先簡(jiǎn)支后連續(xù)裝配式板橋施工中硫磺砂漿復(fù)合支座的應(yīng)用研究

1、公路2004年1月第1期HIGHWAYJan12004No11文章編號(hào):0451-0712(2004)01-0065-04中圖分類號(hào):U443136文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B先簡(jiǎn)支后連續(xù)裝配式板橋施工中硫磺砂漿復(fù)合支座的應(yīng)用研究姜云霞,伍必慶,任少英(內(nèi)蒙古大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院呼和浩特市010023)摘要:臨時(shí)支座的制作與拆除是先簡(jiǎn)支后連續(xù)裝配式板橋施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié),介紹用硫磺砂漿等制作臨時(shí)支座的試驗(yàn)情況、制作工藝及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞:連續(xù)板橋施工;體系轉(zhuǎn)換;硫磺砂漿;臨時(shí)支座;試驗(yàn)裝配式后張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)板橋,為節(jié)省支架、便于施工,多采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的方法施工。預(yù)制好的空心板先吊裝安放在墩頂?shù)呐R時(shí)支座上,按順序

2、完成各道工序后澆注墩頂濕接縫混凝土,張拉錨固墩頂負(fù)彎矩區(qū)段預(yù)應(yīng)力鋼筋并進(jìn)行孔道壓漿,然后拆除臨時(shí)支座,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)支到連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換。臨時(shí)支座的制作與拆除是裝配式連續(xù)板橋施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié),硫磺砂漿支座是臨時(shí)支座可供選擇的形式之一。1硫磺砂漿支座的應(yīng)用111硫磺砂漿支座的工作原理系轉(zhuǎn)換。只要有足夠功率的電流,一孔臨時(shí)支座只須幾分鐘就可完成體系轉(zhuǎn)換。若用人工鑿除C40混凝土臨時(shí)支座,費(fèi)工費(fèi)時(shí),勞動(dòng)強(qiáng)度又大,噪聲也大。此外,連續(xù)板內(nèi)應(yīng)力受氣溫變化影響較大。在張拉預(yù)應(yīng)力筋及鑿除臨時(shí)支座的較長(zhǎng)時(shí)段中,氣溫對(duì)板內(nèi)應(yīng)力的影響遠(yuǎn)大于體系轉(zhuǎn)換過(guò)程在板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力,這給實(shí)測(cè)體系轉(zhuǎn)換應(yīng)力及變形時(shí)溫度的修正帶來(lái)麻煩

3、。采用硫磺砂漿電熱法拆除臨時(shí)支座,拆除速度快。選好恰當(dāng)?shù)牟鸪龝r(shí)機(jī)(如早6:008:00,此時(shí)連續(xù)板溫度應(yīng)力變化最小),可排除一天中溫度變化對(duì)連續(xù)板截面應(yīng)力的影響,測(cè)得體系轉(zhuǎn)換瞬間各控制截面應(yīng)力。因此,硫磺砂漿支座比較適用于需要迅速、平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換或需要實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形的連續(xù)板(梁)橋等。2硫磺砂漿支座制作的技術(shù)關(guān)鍵211配合比硫磺砂漿支座是利用硫磺砂漿在常溫下有較好的強(qiáng)度、承載力,遇熱后又能軟化及熔化的特性制作的拆除快捷方便的臨時(shí)支座。拆除臨時(shí)支座并進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換時(shí),只需接通電流,對(duì)硫磺砂漿支座進(jìn)行加熱,使硫磺砂漿受熱軟化,數(shù)分鐘內(nèi)完全熔化,連續(xù)板便由臨時(shí)支座落坐到永久支座上。在制作臨時(shí)支座

