淺析客運(yùn)專線C50梁體混凝土冬季施工技術(shù)

【摘 要】采用礦物摻合料雙摻技術(shù)對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了雙摻技術(shù)對(duì)混凝土的影響、組成及水膠比對(duì)基礎(chǔ)工程用高性能混凝土強(qiáng)度及耐久性的影響。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明：配制鐵路客運(yùn)專線C50高性能混凝土，水膠比及膠凝材料總量是配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】高性能混凝土；工程實(shí)例；雙摻技術(shù)；拌合；運(yùn)輸澆注

高性能混凝土隨著混凝土從單一的高強(qiáng)度向高性能化的發(fā)展，在土木建筑工程施工中，對(duì)混凝土的研究重心從高強(qiáng)度轉(zhuǎn)向混凝土的耐久性。而高強(qiáng)度高性能的混凝土有抵抗嚴(yán)峻環(huán)境侵蝕、自然氣候侵蝕和化學(xué)侵蝕等較好性能，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)使用年限。隨著大量使用高強(qiáng)度高性能混凝土逐漸增多，對(duì)高強(qiáng)度高性能混凝土配合比的研究也逐漸深入。高性能混凝土一般水膠比較低，單位體積水泥用量較少，需使用外摻料來代替部份水泥，在保證高強(qiáng)度高性能混凝土的特點(diǎn)情況下，還必須滿足高流態(tài)、坍落度、經(jīng)時(shí)損失及特殊養(yǎng)護(hù)等。本文淺析了客運(yùn)專線C50梁體混凝土冬季施工技術(shù)，可供借鑒。

一、本項(xiàng)目工程概況

新建蘭新鐵路大平羌溝大橋地處青藏高原東北緣，屬大陸性高原氣候。具有氣溫低、溫差大、日照長、降水少且四季不分明等特點(diǎn)。年平均氣溫0.48℃，年平均降水量530mm，區(qū)內(nèi)最大凍土層深度183cm，最大積雪厚度23cm。主橋采用（60+100×2+60）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，全長320m。

二、大平羌溝大橋高性能混凝土技術(shù)參數(shù)和措施

（1）高性能混凝土技術(shù)參數(shù)。大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，箱梁混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C50的預(yù)應(yīng)力高性能混凝土，環(huán)境等級(jí)為T2、D2，抗凍等級(jí)不低于F300，56d電通量不大于1000C，抗?jié)B等級(jí)不低于P20?；诖髽蛱厥獾牡乩砦恢靡约案叨盏奶攸c(diǎn)，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，選用水膠比小、用水量少的混凝土配合比，坍落度設(shè)計(jì)值控制在180mm～220mm之間，含氣量控制在2%～4%?，F(xiàn)場(chǎng)采用泵送混凝土施工，嚴(yán)格控制混凝土拌合物的性能。（2）高性能混凝土的技術(shù)措施。高性能混凝土是指抗裂、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽腐蝕、抗凍融、抗碳化等耐久性混凝土。從提高混凝土材料本身的性能出發(fā)，提高混凝土材料本體的耐久性。主橋混凝土采用抗開裂高性能混凝土?；炷敛捎玫V物摻合料和新型高效減水劑摻合，較小水膠比、含氣量適中、砂率適宜等參數(shù)，采用假定容重進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。通過反覆試驗(yàn)即可科學(xué)地指導(dǎo)混凝土實(shí)際施工和過程中的調(diào)整，又便于分析施工中產(chǎn)生問題的原因。

三、混凝土原材及配合比

（一）混凝土原材

1.水泥。甘肅金昌水泥股份有限公司P.O42.5水泥；其主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥物理化學(xué)分析

2.礦粉。甘肅立之林建材有限公司，生產(chǎn)的S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉，其主要技術(shù)性能見表2。

表2 礦粉物理化學(xué)分析

3.粉煤灰。粉煤灰：甘肅電投景泰分公司，F(xiàn)類Ⅰ級(jí)；其主要指標(biāo)見表3。

表3 粉煤灰物理化學(xué)分析

4.細(xì)骨料。酒泉清水河河砂；細(xì)度模數(shù)2.8；Cl-含量

0.001%，硫化物及硫酸鹽含量0.02%。

5.粗骨料。山丹縣清水溝石場(chǎng)，由5mm～10mm、10mm～20mm兩種規(guī)格的碎石按質(zhì)量比2：8摻配成5mm～20mm連續(xù)級(jí)配。

