鐵路現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的配制與施工控制

侯永生

1 概述

冶河特大橋、小寨大橋、黑水坪大橋是國內(nèi)首批建設(shè)的客運專線中石太客運專線位于河北段太行山脈中的三座橋梁工程。相對于工廠化的預(yù)制梁場生產(chǎn)的箱梁，在施工現(xiàn)場大跨度連續(xù)梁及移動模架現(xiàn)澆梁的施工因施工環(huán)境復(fù)雜、氣候變化大、施工溫差難于控制、道路環(huán)境惡劣、混凝土運輸距離長、泵送高度大等條件限制，其混凝土施工難度更大，不可控因素多。

2 配合比設(shè)計

2.1 原材料選擇

1)膠凝材料。

水泥選用河北曲寨水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，堿含量0.50%，氯離子含量0.012%，28 d抗壓強度50.5 MPa。選用井陘縣大唐微水電廠一級粉煤灰，細(xì)度8.3%，Cl離子含量0.001%，堿含量0.91%，燒失量2.65%。選用河北鋼信水泥有限公司S95級磨細(xì)礦渣粉，比表面積442 m2/kg，燒失量0.61%，28 d活性指數(shù)98%。

2)骨料。

細(xì)骨料選用河北正定砂場中砂，細(xì)度模數(shù)2.72，含泥量1.1%，泥塊含量無，有機物含量合格。粗骨料選用河北省井陘縣晨磊石料場5 mm～25 mm二級配碎石，含泥量0.2%，泥塊含量無，針片狀顆粒總含量2.9%，壓碎指標(biāo)值8.2%。

3)外加劑。

外加劑選用河北金舵建材科技開發(fā)公司生產(chǎn)的JD-9聚羧酸系高效減水劑，減水率26%，堿含量(Na2O+0.658K2O)1.17%，Cl離子含量0.01%，28 d抗壓強度比144%。

2.2 外加劑與各種原材料之間適應(yīng)性的研究

1)外加劑自身的因素。

選用山西黃騰HT-HPC聚羧酸外加劑、河北金舵JD-9聚羧酸外加劑、北京建工AN4000聚羧酸外加劑，試驗結(jié)果見表1。

由表1可以看出，對于同一種水泥，各種聚羧酸外加劑都存在一個最佳摻量。在低摻量范圍，增加聚羧酸外加劑用量，外加劑減水和混凝土坍落度保持效果增加明顯;在高摻量范圍，繼續(xù)增加聚羧酸外加劑用量，外加劑減水變化不大、混凝土坍落度保持效果良好。但外加劑過飽和摻加時，水泥漿或混凝土同樣存在泌漿、沉底、和易性變差等問題。

2)水泥的影響。

水泥對外加劑的影響不僅是由于水泥中礦物組成不同、調(diào)凝石膏品種不同、細(xì)度和顆粒級配改變、堿含量不同而引起，而且水泥出廠溫度、新鮮程度均對適應(yīng)性有很大的影響。試驗表明，當(dāng)水泥溫度超過40℃后，雖然對混凝土初始狀態(tài)影響不大，但對坍落度損失、和易性影響巨大。同時新出廠的水泥與外加劑的適應(yīng)性不如陳置的水泥，同樣的外加劑能使陳置的水泥出現(xiàn)更高的流動度。

表1 不同外加劑對水泥混凝土適應(yīng)性試驗結(jié)果

3)粉煤灰與外加劑的適應(yīng)性。

粉煤灰過細(xì)，也會要多一些的外加劑分散粉煤灰顆粒;粉煤灰燒失量越大(即含碳量越大)，吸附外加劑的能力越強，使外加劑的摻量增加。

試驗表明粉煤灰細(xì)度在8%～14%之間對外加劑的適應(yīng)性最好，燒失量在3.5%以下時對適應(yīng)性影響不大。

4)骨料的影響。

試配中的試驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)砂子的含泥量小于3%時對坍落度損失影響不大，但含泥量大于3%以后，坍落度損失增加50%以上。骨料的級配不良，特別是缺少中間粒級的骨料，也容易造成混凝土離析、抓底，混凝土坍落度損失大，影響混凝土質(zhì)量。通過試驗，當(dāng)骨料的組合達(dá)到最小空隙率時，混凝土坍落度最大，和易性良好，坍落度損失最小。

2.3 粉煤灰、磨細(xì)礦渣及其摻量對混凝土性能影響的研究

為配制出客運專線高性能耐久性混凝土，就粉煤灰、礦粉對混凝土耐久性的影響進行以下研究。

摻合料對混凝土性能的改善主要取決于它的兩個綜合效應(yīng):

1)火山灰效應(yīng);