4、時(shí),電阻絲已預(yù)澆入支座的硫磺砂漿層中。112硫磺砂漿支座的強(qiáng)度構(gòu)成硫磺砂漿支座由水泥、硫磺、砂石及石蠟構(gòu)成。砂為骨料,硫磺起粘結(jié)作用,水泥為填充料。三者恰當(dāng)配比制作后構(gòu)成硫磺砂漿強(qiáng)度。石蠟在熔化硫磺時(shí)可以使硫磺受熱均勻、不沾鍋、不冒煙、好傾倒。石蠟與硫磺互不融合,熔化后石蠟在下,硫磺液體在上。113硫磺砂漿支座的應(yīng)用特點(diǎn)硫磺砂漿支座可以迅速、平穩(wěn)、無(wú)噪聲地實(shí)現(xiàn)體收稿日期:2003-09-15在裝配式先張法預(yù)應(yīng)力槽式臺(tái)座受壓柱的分段接縫中灌入硫磺砂漿,竣工后熔掉硫磺砂漿即可回收臺(tái)座的鋼筋混凝土柱并重復(fù)使用。為此,參考有關(guān)資料,采用配合比為:水泥硫磺砂石蠟=1230106,硫磺砂漿的抗壓強(qiáng)度可達(dá)3

5、0MPa。212抗壓強(qiáng)度如果臨時(shí)支座軸心均勻受壓,其強(qiáng)度達(dá)到30MPa就足夠了。但是,臨時(shí)支座與預(yù)制板底及蓋梁頂間難以全面接觸,臨時(shí)支座常為局部受壓,再加吊裝安放時(shí)沖擊力的作用,即使是C40混凝土支座也難免被66公路2004年第1期壓裂壓碎。因此,提高硫磺砂漿抗壓強(qiáng)度仍是研制硫磺砂漿支座首先要考慮的問題。可采取如下措施。(1)采用硫磺砂漿復(fù)合支座。復(fù)合支座由強(qiáng)度層和熔化層組成,強(qiáng)度層采用C40混凝土,厚為12cm。熔化層采用硫磺砂漿,厚為3cm。在豎向荷載作用時(shí),硫磺砂漿層縱向受壓,橫向擴(kuò)張,受上面C40混凝土強(qiáng)度層及下承壓面(蓋梁頂)的約束而處于三向應(yīng)力狀態(tài),抗壓強(qiáng)度可以提高,見圖1所示。單

6、位:cm圖1硫磺砂漿復(fù)合支座強(qiáng)度層及熔化層另外,采用3cm熔化層既節(jié)省了硫磺的用量又可使熔化時(shí)電阻絲的熱量集中,加速熔化,而且3cm厚的硫磺砂漿層的熔化下沉量遠(yuǎn)大于永久橡膠支座的壓縮量,足可以保證體系轉(zhuǎn)換的順利完成。(2)在強(qiáng)度層中配筋。為確保復(fù)合支座的強(qiáng)度,可在C40混凝土強(qiáng)度層中適當(dāng)布設(shè)<8鋼筋。鋼筋既可約束裂縫的展開,又可提高復(fù)合支座的強(qiáng)度。213硫磺砂漿復(fù)合支座性能試驗(yàn)21311硫磺砂漿與混凝土的親和性試驗(yàn)試驗(yàn)表明,若在室溫下將熔化的硫磺砂漿倒在混凝土表面,因硫磺砂漿在環(huán)境溫度下快速凝固,兩種材料的親和性不好。經(jīng)改進(jìn),采用噴燈對(duì)試模外側(cè)進(jìn)行適當(dāng)加熱,間接地對(duì)其中的C40混凝土進(jìn)行

7、加熱,灌入的硫磺砂漿流動(dòng)性良好而不會(huì)迅速凝固,且與C40混凝土接縫密合。在所制作的80多塊硫磺砂漿支座中,僅有一塊因硫磺砂漿層與C40混凝土強(qiáng)度層粘結(jié)不好而脫落。21312硫磺砂漿的拌和溫度硫磺砂漿的拌和溫度主要取決于硫磺在不同溫度下的流動(dòng)性及狀態(tài)變化。硫磺隨溫度變化的規(guī)律是:“單質(zhì)硫具有S8的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子,當(dāng)加熱到114時(shí),熔為稻草黃色的流動(dòng)液體。繼續(xù)升溫顏色漸深,流動(dòng)性較差。在160以上時(shí)多環(huán)狀分子破裂便首尾相接成長(zhǎng)鏈,使其粘度加大,至180左右變成深褐色液體,粘度最大。再升溫,又漸流動(dòng),溫度達(dá)到44416時(shí),液體變成紅褐色并開始沸騰,有硫蒸汽出現(xiàn)?！痹囼?yàn)表明,要保證硫磺砂漿有良好的流動(dòng)性

