連續(xù)剛構(gòu)橋施工高強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)探討

梅連軍

(新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830016)

連續(xù)剛構(gòu)橋施工高強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)探討

梅連軍

(新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆烏魯木齊830016)

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；高強(qiáng)混凝土；質(zhì)量控制；原材料；施工工藝；水化熱

0引言

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的跨徑不斷增大，目前最大跨徑已超過(guò)300 m，

其所使用的混凝土強(qiáng)度也早已超過(guò)C50，達(dá)到了高強(qiáng)混凝土范疇[1-2]。只有嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、合理確定配合比以及規(guī)范施工工序操作，才能使高強(qiáng)混凝土發(fā)揮出其高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。然而在實(shí)際施工過(guò)程中，施工人員往往并未重視高強(qiáng)混凝土的施工，仍采用普通混凝土施工工藝，對(duì)原材料質(zhì)量把控不嚴(yán)、未對(duì)水灰比進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致采用了高強(qiáng)混凝土的連續(xù)剛構(gòu)橋仍普遍存在主梁開(kāi)裂現(xiàn)象[3]。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁是否開(kāi)裂，在一定程度上取決于其箱梁高強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制水平的好壞。在現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范可靠度水準(zhǔn)不斷提高、混凝土容許應(yīng)力相應(yīng)降低的前提下，大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)也隨之越來(lái)越高，高強(qiáng)混凝土已被廣泛采用。由于高強(qiáng)混凝土材料非均質(zhì)、離散度大的本質(zhì)特征，使得高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量控制非常困難[4-5]。

本文以某一主跨145 m的PC連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁0#～17#塊的澆筑施工為背景，討論了連續(xù)剛構(gòu)橋中高強(qiáng)混凝土原材料控制要點(diǎn)、配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化、施工工藝流程控制要點(diǎn)及水化熱控制要點(diǎn)，以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)及施工提供參考。

1項(xiàng)目概況

本文以某一主跨145 m的PC連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋的施工為背景。該橋跨徑布置為(78+145+78)m，橋型布置如圖1所示，主梁橫截面詳細(xì)尺寸如圖2所示。

圖1　橋型布置圖(單位：cm)

(a)根部截面

(b)跨中截面

該連續(xù)剛構(gòu)橋主梁采用C55混凝土，混凝土配合比如表1所示。

表1C55混凝土配合比表

(單位：kg/m3)

2質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1原材料

高強(qiáng)混凝土原材料質(zhì)量的好壞和比例的合理性與混凝土的質(zhì)量息息相關(guān)[6]。施工前如有條件可通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究不同原材料類(lèi)型和比例對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋主梁高強(qiáng)混凝土質(zhì)量的影響，對(duì)其原材料進(jìn)行調(diào)研和分析，提出高強(qiáng)混凝土主要原材料的品種、摻量范圍與控制指標(biāo)。依據(jù)就地取材、就近取材的原則，優(yōu)選質(zhì)量良好、合格的原材料，實(shí)時(shí)了解原材料的變化，特別是水泥、外摻劑、外加劑等的變化情況，并及時(shí)作出調(diào)整、優(yōu)化。

2.1.1水泥

水泥是混凝土中的核心組成成分，水泥性能的優(yōu)劣直接影響著混凝土的工作性能。因此，在高強(qiáng)混凝土配制設(shè)計(jì)過(guò)程中必須重視水泥工作性能和水泥類(lèi)型選取。

對(duì)于水泥強(qiáng)度等級(jí)而言，根據(jù)規(guī)范要求，高強(qiáng)混凝土所采用的水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)≥42.5 MPa；本橋C55采用的為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

對(duì)于水泥用量而言，根據(jù)規(guī)范要求，高強(qiáng)混凝土的水泥最大用量、水泥與外摻劑的總用量均不應(yīng)超過(guò)規(guī)范要求。當(dāng)水泥用量過(guò)大時(shí)，混凝土水化過(guò)程放出大量熱量，易導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生。

對(duì)于水泥種類(lèi)而言，根據(jù)規(guī)范要求，硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥適用于配制高強(qiáng)混凝土，不宜采用其它類(lèi)型水泥。水泥中堿物質(zhì)含量和氯離子含量都不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)指標(biāo)。

2.1.2拌合用水

水是混凝土不可缺少、不可替代的主要組分之一，直接影響混凝土的各種性能，如力學(xué)性能、長(zhǎng)期性能和耐久性能等。水的質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，以保證混凝土的質(zhì)量滿(mǎn)足橋梁建設(shè)要求。

橋梁屬于百年大計(jì)，設(shè)計(jì)使用年限通常為100年，根據(jù)《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JTG-2006)[7]，拌合用水中氯離子含量必須在合理的范圍，不能超過(guò)規(guī)范限值。對(duì)于用于高強(qiáng)混凝土拌合的水，有條件的情況下應(yīng)當(dāng)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行pH檢測(cè)、不溶物檢測(cè)等相關(guān)項(xiàng)目的檢測(cè)并符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3粗細(xì)骨料

