32m超低高度梁高強混凝土泵送施工工藝
2005-04-18 00:00
摘要:32m后張法超低高度預應力混凝土曲線梁的制造位列路內各梁型生產難度之最,C65高強混凝土彈性模量高,該混凝土與鋼纖維混凝土交叉澆筑,成功實現了200m遠距離泵送。
關鍵詞:膠新鐵路;超低高度梁;高強混凝土;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地區需要建筑高度最低、施工簡便、造價經濟的超低高度梁,該梁型可大大降低路堤高度,經濟效益顯著。
32m超低高度曲線梁,混凝土設計強度等級C65,其水泥用量大、初凝時間短,要求必須加快澆筑進度,縮短施工周期。通過泵送流態混凝土,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,為抵抗傳力錨固階段預應力對上緣混凝土產生過大的拉應力,而摻入少量鋼纖維,增加了混凝土的抗裂能力。高強混凝土與鋼纖維混凝土交叉施工,增加了澆筑難度。
配制高強混凝土,原材料選擇是重中之重,其次是配合比設計,施工控制,這3點相互關聯,互為制約,只有精心設計,精心組織,才能生產出優質梁。
2原材料選擇
(1)水泥選擇
高強混凝土的配制,宜使用高強度等級水泥,以便合理地控制水泥用量,避免水泥用量過大帶來的弊端。經比選,用52.5級的水泥配制C65混凝土,完全滿足規范要求。
具體是,前2片梁采用葛州壩水泥廠生產的三峽低熱52.5級大壩水泥。該水泥特點:水化熱小,溫度上升慢,早期強度低,后期強度高,終張拉所需時間長,但因其水泥運距長,供應困難,強度發展太慢,影響臺座周轉。從多種因素分析后,改用山東水泥廠產“五岳”52.5級水泥。該水泥早期強度高,水化熱較大,凝結時間快,初凝1.5h。因此在澆筑時,應采取措施,使混凝土初凝時間在3h以上。
(2)摻和料
因《預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支梁》(GB7418-87)中未列明允許摻用摻和料,且相關技術文件中也未說明,因比,在選用材料時不作考慮。
(3)細骨料
配制高強混凝土用砂,主要滿足以下技術指標:①砂必須是非堿活性材料;②砂細度模數310～312,砂硬度高,級配曲線合理;③含泥量小于1%,不含泥塊;④砂堅固性符合規范要求。經檢測大沽河前朱毛砂,滿足上述關鍵要求。
(4)粗骨料
在膠州梁場方圓120km范圍內,有3個產地的碎石適宜配制高強度混凝土,經考察,選用距梁場120km的孟疃碎石,母巖為石灰巖,抗壓強度142MPa,與混凝土強度比大于210倍,符合規范要求。生產工藝為錘擊式破碎,滾篩分級,5～20mm級配良好,針片狀,壓碎指標值均滿足規范要求,配制C65混凝土用碎石。配制前,全部用強制式攪拌機攪拌、沖洗,以徹底去除泥塊和石粉。
(5)水
拌和、養護用水均采用飲用水。
(6)高效減水劑
配制高強混凝土,高效減水劑的選擇是技術關鍵。經多家知名廠家篩選、分析,淄博NOF-1A價格適中,泌水性小,被選為制梁用減水劑。
3配合比設計
(1)32m超低高度曲線梁梁體混凝土配合比設計混凝土強度等級C65,彈性模量≥3170×104MPa,坍落度要求160mm左右。
混凝土試配強度必須按《鐵路混凝土與砌體工程施工規范》(TB10210-2001)表5.8.4的規定。因是新建梁場,尚未統計資料,混凝土強度標準差δ值在混凝土強度等級大于C40時為510MPa,經計算混凝土施工配制強度為73.2MPa。
水泥活性按強度保證值52.5MPa計算,確保保證率。利用水灰比與強度的線性關系式計算出水灰比為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,然后調整砂率。該配合比碎石用量取1140kg/m3。
根據《普通混凝土配合比設計規程》(JJG55-2000),高強混凝土最大水泥用量不應大于550kg的要求,求出最大用水量為550×01322=177kg。外加劑用量在018%～110%時為推薦最佳摻量,外加劑用量取中間值019%,按假定容重法,計算初步配合比。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。
試拌結果:當用水量為172kg時,坍落度達到175mm,按坍落度遞減10mm,用水量增減215kg計算,實際用水量應為169kg/m3,水泥用量應為169÷01322=525kg,采用固定用水量法。分別選取水泥用量520、530、540、550相對應水灰比:01325、01319、01313、01307,分別計算配合比,并進行試拌調整,用絕對體積法計算單方材料用量,7d及28d強度(R)與彈性模量(E)見表1。
表1 混凝土強度及彈性模量
|
序
號 |
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,當水泥用量達550kg/m3后,強度與彈性模量不再成比例增長;序號3配制C65梁體混凝土經濟合理。
(2)C65橋面板鋼纖維混凝土配合比設計鋼纖維混凝土設計強度等級C65,設計彈性模量3170×104MPa,其主要目的是抵抗張拉時橋面受到的拉應力。
鋼纖維混凝土的配制強度同梁體混凝土,在同水灰比條件下,鋼纖維混凝土抗壓強度比普通混凝土高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計要求,就要減小砂率,砂率減小后,鋼纖維摻加量要小,結合拌和實際,每盤水泥用量200kg,鋼纖維每袋20kg,當加入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%,在規定范圍之內。
計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內調整(表2)。
表2鋼纖維混凝土配合比設計按砂率遞減發試拌調整結果
|
序
號 |
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 |
經分析測試結果,采用3號配合比,混凝土強度、彈性模量、坍落度均滿足設計要求。
4施工控制
(1)制定施工細則要保證梁體混凝土的施工質量,試配合理的理論配合比是前提,合格的原材料是關鍵,施工控制也是至關重要的,這一點對高強混凝土更顯得重要。按照全面質量管理方法,分析原因,尋找對策,針對原材料加強檢查,混凝土的攪拌、澆筑、振搗、養護、拆模等工序,均按照規范作了嚴格的規定,并在施工前對工人進行了崗前培訓。
(2)混凝土拌制準確計量是保證混凝土拌和質量的根本,為此,制定了嚴格的質量管理制度。前幾盤,逐盤檢查計量器具示值,使之保持精確。投料全部自動化,精度控制在規范允許范圍之內。
(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,將初凝時間延長至4h以上。進料口坍落度160mm,輸送200m距離,入倉坍落度達130～140mm,泵壓在28MPa以下,可泵性較好。
(4)蒸養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,當強度達53.5MPa時,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度達53.5MPa即可初張拉,拆完模就可施行初張拉,在15～20d齡期對混凝土抗壓強度和彈性模量進行檢測,當強度達68.5MPa以上,彈性模量達3.70×104MPa以上時,進行終張拉。
5體會
(1)為保證梁體高強混凝土抗壓強度和彈性模量滿足設計要求,采用最大石子用量法設計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度和彈性模量滿足設計要求,突破了鋼纖維混凝土常規砂率在50%～60%的限制,砂率降到了46%,保證了鋼纖維混凝土的強度和彈性模量,拓寬了鋼纖維混凝土的應用領域。
(3)鋼纖維混凝土在低砂率狀態下,成功進行了200m遠距離泵送,查閱資料,未見先例,實現了技術突破。
參考文獻:
[1]朱清江主編.高強高性能混凝土研制及應用.北京:中國建材工業出版社,1999.
[2]雍本編著.特種混凝土設計與施工.北京:中國建筑工業出版社,1993.
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