6.減水劑。江蘇博特新材有限公司JM-PCA（l）聚羧酸高效減水劑，減水率29%，摻量1.0%。

7.引氣劑。江蘇博特新材料有限公司GYQ（l）型高效引氣劑，摻量0.3%；

8.拌合水。山丹軍馬場(chǎng)地下水。

（二）配合比設(shè)計(jì)方案

高性能混凝土采用低水膠比、控制膠凝材料用量并采用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰和礦渣粉等多種礦物摻合料，并摻加復(fù)合多功能外加劑，不僅能改善拌合物性能指標(biāo)，同時(shí)也提高強(qiáng)度和耐久性。可見摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和復(fù)合多功能外加劑是達(dá)到“高性能”的主要途徑?！半p摻法”是配制高性能混凝土的常用技術(shù)，能有效改善混凝土抗化學(xué)侵蝕性能，摻合料選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰和磨細(xì)礦粉，該摻合料具有較高的力學(xué)性能和耐久性能，作用機(jī)理可概括如下：（1）形態(tài)效應(yīng)——通過反復(fù)試驗(yàn)證明，摻合料的細(xì)度、分布對(duì)其水化成度、水化深度及硬化后的性能有不同程度的影響。由于礦粉顆粒不規(guī)則且表面粗糙，摻入混凝土中可能會(huì)降低新拌混凝土的流動(dòng)性，但礦粉與粉煤灰的結(jié)合可補(bǔ)償這一缺陷，使拌合物流動(dòng)性得以優(yōu)化可泵性能更好。（2）活性效應(yīng)——高性能混凝土施工以粉煤灰與磨細(xì)礦粉二者雙摻，通常雙摻的組合范圍為粉煤灰（10%～25%）+磨細(xì)礦粉（20%～30%）為宜，總量30%～55%。外摻料的使用大大提高了混凝土工作性；由于“顆粒效應(yīng)改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了混凝土的抗蝕能力，提高了混凝土的耐久性；對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展及為有利，節(jié)約工程經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)于環(huán)保有積極意義。（3）微集料效應(yīng)——在混凝土中，粗骨料的間隙由細(xì)骨料填充，水泥顆粒、磨細(xì)礦粉及粉煤灰進(jìn)行填充。通過適當(dāng)比例的混合，改善混凝土中各組材料級(jí)配。各組材料在拌制及水化過程中，不同粒徑的材料相互填充減少了顆粒間的孔隙，從而進(jìn)一步減少了復(fù)合膠凝材料體系凝結(jié)硬化的總孔隙率，使混凝土更為密實(shí)，大大提高了混凝土抗?jié)B透性能。本試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥、活性礦物摻合料、高效減水劑為主要材料，同時(shí)采用常規(guī)的集料和工藝方法拌制C50高性能混凝土。根據(jù)混凝土拌合物性能、力學(xué)和耐久性指標(biāo)，結(jié)合施工環(huán)境和經(jīng)濟(jì)成本以及施工進(jìn)度等各種因素，最終選定配合比見表4，混凝土拌合物和力學(xué)及耐久性能見表5。

表4 選定的C50混凝土配合比

表5 選定配合比設(shè)計(jì)混凝土拌合物和力學(xué)及耐久性能

四、混凝土配制、拌合、運(yùn)輸

本工程混凝土采用冬季施工方案，須在以下環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制：（1）各種原材料進(jìn)場(chǎng)前必須進(jìn)行常規(guī)項(xiàng)目檢驗(yàn)，嚴(yán)格控制骨料的含泥量和泥塊含量。對(duì)每批減水劑與膠凝材料進(jìn)行相容性試驗(yàn)，嚴(yán)格減水劑的減水率，必要時(shí)對(duì)進(jìn)場(chǎng)減水劑進(jìn)行混凝土配合比驗(yàn)證。（2）攪拌混凝土前，應(yīng)先經(jīng)過熱工計(jì)算，并經(jīng)試拌確定水和骨料需要預(yù)熱的最高溫度，保證混凝土出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。（3）拌合設(shè)備進(jìn)行防寒處理，設(shè)置在溫度不低于10℃廠房或暖棚內(nèi)。若拌合場(chǎng)所環(huán)境溫度低于10℃，必須采取升溫措施滿足混凝土攪拌環(huán)境溫度的需要；攪拌混凝土前或停止攪拌后，應(yīng)用熱水沖洗攪拌機(jī)鼓筒，提高攪拌鼓筒溫度并避免混凝土在鼓筒中凝固。（4）拌合用水溫度不低于5℃，必要時(shí)可先將拌合用水加熱，當(dāng)加熱水不能滿足拌合溫度時(shí)，可將水加熱到不高于80℃；當(dāng)骨料不加熱時(shí)，水可加熱到100℃，為防止熱水直接與水泥接觸發(fā)生假凝現(xiàn)象，投料時(shí)采用加熱水與骨料先拌合后再投入膠凝材料進(jìn)行攪拌，當(dāng)加熱水不能滿足要求時(shí)，可將骨料均勻加熱，但骨料加熱溫度不應(yīng)高于60℃。（5）混凝土拌合時(shí)間較常溫施工延長50%左右，最短攪拌時(shí)間應(yīng)不少于180秒。混凝土卸出拌合機(jī)時(shí)的最高溫度不應(yīng)大于40℃。（6）拌制混凝土?xí)r，砂石骨料的溫度保持在0℃以上，骨料中不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質(zhì)，含水量不得大于3%。（7）當(dāng)拌制的混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整加熱溫度，并改變投料順序，先讓骨料與水拌合后再投入膠凝材料進(jìn)行攪拌；保證混凝土拌合物的出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。（8）嚴(yán)格按照混凝土配合比施工，混凝土開盤前，測(cè)試細(xì)骨料和粗骨料的含水率，正確得出施工配合比。在混凝土開盤后，及時(shí)檢測(cè)混凝土的出機(jī)溫度、坍落度、含氣量是否符合要求，作為對(duì)混凝土施工配合比調(diào)整的依據(jù)。（9）冬期混凝土施工方法的選擇應(yīng)考慮的因素。一是綜合考慮自然條件，環(huán)境的極端惡劣程度；二是混凝土結(jié)構(gòu)類型；三是工期限制；四是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；五是工作人員的勞動(dòng)保護(hù)。

