預(yù)制箱梁高性能混凝土的質(zhì)量控制

近幾年我國高速客運鐵路建設(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、減少維修費、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)簡便,提高生產(chǎn)效率,加快施工進度。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法進行配合比的優(yōu)化設(shè)計試驗。依據(jù)原材料性質(zhì)配制多個配合比,以坍落度、含氣量、泌水率、強度、彈性模量等作為優(yōu)化指標(biāo),從中選出能滿足設(shè)計要求的最佳配合比。再進行抗?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,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%。針對高性能混凝土的高流動性,對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)準的要求進行設(shè)計、計算、試配和調(diào)整,選用較為理想的滿足施工要求的配合比。配合比計算步驟如下:

1.核對水泥熟料中的化學(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,作為基準配合比。

4.改變基準配合比的水膠比,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。

5.按上述配合比制作力學(xué)性能和抗裂性能試件,養(yǎng)護至規(guī)定齡期進行試驗。其中,標(biāo)準抗壓強度試件每種配合比制作5組,標(biāo)準養(yǎng)護至1d、3d、10d、28d、56d時試壓。

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

7.根據(jù)上述不同配合比對應(yīng)混凝土拌合物的性能、抗壓強度、抗裂性以及耐久性能試驗結(jié)果,按照工作性能優(yōu)良、強度和耐久性能滿足要求、經(jīng)濟合理的原則,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)制箱梁對高性能混凝土的高標(biāo)準、高要求,相應(yīng)提高了原材料的質(zhì)量標(biāo)準。對混凝土原材料產(chǎn)地考察、進場檢測、合格證和檢驗報告審查是原材料質(zhì)量的預(yù)控措施之一。

(一)水泥

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

對于首批進場水泥,必須按《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準進行,隨機的抽取不少于12kg水泥作為檢驗試樣。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。實驗室常規(guī)檢驗項目為強度、比表面積、安定性和凝結(jié)時間。

(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級粉煤灰。

首批進場粉煤灰需按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)進行全項目檢驗,隨機抽取不少于10kg粉煤灰作為檢驗試樣。試驗室日常抽檢項目為細度、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化,連通孔減少,混凝土密實性提高,從而大幅提高混凝土的抗?jié)B性能。

對于首批進場的磨細礦渣粉必須按《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T 18046-2008)進行全項目檢驗,在20個以上部位隨機抽取的試樣不少于10kg。試驗室日常抽檢項目為:比表面積、燒失量、流動度比、活性指數(shù)。

(四)細骨料

細骨料宜采用細度模數(shù)2.5～2.9,級配Ⅱ區(qū)的中砂。首批進場的細骨料必須按《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準》(JGJ522006)全項目檢驗。

試驗室日常抽檢項目為:篩分、細度模數(shù)、云母含量、含泥量、泥塊含量、輕物質(zhì)含量、有機物含量。檢驗結(jié)果有一項指標(biāo)不合格時,重新取樣,對不合格項加倍復(fù)驗;若仍有一個試樣不能滿足標(biāo)準要求,則按不合格品處理,不得投入使用。

(五)粗骨料

粗骨料粒級為5～20mm,對于首批進場的粗骨料按《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準》(JGJ 522006)全項目檢驗。試驗室日常抽檢項目為顆粒級配、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。首批進場減水劑按《混凝土外加劑》(GB8076-2008)全項目檢驗,并有廠方質(zhì)量證明書。每批進場的外加劑還應(yīng)與所用材料進行適應(yīng)性及效果檢驗,以調(diào)整合理摻量。試驗室日常抽檢項目為:減水率、常壓泌水率比、含氣量、抗壓強度比,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,由實驗室根據(jù)粗骨料、細骨料的含水率情況,下達配合比通知單,攪拌站根據(jù)通知單進行配料攪拌。前五盤,由實驗室測定坍落度、含氣率和溫度,此后每五盤檢驗一次。采用強制式攪拌機攪拌。外加劑因摻量小,應(yīng)事先精確稱量,攪拌時由專人投放。

混凝土灌注采用兩臺布料機分別從兩端及兩側(cè)同時向中間逐步推進灌注的方式,采用插入式振動棒為主、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)垂直點振,不得平拉?；炷翍?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。并用整平機進行表面整平并配合人工抹面。頂板混凝土灌注完畢,收面時應(yīng)邊收面邊覆蓋,防止風(fēng)吹出現(xiàn)干縮裂紋。

四、養(yǎng)護工程

混凝土養(yǎng)護,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,促進混凝土強度的正常發(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,若不加強養(yǎng)護,易出現(xiàn)裂縫。養(yǎng)護方法分為自然養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護兩種,當(dāng)晝夜平均氣溫未高于30℃,梁場仍然采用蒸汽養(yǎng)護的措施。梁場灌注完畢后,立即覆蓋養(yǎng)護罩。梁體養(yǎng)護主要分為四個階段:

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

2.升溫:升溫速度每小時不超過10℃。

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

為了精確測量養(yǎng)護過程中梁體各部溫度情況,適時調(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個測溫點,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、加強施工管理

高性能混凝土的施工需要更嚴格的管理,應(yīng)實行定崗定責(zé)。從混凝土的攪拌、運輸、泵送到澆灌振搗,每個崗位都有專門管理人員進行監(jiān)督和指導(dǎo),并事先對每個施工人員進行培訓(xùn)和技術(shù)交底。對重要環(huán)節(jié)如混凝土攪拌、泵送點,均安排實驗人員24小時值班,及時通報、調(diào)整。

經(jīng)過在工程中的多次應(yīng)用實踐證明,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)生了良好的社會經(jīng)濟效益。