8、,便于拌和及澆注入模,拌和物的溫度宜控制在120130。21313硫磺砂漿支座熱熔性能試驗(yàn)硫磺砂漿支座采用電熱法熔化后拆除。支座的熔化速度既取決于電阻絲的功率,又取決于硫磺砂漿的均勻受熱程度。試驗(yàn)初期,曾采用混凝土立方體強(qiáng)度試模(15cm×15cm×15cm)制作硫磺砂漿支座。整個(gè)支座通體采用硫磺砂漿,將電阻絲彎成U形并澆入砂漿層中。支座在壓力機(jī)下加壓到25t后通電,由于硫磺砂漿的導(dǎo)熱性能差而絕緣性能好,通電后電阻絲周圍的硫磺砂漿迅速熔化,但稍遠(yuǎn)處的砂漿卻熔化得較慢,56mm以外則在短時(shí)間內(nèi)(10min左右)不受影響。硫磺砂漿支座的大部分仍未受熱而不能迅速軟化更談不上熔化,

9、整個(gè)試塊仍然保持一定的強(qiáng)度。局部熔化的液態(tài)硫磺及汽化的黃色硫磺沿紅熱的電阻絲噴涌而出,遇到空氣便燃燒起來(lái),產(chǎn)生藍(lán)色火苗及白色的有害人體健康的SO2煙霧。為此,改進(jìn)了制作方法,采用復(fù)合支座。采用復(fù)合支座可同時(shí)解決強(qiáng)度問題與熔化問題。辦法是在熔化層中進(jìn)行繞阻,使電阻絲密布,熱量集中,從而使硫磺砂漿層受熱既均勻又迅速。在制作復(fù)合支座C40混凝土強(qiáng)度層時(shí),按設(shè)計(jì)間距預(yù)插小鐵釘,然后將1500W電阻絲拉伸到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,并按圖2所示在鐵釘間纏繞電阻絲。然后,將其放入試模中澆注硫磺砂漿。實(shí)踐證明,這樣制作的硫磺砂漿支座在180200V電壓時(shí)57min即可全部熔化。單位:cm圖2電阻絲繞阻實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)的硫磺砂漿復(fù)

10、合支座在自重作用下的熔化曲線如圖3所示。為不使其冒煙,將電壓降到2004年第1期姜云霞等:先簡(jiǎn)支后連續(xù)裝配式板橋施工中硫磺砂漿復(fù)合支座的應(yīng)用研究67100V,但熔化速度相應(yīng)減慢。圖3硫磺砂漿復(fù)合支座熔化下沉曲線(100V)21314環(huán)保措施在制作和使用硫磺砂漿支座過(guò)程中,有兩個(gè)環(huán)節(jié)易產(chǎn)生有害人體健康的SO2氣體。一是拌和硫磺砂漿熱熔物時(shí),二是通電熔化時(shí)。為此,拌和時(shí)可用200溫度計(jì)控制炒水泥砂時(shí)的溫度。硫磺砂漿的溫度則根據(jù)其流動(dòng)性及顏色控制,溫度高其粘度大而流動(dòng)性變差,只須將鍋從火爐上端下即可。通電熔化硫磺砂漿支座控制其發(fā)煙或燃燒的主要措施有:一是控制電壓,二是預(yù)備些干沙土。遇到硫磺發(fā)煙燃燒時(shí)

