無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制

無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制陳昌杰李波[摘要]通過客運(yùn)專線東湖特大橋112m提籃拱鋼管混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工，闡述了無(wú)收縮混凝土的特點(diǎn)和施工過程的控制要點(diǎn)[關(guān)鍵詞]客運(yùn)專線提籃拱鋼管混凝土配合比設(shè)計(jì)無(wú)收縮混凝土控制要點(diǎn)1工程概況東湖特大橋位于武漢市洪山區(qū)森林公園內(nèi)，主橋112m提籃拱梁全長(zhǎng)116m，計(jì)算跨長(zhǎng)112m，矢跨比為1:5，拱肋平面內(nèi)矢高22.4m，拱肋采用懸鏈線線型。提籃拱橋系梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，橋面寬17.8m，梁高2.5m。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用C55無(wú)收縮混凝土填充，混凝土彈性模量Ec=×104MPa。2配合比設(shè)計(jì)言客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為100年，混凝土配合比設(shè)計(jì)理念應(yīng)以高性能混凝土的耐久性作為主要指標(biāo)，重點(diǎn)是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過對(duì)原材料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制，使生產(chǎn)的混凝土拌合物具有良好的工作性，對(duì)于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言，其自密實(shí)性有較高的要求；另外，還要求混凝土和鋼管應(yīng)具有良好的粘接，但還不能因?yàn)榛旃芑炷凉皹虻氖┕ぜ虞d順序決定了混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和剛度，以確保拱肋的線性符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)合高性能混凝土的特點(diǎn)，把7~14天的抗壓強(qiáng)度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)。原材料的選擇2.2.1水泥表1水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果m2/kg3SO含量%≤凝結(jié)時(shí)初3間凝(min)終凝0CL-含量%≤抗壓強(qiáng) ≥≥總堿含量%≤抗折強(qiáng)≥度28d≥2(Mpa)2.2.2砂高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗為好，另外，要嚴(yán)格控制砂中的細(xì)顆粒含量和有害物質(zhì)含量，選用非堿活性骨料，試驗(yàn)選用湖北巴河河砂。試驗(yàn)項(xiàng)目堅(jiān)固性%硫酸鹽及硫化物含量%CL-含量%吸水率%標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤≤表2試驗(yàn)結(jié)果砂性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目輕物質(zhì)含云母含量%有機(jī)物含量細(xì)度模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤≤顏色應(yīng)不深于標(biāo)色/試驗(yàn)結(jié)果淺含泥量%≤泥塊含量%≤02.2.3碎石粗骨料應(yīng)選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的潔凈碎石，并嚴(yán)格控制針、片狀含量、含泥量、泥塊含量，選用非堿活性粗骨料。試驗(yàn)選用湖北武穴郭沖石場(chǎng)5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石，按二級(jí)摻配。試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值表3碎石性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性%3CL-含量%吸水率%含泥量%泥塊含≤≤≤≤0緊密空隙率%針、片狀含量%壓碎指標(biāo)值%///10堿活性試驗(yàn)采用巖相法，沒有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2..粉煤灰混凝土中加入粉煤灰，可改善混凝土的工作性能，降低干縮變形和水化熱，減小水泥用量，提高混凝土的耐久性。粉煤灰要選產(chǎn)量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的電收塵試驗(yàn)選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)原狀粉煤灰。試驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)度%3CL-含燒失量%標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤≤≤表4試驗(yàn)結(jié)果粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目堿含量%含水率%標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值/≤≤試驗(yàn)結(jié)果2.2.5膨脹劑膨脹劑應(yīng)作為細(xì)摻料等量取代部分水泥，在高性能混凝土中摻入適量膨脹劑，可在約束條件下有膨脹而產(chǎn)生一定的自應(yīng)力，以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水膠限公司生產(chǎn)的JM-ⅢC低堿型混凝土膨脹劑。