預(yù)制箱梁高性能混凝土的質(zhì)量控制

近幾年我國(guó)高速客運(yùn)鐵路建設(shè)快速發(fā)展,高客專線的許多大型連續(xù)橋梁都采用預(yù)制箱梁技術(shù),并采用高性能混凝土替代普通混凝土。高性能混凝土的使用可滿足橋梁的高耐久性、安全使用期長(zhǎng)、減少維修費(fèi)、綜合效益高、安全系數(shù)高的要求。高性能混凝土的高工作性能,使箱梁的生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)便,提高生產(chǎn)效率,加快施工進(jìn)度。但箱梁的體積較大,截面為閉口薄壁截面,混凝土連續(xù)整體澆筑,施工不當(dāng)易發(fā)生質(zhì)量問題,本文以京石高客某梁場(chǎng)后張法預(yù)應(yīng)力箱梁為例,介紹了高性能混凝土的質(zhì)量控制措施。

一、箱梁高性能混凝土配合比控制

梁體高性能混凝土配合比是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵,高性能混凝土的配制采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)。依據(jù)原材料性質(zhì)配制多個(gè)配合比,以坍落度、含氣量、泌水率、強(qiáng)度、彈性模量等作為優(yōu)化指標(biāo),從中選出能滿足設(shè)計(jì)要求的最佳配合比。再進(jìn)行抗?jié)B性、抗氯離子滲透性能、抗堿-骨料反應(yīng)、抗凍性、抗裂性、抗鋼筋銹蝕、電通量、耐磨性及膠凝材料抗硫酸鹽侵蝕性檢驗(yàn),確定最終的混凝土配合比。

混凝土拌合物中各種原材料引入的氯離子總質(zhì)量應(yīng)不超過膠凝材料總量的0.1%。針對(duì)高性能混凝土的高流動(dòng)性,對(duì)于梁體混凝土要高度重視體積收縮和徐變特性,通過優(yōu)化混凝土的配合比,盡量減小混凝土的收縮和徐變終極值。

混凝土配合比按《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)規(guī)定》和(TB10210-2001)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、試配和調(diào)整,選用較為理想的滿足施工要求的配合比。配合比計(jì)算步驟如下:

1.核對(duì)水泥熟料中的化學(xué)成分和礦物組成、混合材料種類和數(shù)量,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,初步選定水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑品種,以及水膠比和膠凝材料總用量范圍。

2.計(jì)算混凝土各原材料用量,并核算單方混凝土的總堿含量和氯離子含量是否滿足要求。

3.試配和調(diào)整,調(diào)配出坍落度、含氣量、泌水率符合要求的混凝土配合比,作為基準(zhǔn)配合比。

4.改變基準(zhǔn)配合比的水膠比,并調(diào)整膠凝材料用量、礦物摻合料的摻量、外加劑摻量及砂率參數(shù),調(diào)配出拌合物性能與要求基本接近的配合比3～5個(gè)。

5.按上述配合比制作力學(xué)性能和抗裂性能試件,養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期進(jìn)行試驗(yàn)。其中,標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度試件每種配合比制作5組,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至1d、3d、10d、28d、56d時(shí)試壓。

6.從上述配合比中優(yōu)選出拌合物性能和抗裂性優(yōu)良、抗壓強(qiáng)度適宜的一個(gè)或多個(gè)配合比各成型一組或多組進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。

7.根據(jù)上述不同配合比對(duì)應(yīng)混凝土拌合物的性能、抗壓強(qiáng)度、抗裂性以及耐久性能試驗(yàn)結(jié)果,按照工作性能優(yōu)良、強(qiáng)度和耐久性能滿足要求、經(jīng)濟(jì)合理的原則,優(yōu)選出最佳配合比。

二、高性能混凝土原材料的控制

由于預(yù)制箱梁對(duì)高性能混凝土的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求,相應(yīng)提高了原材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)混凝土原材料產(chǎn)地考察、進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)、合格證和檢驗(yàn)報(bào)告審查是原材料質(zhì)量的預(yù)控措施之一。