11、,撒些沙土使其與空氣隔絕。硫磺砂漿在110V電壓時(shí)即發(fā)煙。為了加快熔化速度,現(xiàn)場(chǎng)常加電壓到180200V,撒沙后既不發(fā)煙,熔化又快,效果不錯(cuò)。214C40混凝土預(yù)制塊的入模方式為了制作出形狀方正、尺寸準(zhǔn)確的硫磺砂漿支座,采用制作混凝土抗折強(qiáng)度試塊的試模,中間用混凝土預(yù)制塊隔開,一套試模一次可制作2個(gè)硫磺砂漿支座。C40預(yù)制塊入模時(shí),曾采用將繞有電阻絲的一面朝上的方式,以方便澆注硫磺砂漿。但是,硫磺砂漿在空氣中冷卻較快,由于表面張力的作用,冷卻后的硫磺砂漿四周高、中間低,表面凹陷不平并有棒狀硫磺結(jié)晶體析出。由于這個(gè)凹陷面正是使用狀態(tài)時(shí)支座的承壓面,表面凹陷不平必將出現(xiàn)受載后的局部受壓而使支座的承

12、載力大大降低。為此,將C40混凝土預(yù)制塊繞有電阻絲的一面置于豎直面入模,該豎直面與鋼模側(cè)模板間只有3cm的豎直縫,作為澆注硫磺砂漿的灌入口。為避免硫磺砂漿遇到側(cè)模迅速凝固,澆注前先用噴燈對(duì)鋼模外側(cè)加熱,然后再澆注。實(shí)踐證明,這樣澆注的硫磺砂漿流動(dòng)性好,充滿試模與C40混凝土強(qiáng)度層間的空隙,硫磺砂漿散熱變慢,不再出現(xiàn)棒狀結(jié)晶,試件側(cè)面(使用狀態(tài)的承壓面)平整,受力狀態(tài)得到很大改善。215硫磺砂漿支座的抗剪強(qiáng)度硫磺砂漿支座在工作狀態(tài)下要承受因支座摩阻力(板梁溫差伸縮引起)而帶來(lái)的剪切力。實(shí)際使用表明,所有硫磺砂漿復(fù)合支座,C40混凝土預(yù)制塊與硫磺砂漿層面間的抗剪性能良好,沒有一個(gè)硫磺砂漿支座發(fā)生剪

13、切破壞。結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度可認(rèn)為由兩部分構(gòu)成:一是荷載壓力產(chǎn)生的層面摩阻力;二是C40混凝土預(yù)制塊表面有意做得粗糙不平而產(chǎn)生的機(jī)械嚙合力。另外,插入C40混凝土強(qiáng)度層中繞阻用的20多個(gè)小鐵釘,也提高了結(jié)合層面的抗剪強(qiáng)度。3硫磺砂漿復(fù)合支座制作工藝311材料與器材要求材料:水泥、硫磺、砂、石蠟、電阻絲(1500W)、小鐵釘(長(zhǎng)23cm)。器材:混凝土抗折試塊試模、電爐子(2000W)、小煤爐(用油漆桶內(nèi)膛泥土做成)、鍋架、300W小吹風(fēng)機(jī)、50cm直徑鐵鍋、30cm直徑鐵鍋、鐵鏟、鐵勺、噴燈、200溫度計(jì)、臺(tái)秤、小型插入式振搗棒。312制作臨時(shí)支座強(qiáng)度層C40混凝土塊(1)清理并組裝試模,試?？捎?/p>

14、混凝土抗折強(qiáng)度試塊的試模(15cm×15cm×55cm),中間以厚10cm的混凝土塊隔開成為2個(gè)15cm×15cm×2215cm的試模,內(nèi)刷隔離劑。(2)按配比拌和好C40混凝土混合料(現(xiàn)場(chǎng)用預(yù)制板梁的混凝土),將混合料倒入試模。(3)用插入式振搗棒均勻振搗拌和物23min,直至混凝土均勻密實(shí)、無(wú)氣泡上浮為止。混凝土頂面應(yīng)比試模頂面低3±013cm。(4)將小鐵釘按圖紙位置(見圖2)、尺寸插入混凝土中,外露015018cm。當(dāng)小鐵釘碰到石子時(shí),應(yīng)將石子摳出,并補(bǔ)入水泥砂漿,再將小釘插入。(5)拆除復(fù)合支座C40混凝土塊模板。將制好的復(fù)合支座C4