表5膨脹劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值細(xì)度3CL-含量%總堿含量%2限制膨脹率≤≤≤≥≤凝結(jié)時(shí)間抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度空氣中初凝≤≥≥≥2.2.6外加劑外加劑應(yīng)選用與水泥相容性好,減水率高、高增強(qiáng)、低收縮，坍落度損失小，適量引氣，能提高混凝土的自密性，能明顯改善或提高混凝土耐久性并且性能試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA緩凝高效減水劑。試驗(yàn)項(xiàng)目減水率24量%CL-含量%總堿含量%2對(duì)鋼筋銹蝕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≤應(yīng)說(shuō)明對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕表6試驗(yàn)無(wú)銹蝕外加劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目含氣量%坍落度保留值(mm)抗壓強(qiáng)度比%30min60min相對(duì)耐久性指標(biāo)% 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值≥試驗(yàn)結(jié)果PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗(yàn)結(jié)果水泥凈漿流動(dòng)度/mmJM-PCA摻量%初靜置30min流動(dòng)度損靜置60min流動(dòng)度損始30min失60min失26025372431726926452561328828352799304305-129863062988287193052881728025由表7試驗(yàn)結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好,摻量在%以上時(shí)水泥凈漿的流動(dòng)性能已趨于穩(wěn)定,摻量%時(shí)流動(dòng)度損失最小,為最佳摻量。2.2.6水試驗(yàn)采用飲用水。配合比優(yōu)化2.3.1混凝土的拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2002)進(jìn)行，混凝土的力學(xué)性能按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進(jìn)行，混凝土耐久性按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè)[2005]160號(hào)進(jìn)行。其力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn)試件混凝土試拌所用原材料在使用前24h放入成型室內(nèi)，室內(nèi)溫度控制在(20±2)℃,相對(duì)濕度控制在70%-90%。考慮混凝土施工是采取泵送頂升工藝，拌合物坍落度設(shè)計(jì)為180~220mm，混凝土的配制強(qiáng)度為。2.3.2配合比試配采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行，即三水平四因素正交試驗(yàn)，選定水膠比W/C(A)，砂率Sp(B)，粉煤灰摻量(C)，膨脹劑摻量(D)作為四個(gè)考察因素，每因素取3個(gè)試驗(yàn)水平。試驗(yàn)組號(hào)試驗(yàn)組號(hào)水膠比W/CA密度Kg/m324202415240524102403砂率SpB含氣表8粉煤灰%C表9試驗(yàn)按三水平因素正交試驗(yàn)安排脹劑脹劑1012121010128水泥g413粉煤g砂g59906877石g995新拌混凝土拌合物作性能測(cè)試結(jié)果膨脹g3030min60min90min120min始200195185180180210205195190180220210200195180210200195185170215210205200195失水g初凝h:min外加劑gh:min17061208試驗(yàn)條件：溫度(20±2)℃,濕度＞90%。從表9可以看出，新拌混凝土拌合物的坍落度損失與膨脹劑的摻量有關(guān)系，摻量越大，坍落度損失越大。而混凝土的凝結(jié)時(shí)間受粉煤灰、膨脹劑的摻量的影響不大，都能滿足施工的要求。表10正交試驗(yàn)混凝土的學(xué)性能和耐久性指標(biāo)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量(×104MPa)電通量/C組號(hào)3d7d14d28d56d3d7d14d28d7d56d18615172#16394823#19824134#156942420593966#163842021303938#14944679#16724402.3.3試驗(yàn)結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素。高性能混凝土的彈性模量與膠凝材料用量、粗骨料用量有一定關(guān)系，影響因素大的是粗骨料的用量。