2)微集料效應(yīng)。

一方面改善了膠結(jié)料與集料的界面粘結(jié)強度，摻合料吸收水泥水化時形成的Ca(OH)2，并進一步水化生成更多有利的硅酸鈣凝膠，使界面區(qū)的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，另一方面改善膠凝材料顆粒級配，使混凝土更密實，從而提高混凝土的耐久性。粉煤灰、礦粉復(fù)合使用還可兼顧混凝土早期強度與后期強度。

2.4 配合比

C50客運專線現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土配合比見表2。

3 施工及質(zhì)量控制

1)原材料控制。

各種原材料除在進場時加強檢測，保證各種材料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求外，重點控制水泥熟化時間與水泥溫度。每個拌和站設(shè)置兩個以上水泥儲存罐，水泥進場熟化7 d以上且溫度降到40℃以下才能使用。

表2 C50客運專線現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土配合比

2)水泥外加劑適應(yīng)性控制。

解決外加劑與水泥的不相適應(yīng)問題，重在預(yù)防，注重材料的選擇和進場材料的檢測。針對不同批次的材料，在施工前一天試拌混凝土，檢查混凝土坍落度、用水量、坍落度損失情況及流動性等是否正常。

3)坍落度控制。

現(xiàn)澆梁混凝土施工對坍落度的要求范圍比其他混凝土要小的多，一方面移動模架施工均是原位現(xiàn)澆，泵送高度高，混凝土只能從頂板經(jīng)過腹板下流后澆筑底板，并且出于安全考慮，模板不能增加輔助振動設(shè)備，要求入模坍落度大，小于200 mm坍落度的混凝土泵送與澆筑比較困難，另一方面，摻聚羧酸外加劑的混凝土凝結(jié)時間長，坍落度達(dá)到220 mm時會造成翻漿?；炷撂涠戎挥性?00 mm，210 mm時能夠正常施工。這就要求對砂、石原材料的含水率加大檢測頻率，對每車混凝土坍落度進行控制。

4)坍落度損失的控制。

因運輸距離與道路狀況的影響，混凝土的保坍性要達(dá)到2 h無坍損，3 h坍損不大于30 mm，以保證箱梁澆筑過程中混凝土的連續(xù)。外加劑摻量對水泥的飽和點是控制坍落度損失的關(guān)鍵，而飽和點對不同批次的材料也不一樣，通過對外加劑摻量的微調(diào)，可實現(xiàn)混凝土2 h無坍損，解決遠(yuǎn)距離運輸問題。

5)混凝土裂縫的控制。

頂板抹面后及時覆蓋塑料薄膜，加蓋氈布，梁兩端用氈布封堵;在養(yǎng)護期間及時灑水養(yǎng)護保持溫度，防止混凝土表面產(chǎn)生收縮性裂縫。

6)混凝土養(yǎng)護措施。

為避免出現(xiàn)養(yǎng)護不及時、養(yǎng)護濕度不夠、養(yǎng)護時間短等情況，經(jīng)現(xiàn)場多次試驗箱梁的養(yǎng)護采用覆蓋與灑水養(yǎng)護并用的養(yǎng)護方法效果良好。橋面及底板頂面混凝土在初凝前即用塑料薄膜與土工布覆蓋，并安排專人灑水保證混凝土潮濕，梁兩端在澆筑完混凝土后即用塑料布封閉保持梁體溫度與濕度，內(nèi)模拆除后應(yīng)安排專人進行灑水養(yǎng)護?，F(xiàn)場建立專用養(yǎng)護水箱，避免用井水(涼水)直接作為養(yǎng)護用水。防止混凝土產(chǎn)生熱振裂縫。

4 總結(jié)與體會

1)水泥與外加劑相容性對比試驗很關(guān)鍵。合理使用各種外加劑的技術(shù)，包括外加劑的選用，各種外加劑間的復(fù)合，外加劑的最佳摻量，如何達(dá)到與水泥間的相容性良好，混凝土坍落度經(jīng)時損失小的要求，可先確定不同的組合，通過與水泥的相容性對比試驗，進行優(yōu)選。

2)合理使用摻合料，包括摻合料的選用，各種摻合料間的復(fù)合，摻合料的摻量，可選確定不同的方案，通過流動性，抗裂性，強度與耐久性對比試驗，進行優(yōu)選。

3)有效地控制混凝土開裂和防裂，包括原材料選用，水化熱控制，配合比參數(shù)(水膠比，用水量)的控制，施工中溫度的控制，養(yǎng)護措施的保證等。

[1]CCES 01-2004，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[S].

[2]鐵建設(shè)[2005]157號，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性暫行規(guī)定[S].

[3]鐵建設(shè)[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]科技基函[2005]101號，客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件[S].

[5]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[6]陳建奎，王棟民.高性能混凝土(HPC)配合比設(shè)計新法——全計算法[J].硅酸鹽學(xué)報，2000(28):32-33.

[7]張應(yīng)立.現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計手冊[M].北京:人民交通出版社，2002.