(一)水泥

高性能混凝土對(duì)水泥有更嚴(yán)格的要求。箱粱所采用的水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定 ,強(qiáng)度等級(jí)不低于42. 5的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥。

對(duì)于首批進(jìn)場(chǎng)水泥,必須按《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,隨機(jī)的抽取不少于12kg水泥作為檢驗(yàn)試樣。水泥供應(yīng)商還必須提供每批水泥的C3A含量、助磨劑種類及摻量、石膏種類及摻量。實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目為強(qiáng)度、比表面積、安定性和凝結(jié)時(shí)間。

(二)粉煤灰

粉煤灰能有效改善了混凝土拌合物的和易性,減少泌水率,提高抗離析性;并提高混凝土的密實(shí)性、抗?jié)B性、抗化學(xué)侵蝕性。減少水化熱,防止混凝土開裂。箱梁高性能混凝土宜選用I級(jí)粉煤灰。

首批進(jìn)場(chǎng)粉煤灰需按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)進(jìn)行全項(xiàng)目檢驗(yàn),隨機(jī)抽取不少于10kg粉煤灰作為檢驗(yàn)試樣。試驗(yàn)室日常抽檢項(xiàng)目為細(xì)度、燒失量、需水量比和活性指數(shù)。

(三)礦渣粉

礦渣粉可降低混凝土水化熱,有效減少混凝土產(chǎn)生的早期溫縮裂縫。礦渣粉的微集料效應(yīng)和二次水化反應(yīng),可以使混凝土孔徑細(xì)化,連通孔減少,混凝土密實(shí)性提高,從而大幅提高混凝土的抗?jié)B性能。

對(duì)于首批進(jìn)場(chǎng)的磨細(xì)礦渣粉必須按《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T 18046-2008)進(jìn)行全項(xiàng)目檢驗(yàn),在20個(gè)以上部位隨機(jī)抽取的試樣不少于10kg。試驗(yàn)室日常抽檢項(xiàng)目為:比表面積、燒失量、流動(dòng)度比、活性指數(shù)。

(四)細(xì)骨料

細(xì)骨料宜采用細(xì)度模數(shù)2.5～2.9,級(jí)配Ⅱ區(qū)的中砂。首批進(jìn)場(chǎng)的細(xì)骨料必須按《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ522006)全項(xiàng)目檢驗(yàn)。

試驗(yàn)室日常抽檢項(xiàng)目為:篩分、細(xì)度模數(shù)、云母含量、含泥量、泥塊含量、輕物質(zhì)含量、有機(jī)物含量。檢驗(yàn)結(jié)果有一項(xiàng)指標(biāo)不合格時(shí),重新取樣,對(duì)不合格項(xiàng)加倍復(fù)驗(yàn);若仍有一個(gè)試樣不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,則按不合格品處理,不得投入使用。

(五)粗骨料

粗骨料粒級(jí)為5～20mm,對(duì)于首批進(jìn)場(chǎng)的粗骨料按《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 522006)全項(xiàng)目檢驗(yàn)。試驗(yàn)室日常抽檢項(xiàng)目為顆粒級(jí)配、壓碎值指標(biāo)、含泥量、泥塊含量、針片狀顆粒含量。

(六)外加劑

箱粱高性能混凝土宜使用聚羧酸系高效減水劑。首批進(jìn)場(chǎng)減水劑按《混凝土外加劑》(GB8076-2008)全項(xiàng)目檢驗(yàn),并有廠方質(zhì)量證明書。每批進(jìn)場(chǎng)的外加劑還應(yīng)與所用材料進(jìn)行適應(yīng)性及效果檢驗(yàn),以調(diào)整合理?yè)搅?。試?yàn)室日常抽檢項(xiàng)目為:減水率、常壓泌水率比、含氣量、抗壓強(qiáng)度比,以及可泵性、坍落度損失等指標(biāo)。