五、混凝土澆注、養(yǎng)護(hù)、拆模

1.混凝土澆筑。（1）混凝土采用普通混凝土澆注的方法施工，盡可能縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，且運(yùn)輸及灌注設(shè)備須采取保溫措施，保證混凝土的澆注溫度在任何情況下均不低于5℃。（2）梁體混凝土澆注前，應(yīng)采取防風(fēng)、防凍措施，保證混凝土的入模溫度不低于5℃，在混凝土澆筑過程中混凝土的分層厚度不宜小于20cm。

2.混凝土養(yǎng)護(hù)。（1）混凝土開始養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度，應(yīng)根據(jù)施工方法通過熱工計(jì)算確定，但不得低于5℃，不得高于結(jié)構(gòu)中心水化熱的最高溫度。采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)最高溫度不高于40℃，最低溫度不低于5℃，細(xì)薄截面結(jié)構(gòu)不宜低于10℃。（2）混凝土外露面應(yīng)采用2m棉棚布遮擋風(fēng)雪，必要時(shí)可安設(shè)足夠的典鎢燈以提高混凝土表面溫度。能夠包裹的部位可用塑料薄膜、棉棚布嚴(yán)密包裹，確?；炷了^程中水分散失，冷空氣侵蝕混凝土表面。（3）混凝土養(yǎng)護(hù)初期的溫度，不得低于防凍規(guī)定的溫度，且內(nèi)外溫度差不能大于15℃，若內(nèi)高外低的溫差超過15℃，可在棉棚內(nèi)加以適當(dāng)蒸汽升溫。

3.混凝土拆模。（1）在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5Mpa時(shí)拆模比較合適。以確保其表面及棱角不因拆模而導(dǎo)致混凝土試件缺邊掉角。（2）混凝土與環(huán)境的溫差不得大于15℃，當(dāng)溫度差10℃<15℃時(shí)，拆除模板后立即在混凝土表面采取覆蓋保溫措施，內(nèi)模應(yīng)在混凝土強(qiáng)度能保證其表面不發(fā)生塌陷和裂縫時(shí)可拆除內(nèi)模板。（3）采用外部熱源加熱養(yǎng)護(hù)的混凝土，當(dāng)養(yǎng)護(hù)完畢后的環(huán)境氣溫仍在0℃以下時(shí)，應(yīng)待混凝土冷卻至5℃以下且混凝土與環(huán)境之間的溫差不大于15℃后，方可拆除模板。

六、結(jié)論

（1）高性能混凝土采用粉煤灰、礦渣粉雙摻技術(shù)，是配制高性能耐久性混凝土的先進(jìn)技術(shù)，總膠凝材料的比例組成是獲得高強(qiáng)度混凝土的重要條件。（2）高性能減水劑特別是聚羧酸不僅減水率高，而且混凝土坍落度保持性好，對(duì)大計(jì)量的外摻料混凝土有較好的激發(fā)作用。（3）在有彈模要求的橋梁及有凍融要求的混凝土施工中，粉煤灰摻量不宜過高，宜在22%之內(nèi)。（4）高性能混凝土對(duì)原材料的要求很高，要求粗骨料的粒徑應(yīng)控制在≯25mm，并仔細(xì)檢測(cè)粗骨料的各種性能；砂率對(duì)混凝土彈模影響較大，在滿足工作性的條件下，應(yīng)盡量降低為宜。（5）高性能混凝土施工須加強(qiáng)工序工藝控制，特別是摻入大量的礦物摻合料后，混凝土的后期強(qiáng)度優(yōu)于普通混凝土，對(duì)養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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