在相同水膠比條件下，粗骨料用量大，彈性模量相對(duì)較高；在強(qiáng)度相差不大條件下，膠凝材料用量大，彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對(duì)混凝土前期強(qiáng)度影響較小，對(duì)后期強(qiáng)度影響較為明顯，這是因?yàn)閮?yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應(yīng)析出的Ca(OH)緩慢發(fā)生火山灰反應(yīng)，利于后2期強(qiáng)度的增加。粉煤灰僅起填充作用，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠致密，有大量的微孔和裂隙存在，電通量值偏大；在后期，由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，降低了混凝土的內(nèi)部空隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性，使得電通量值很小，大大提高了耐久性能。通過對(duì)強(qiáng)度和彈性模量采用正交分析是C和C均能滿足設(shè)計(jì)要求，但從試驗(yàn)3838效果、經(jīng)濟(jì)效益以及對(duì)膠凝材料總用量來(lái)考慮，選取C是最好的組合：即W/C=,38砂率Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量(8%、10%、12%)進(jìn)行試驗(yàn)。序號(hào)123序號(hào)123水泥坍落度mm砂606060初凝h:min碎石表11粉煤灰表12改變膨劑摻量試驗(yàn)結(jié)果7d28d56d膨脹劑水坍落050自由膨率試驗(yàn)結(jié)果自由膨脹率(×10-4)水中養(yǎng)護(hù)空氣中養(yǎng)護(hù)13714286037142860從表11、12可知，隨膨脹劑摻量增加，膨脹率增加，而強(qiáng)度有所降低。膨脹大部分發(fā)生在14d以前，以后只有微小的膨脹，28天趨于穩(wěn)定。水中養(yǎng)護(hù)膨脹較空氣中養(yǎng)護(hù)的大。終上試配可以得出，東湖特大橋提籃拱C55無(wú)收縮混凝土采用了序號(hào)1的配合比，即：水泥:砂:碎石:粉煤灰:膨脹劑:水:外加劑=385:660:1077:75:40:150:每m3混凝土氯離子含量為：0.228kg/m3(＜500×%=0.30kg/m3);總堿含量為：2.565kg/m3(＜3kg/m3)均符合高性能混凝土要求。3混凝土施工控制原材料準(zhǔn)備：各種原材料要準(zhǔn)備充分。東湖特大橋提籃拱C55無(wú)收縮混凝土設(shè)計(jì)方量是606m3,實(shí)際準(zhǔn)備按620m3準(zhǔn)備原材料。原材料經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，質(zhì)量情況都在配合比設(shè)計(jì)要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺(tái)HZS120L攪拌機(jī)，混凝土生產(chǎn)量80m3/h,拌合站各種衡器都已檢定合格，每次使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核，并進(jìn)行首盤復(fù)核，控制每盤稱量偏差。混凝土拌制前，對(duì)砂、碎石、粉煤灰含水量測(cè)試，并據(jù)測(cè)試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序?yàn)椋荷?碎石+水泥+摻合料攪拌30s，加水，再加外加劑攪拌120s，卸料。檢查試拌混凝土：工作性能良好，坍落度測(cè)試210mm,含氣量%。考慮混凝土的運(yùn)輸時(shí)間在10-20分鐘內(nèi)，外界溫度19-23℃，濕度大于70%，這與設(shè)計(jì)試配配合比的環(huán)境條件基本一致，因此到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過程中，在拌合站和施工現(xiàn)場(chǎng)分別安排2名試驗(yàn)員，對(duì)每車混凝土的坍落度進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，混凝土的泵送垂直高度40米，泵送坍落度控制在180~200mm，因此在拌合站控制坍落度在200~220mm，現(xiàn)場(chǎng)泵送≥180mm。對(duì)于測(cè)試不能滿足要求的(拌合站≤190mm或≥220mm;施工現(xiàn)場(chǎng)≤180mm)，不能用于泵送頂升，應(yīng)廢棄。混凝土泵送頂升采用4臺(tái)三一HBT60C砼輸送泵，從4個(gè)拱腳同時(shí)泵送，由于運(yùn)距較近(2.5km)，每臺(tái)輸送泵由3臺(tái)7m3的輸送罐車供料，保證4個(gè)部位同時(shí)泵料，拱內(nèi)砼上升速度保持一致，防止鋼管拱受力不均?；炷恋谋盟晚樞蚴窍认鹿埽偕瞎?，最后是腹板?；炷量箟涸嚰糁昧?0組，彈性模量試件留置了12組，膨脹率試件留置了6組，都分別留了標(biāo)養(yǎng)與同條件試件。根據(jù)施工要求，測(cè)試了標(biāo)養(yǎng)7天抗壓強(qiáng)度為、同養(yǎng)7天為MPa，同條件養(yǎng)護(hù)10天抗壓強(qiáng)度為MPa、彈性模量為×104MPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的90%以上強(qiáng)度可以經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)養(yǎng)28天強(qiáng)度為MPa，同條件養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度為MPa均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度。28天標(biāo)養(yǎng)膨脹率為%，空氣中養(yǎng)護(hù)膨脹率為%，并且都趨于穩(wěn)定。4試驗(yàn)體會(huì)水膠比、粉煤灰和膨脹劑摻量是鋼管