三、箱梁高性能混凝土灌筑

混凝土拌合前,由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)粗骨料、細(xì)骨料的含水率情況,下達(dá)配合比通知單,攪拌站根據(jù)通知單進(jìn)行配料攪拌。前五盤,由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定坍落度、含氣率和溫度,此后每五盤檢驗(yàn)一次。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌。外加劑因摻量小,應(yīng)事先精確稱量,攪拌時(shí)由專人投放。

混凝土灌注采用兩臺(tái)布料機(jī)分別從兩端及兩側(cè)同時(shí)向中間逐步推進(jìn)灌注的方式,采用插入式振動(dòng)棒為主、側(cè)振為輔聯(lián)合振搗成型的方式。側(cè)振要短振、勤振;振搗棒應(yīng)垂直點(diǎn)振,不得平拉。混凝土應(yīng)分層澆注、分層振搗,每層澆注厚度不超過30cm。底、腹板混凝土灌注完畢,關(guān)閉內(nèi)模頂板預(yù)留灌灰口,開始灌注頂板混凝土。并用整平機(jī)進(jìn)行表面整平并配合人工抹面。頂板混凝土灌注完畢,收面時(shí)應(yīng)邊收面邊覆蓋,防止風(fēng)吹出現(xiàn)干縮裂紋。

四、養(yǎng)護(hù)工程

混凝土養(yǎng)護(hù),主要目的是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土的內(nèi)外溫差,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

箱梁屬于大體積混凝土,必須考慮水化熱的不利影響。并且頂板和底板面積較大,若不加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),易出現(xiàn)裂縫。養(yǎng)護(hù)方法分為自然養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)兩種,當(dāng)晝夜平均氣溫未高于30℃,梁場(chǎng)仍然采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的措施。梁場(chǎng)灌注完畢后,立即覆蓋養(yǎng)護(hù)罩。梁體養(yǎng)護(hù)主要分為四個(gè)階段:

1.靜停:混凝土灌注完畢后靜停4～6小時(shí)(環(huán)境氣溫在5℃以下,靜停時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng))。在冬季,當(dāng)環(huán)境溫度低于+5℃時(shí),灌注完畢后進(jìn)行低溫預(yù)養(yǎng),預(yù)養(yǎng)溫度為5℃～10℃。

2.升溫:升溫速度每小時(shí)不超過10℃。

3.恒溫:26～48小時(shí),恒溫養(yǎng)護(hù)期間蒸汽溫度不超過45℃,梁體芯部混凝土溫度不超過60℃,個(gè)別部位最大不超過65℃。

4.降溫:降溫速度不大于10℃/h,從恒溫溫度降至與自然的氣溫相差不大于15℃。

為了精確測(cè)量養(yǎng)護(hù)過程中梁體各部溫度情況,適時(shí)調(diào)整蒸汽量,保證梁體溫差符合技術(shù)條件要求。每孔箱梁共設(shè)16個(gè)測(cè)溫點(diǎn),分布在頂板表面和芯部、翼緣、底板芯部和表層,底腹板交接處、腹板芯部和表面、箱內(nèi)環(huán)境。

五、加強(qiáng)施工管理

高性能混凝土的施工需要更嚴(yán)格的管理,應(yīng)實(shí)行定崗定責(zé)。從混凝土的攪拌、運(yùn)輸、泵送到澆灌振搗,每個(gè)崗位都有專門管理人員進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo),并事先對(duì)每個(gè)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底。對(duì)重要環(huán)節(jié)如混凝土攪拌、泵送點(diǎn),均安排實(shí)驗(yàn)人員24小時(shí)值班,及時(shí)通報(bào)、調(diào)整。

經(jīng)過在工程中的多次應(yīng)用實(shí)踐證明,采取以上混凝土質(zhì)量控制措施,使箱梁用高性能混凝土工程質(zhì)量得到保證,產(chǎn)生了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。