的实际操作。
有研究资料报道:建筑工程中混凝土有害裂缝与可见裂缝70% 以上是在施工早期,特别是混凝土浇捣后一周内产生的。因此,控制好施工质量,特别是混凝土的早期养护是杜绝与减少混凝土结构工程裂缝的关键。混凝土施工工艺的质量控制非常重要。如合武客运专线在建设过程中就特别强调:试验室的工作远不止是对材料的检验及对混凝土配合比的试验,指导和监督现场混凝土施工对工程的质量至关重要,并把此作为对施工单位工程质量评比的一项重要内容。客运专线混凝土施工工艺主要包括混凝土的搅拌、运输、泵送和振捣工艺等。
搅拌工艺值得注意的有:投料中砂子、石子质量的控制,各种材料计量的准确度以及投料的顺序。搅拌混凝土的目的是使所有骨料表面都涂满水泥浆,从而使混凝土各种材料混合成匀质体。若搅拌不匀,不但影响混凝土强度,而且容易形成部分砂浆过多或者部分砂浆过少的现象,制成的混凝土在砂浆不足的部分形成蜂窝或麻面。搅拌均匀性与正确的搅拌方法、搅拌时间、进料顺序等有关。投料顺序正确可提高搅拌质量,常用的有一次投料法和二次投料法。
一次投料法是在上料中先装石子再加水泥,然后是砂子一次投入搅拌机中。对于强制式搅拌机应在投入原材料的同时缓慢均匀分散地加水。二次投料法是先向搅拌机内投入水和水泥等胶凝材料,待其搅匀后,再投入砂、石,继续搅拌到规定时间。这种投料方法可提高混凝土强度。实际操作中必须做到搅拌时材料按配合比规定计量。客运专线混凝土搅拌采用第二种投料顺序。在合武客运专线一次大检查中,发现有的工地操作工人凭经验办事,擅用第一种投料法,遂发文做出由试验室监管投料的相关规定,从而保证了工程质量。
提高混凝土施工人员素质是当务之急。随着行业的发展,生产设备、控制系统、试验检测手段等水平都有了很大提高,但管理人员、技术人员的素质却跟不上发展的需要,是一个值得关注的现象。在保证试验人员高素质的前提下,客运专线混凝土施工应做到对混凝土行业的技术人员、泵工、运输车等岗位操作工进行上岗培训,持证上岗。同时防止出现混凝土施工出现无人监管的情况。
PDCA循环指对混凝土从配合比设计到生产、施工、养护质量管理活动的全过程进行控制,是混凝土质量计划的制订和组织实施的过程,体现了质量管理的科学思想和工作方法。计划( Plan)就是根据工程需要,结合本地区混凝土原材料的实际情况,制定切实可行的方针、目标和计划;实施(DO)是按照混凝土要求计划,开展研制、生产、试验等各项工作;检查(Check)是按照计划的要求,检查、验收混凝土设计生产的进展情况;处理(Action)就是根据计划实施、检查得出的各项混凝土试验数据进行分析总结,处理遇到的各项问题,提出改进的措施和建议,保证混凝土设计计划实现。对于一些重大工程可采取相应的纠正措施和对策,使混凝土施工质量问题归零,作为新的一轮PDCA循环的开始,构成了混凝土质量不断提高的螺旋式上升过程。
合武铁路湖北段开展这项活动取得了可喜的成绩,在客运专线的混凝土工程施工中,应进一步认真开展这项活动,活动中要做到实事求是,防止弄虚作假。
3 结束语
混凝土工程的质量关系到客运专线工程的质量,贯穿工程的大部分施工工序,每个工序都必须认真对待。客运专线工程的混凝土标准对各施工工序都有明确要求。以隧道工程而言,不能只抓了衬砌施工,忽视喷射混凝土施工和注浆作业,或只重视衬砌和喷射混凝土施工而忽视了注浆作业。或者只重视材料检验,忽视了对现场的监管。只要客运专线建设全员重视混凝土工程施工质量,就一定能交付优质客运专线工程。
参考文献
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