(1)粗骨料：對(duì)高強(qiáng)混凝土而言，粗骨料除了滿(mǎn)足普通混凝土粗骨料要求外，對(duì)其抗壓強(qiáng)度要求更加嚴(yán)格，需超過(guò)混凝土強(qiáng)度等級(jí)30%。粗骨料的選擇應(yīng)當(dāng)因地制宜，選擇連續(xù)級(jí)配、含泥量≤0.5%的非堿活性粗骨料，不得使用混凝土建筑垃圾破碎而得到的再生石料。

(2)細(xì)骨料：高強(qiáng)混凝土細(xì)骨料除了滿(mǎn)足普通混凝土細(xì)骨料的要求外，還應(yīng)當(dāng)因地制宜，選擇級(jí)配良好、含泥量≤2.0%的非堿活性細(xì)骨料。

2.1.4外摻劑

高強(qiáng)混凝土外摻劑宜使用活性摻和料，這些活性摻合料包括自身具有水硬性的礦渣和自身不具有水硬性、但經(jīng)磨細(xì)后與水泥等凝膠材料拌合在一起、加水后能在水中和空氣中硬化的粉煤灰。一定摻量的外摻劑可以達(dá)到降低水泥用量、節(jié)約成本的作用。

2.1.5外加劑

對(duì)于高強(qiáng)混凝土而言，在配制過(guò)程中宜加入一定劑量的高效減水劑。在冬季高強(qiáng)混凝土戶(hù)外澆筑施工時(shí)，混凝土宜按相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)加入一定劑量的防凍劑。

2.2配合比

(1)利用材料堆積最大密實(shí)度理論和雙摻技術(shù)配制低水化熱、低收縮徐變、抗裂性好的高強(qiáng)混凝土，研究不同粉煤灰、礦粉等外摻劑摻量和減水劑等外加劑的用量對(duì)PC連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強(qiáng)混凝土工作性能的影響；

(2)研究新拌混凝土的含水量、流變性能和勻質(zhì)性，根據(jù)其初始性能指標(biāo)與長(zhǎng)期性能(如強(qiáng)度等)之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)高強(qiáng)混凝土材料的后期性能，保證PC連續(xù)剛構(gòu)橋主梁混凝土的施工質(zhì)量；

(3)合理設(shè)計(jì)配合比參數(shù)，盡量減小膠材及水泥用量，控制用水量，增加粗骨料用量，以提高高強(qiáng)混凝土的體積穩(wěn)定性、減小徐變，確保大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋整體結(jié)構(gòu)的安全；

(4)比較不同粉煤灰等外摻劑摻量、不同養(yǎng)護(hù)條件高強(qiáng)混凝土的水化熱、收縮、徐變與抗開(kāi)裂敏感性，并考慮施工的方便性、經(jīng)濟(jì)性和易保證性，最終確定連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁混凝土的配制方案。

2.3施工工藝

2.3.1混凝土拌合

在混凝土澆筑施工過(guò)程中應(yīng)充分考慮混凝土的供給能力，保證澆筑工作的連續(xù)進(jìn)行，防止應(yīng)混凝土供應(yīng)不足而中斷施工。在混凝土攪拌施工前，應(yīng)聘請(qǐng)有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的單位對(duì)攪拌設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定?；炷翑嚢枋┕と缬鲇晏?，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)測(cè)定粗細(xì)骨料中含水率的變化，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)對(duì)用水量進(jìn)行調(diào)整，以確保配合比準(zhǔn)確。

對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強(qiáng)混凝土的拌合，根據(jù)規(guī)范要求必須采用強(qiáng)制式拌合機(jī)進(jìn)行拌合。在混凝土攪拌前，應(yīng)將攪拌設(shè)備加水運(yùn)行5 min，洗凈設(shè)備中的雜物并濕潤(rùn)攪拌機(jī)壁。混凝土攪拌好后要盡量全部卸出，卸出過(guò)程中嚴(yán)禁進(jìn)料。

2.3.2混凝土運(yùn)輸

對(duì)高強(qiáng)混凝土的運(yùn)輸，宜優(yōu)先采用內(nèi)壁光滑平整、密封性良好的混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)輸前應(yīng)先將內(nèi)壁清洗干凈。運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)防止混凝土發(fā)生離析、漏漿等現(xiàn)象。當(dāng)運(yùn)輸過(guò)程中混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在不加水的情況下對(duì)混凝土進(jìn)行二次攪拌。盡量避免在炎熱夏季的烈日下運(yùn)輸混凝土，否則會(huì)造成混凝土入模溫度過(guò)高，混凝土結(jié)構(gòu)水化熱溫度效應(yīng)難以控制。

2.3.3混凝土澆筑與振搗

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強(qiáng)混凝土的澆筑，應(yīng)注意防止混凝土澆筑自由傾落高度過(guò)大而造成混凝土離析。澆筑過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注是否存在模板等變形，如有變形應(yīng)立即處理。對(duì)于一次澆筑成型的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量縮短更換泵車(chē)等中斷澆筑的時(shí)間，合理安排組織施工。