15、0混凝土強(qiáng)度層覆蓋,適時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)至不小于70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度。313纏繞電阻絲及入模(1)將電阻絲拉長(zhǎng)到218m左右。(2)按圖2所示的纏繞方法將電阻絲在小鐵釘間纏繞好。(3)將纏繞好電阻絲的C40混凝土塊裝入試68公路2004年第1期模。裝入時(shí),應(yīng)將C40混凝土塊側(cè)放,即將預(yù)制塊有電阻絲的一面置于豎平面上,支座底面貼著側(cè)模裝入試模,擰緊試模螺母,固定好試模及預(yù)制塊。314硫磺砂漿C40混凝土復(fù)合支座的制作(1)備料:配比采用水泥硫磺砂石蠟=1230106,利用4套試模一次制作8塊硫磺砂漿支座,材料用量為:水泥2000g,硫磺4000g,砂6000g,石蠟120g。(2)炒水泥砂:生好小煤爐,以30

16、0W小吹風(fēng)機(jī)鼓風(fēng),將稱好的砂子倒入直徑50cm的鐵鍋內(nèi),放到煤爐上加熱,并用鐵勺攪拌,使砂均勻受熱、干燥,隨后倒入水泥與砂子一起炒拌。(3)熔化硫磺:先將石蠟放入直徑為30cm的鐵鍋內(nèi),置于2000W電爐上加熱,再將稱好的硫磺倒入鐵鍋內(nèi)加熱,使其逐漸熔化為稻草黃色液體。(4)拌和硫磺砂漿熱熔物:用200溫度計(jì)將水泥砂混合料的溫度控制在120130左右,超過(guò)此溫度時(shí),可將鐵鍋端離小煤爐停止加熱;再將小鐵鍋內(nèi)的硫磺石蠟熱熔液倒入水泥砂鐵鍋內(nèi)拌和,直到均勻一致為止。拌和時(shí),若發(fā)現(xiàn)硫磺顏色變?yōu)樯詈稚?粘度很大,不宜攪拌,說(shuō)明加熱過(guò)度,應(yīng)將鍋從煤爐上端下,邊冷卻邊拌和至均勻一致。控制溫度是保證硫磺砂漿流

17、動(dòng)性的關(guān)鍵。(5)預(yù)熱試模:在拌和硫磺砂漿的同時(shí),另用噴燈加熱試模,加熱灌入硫磺砂漿的一側(cè)的側(cè)模(圖4),加熱時(shí)火焰不得燒灼電阻絲,以免其發(fā)紅變軟,撓曲變形,相互搭接造成短路。單位:cm圖4預(yù)熱試模(6)硫磺砂漿入模:可端起鍋直接向試模中灌入,也可用鐵勺逐勺灌入(圖5)。在砂漿入模時(shí),要輕輕敲擊試模,使其均勻密實(shí)、直至無(wú)氣泡上浮為止。(7)拆模養(yǎng)護(hù):試模冷卻不燙手即可拆模。棄除砂漿不飽滿的試件,用萬(wàn)用電表挑除斷路、短路的試圖5澆注硫磺砂漿件,其余放入養(yǎng)護(hù)池養(yǎng)護(hù)C40混凝土強(qiáng)度層。4應(yīng)用實(shí)例硫磺砂漿復(fù)合支座在鄂爾多斯市薛家灣鎮(zhèn)準(zhǔn)格爾大橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換中得到了成功的應(yīng)用。該橋上部結(jié)構(gòu)縱向?yàn)?25m后張預(yù)應(yīng)力連續(xù)板,橫向每跨由15塊空心板鉸接而成,采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的方法施工。為研究體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中板的內(nèi)力及變形情況,在4號(hào)及12號(hào)板的支座等控制截面的板頂、板底安裝了測(cè)試儀表,為減少鑿除臨時(shí)支座的震動(dòng)對(duì)儀表的影響,在該兩板及鄰板下共安放了70塊硫磺砂漿支座,其余仍用C40混凝土支座。體系轉(zhuǎn)換時(shí),采用3kVA小型變壓器,熔除每個(gè)硫磺砂漿支座只需57min。相比較而言,若采用人工鑿除C40混凝土臨時(shí)支座,一排橋墩蓋梁頂60個(gè)臨時(shí)支座,45