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強(qiáng)混凝土的振搗，一般采用拆入式振搗棒振搗。振搗時(shí)間應(yīng)當(dāng)適中，過(guò)短和過(guò)長(zhǎng)均會(huì)影響混凝土質(zhì)量。振搗順序要安排合理，同時(shí)盡量避免漏振。

2.3.4混凝土養(yǎng)護(hù)

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋廣泛用于山區(qū)高速公路中，橋位所處環(huán)境風(fēng)速一般較大，在混凝土澆筑完成后應(yīng)采取覆蓋防風(fēng)處理措施，以防止混凝土因失水過(guò)快而開(kāi)裂。當(dāng)連續(xù)剛構(gòu)橋底板、腹板和橫隔板等部位尺寸接近大體積混凝土范疇(最小邊尺寸>0.8 m)[8]時(shí)，應(yīng)注意采取保溫養(yǎng)護(hù)措施，防止水化熱引起的內(nèi)外溫差過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

3水化熱問(wèn)題淺析

隨著跨徑的不斷增大，大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的各截面尺寸不斷增大，零號(hào)塊底板、腹板、橫隔板等部位尺寸已接近或達(dá)到了大體積混凝土范疇；與此同時(shí)，所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也在提高，水泥用量增多，水化熱問(wèn)題也更加明顯。背景工程橋梁箱梁零號(hào)塊底板厚度達(dá)到了1.0 m。

通過(guò)在該橋底板中間位置和對(duì)應(yīng)底板表面位置沿縱橋向埋置3組溫度傳感器，測(cè)量其底板內(nèi)部溫度變化情況和表面溫度變化情況。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該連續(xù)剛構(gòu)橋零號(hào)塊底板中心最大溫度達(dá)到了78.5 ℃，略微超過(guò)了規(guī)范限值(70 ℃)。同時(shí)，該橋零號(hào)塊底板內(nèi)外溫差達(dá)28.4 ℃，也略微超過(guò)了規(guī)范限值(25 ℃)。雖然通過(guò)對(duì)該橋零號(hào)塊底板檢查并未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)裂縫，但施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁(特別是零號(hào)塊)的水化熱溫度效應(yīng)控制問(wèn)題。

建議采取如下措施減少水化熱溫度效應(yīng)：

(1)在保證高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的前提下盡量減少水泥用量，采用水化熱絕熱溫升較低的水泥；

(2)在混凝土運(yùn)輸時(shí)，特別是在夏季，應(yīng)特別注意防曬，以控制混凝土入模溫度不宜過(guò)高；

(3)在混凝土澆筑時(shí)，可通過(guò)設(shè)置冷卻管通水降溫，在拌合過(guò)程中，可采用冰代替等量的水進(jìn)行攪拌，以達(dá)到降溫效果；

(4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，及時(shí)進(jìn)行覆蓋抗風(fēng)和灑水保濕，內(nèi)外溫差不宜過(guò)大。

4結(jié)語(yǔ)

大跨PC連續(xù)剛構(gòu)橋施工過(guò)程中應(yīng)特別注重高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量控制，具體可以從原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化、采用合理施工工藝等要點(diǎn)對(duì)高強(qiáng)混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制。此外，還應(yīng)該重視高強(qiáng)混凝土用于連續(xù)剛構(gòu)橋帶來(lái)的水化熱溫度過(guò)高的問(wèn)題，采取合理措施保證內(nèi)部峰值溫度和內(nèi)外溫差來(lái)滿(mǎn)足規(guī)范相應(yīng)要求。

參考文獻(xiàn)

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[8]JTG/T F50-2004，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

摘要：隨著跨徑的不斷增大，連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的混凝土強(qiáng)度也越來(lái)越高，其中，高強(qiáng)混凝土已被普遍用于大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的修建中。文章結(jié)合某一主跨145 m的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)高強(qiáng)混凝土(C55)的澆筑施工實(shí)例，從原材料控制、配合比優(yōu)化、施工工藝控制等三個(gè)方面，對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋主箱梁施工過(guò)程中的高強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了探討，并分析了高強(qiáng)混凝土澆筑過(guò)程中所產(chǎn)生的水化熱溫度過(guò)高對(duì)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋大體積零號(hào)塊箱梁施工帶來(lái)的不利影響，闡述了實(shí)際施工過(guò)程中常用的高強(qiáng)混凝土水化熱控制措施，以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)及施工提供參考。

Discussions on High-strength Concrete Construction Quality Control Key-point of Continuous Rigid Frame Bridges

MEI Lian-jun

(Xinjiang Communications Construction Group Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

Abstract：With the continuous increasing of span，and the concrete strength used in continuous rigid frame bridge is also increasing，wherein the high-strength concrete has been widely used in the con-struction of large-span continuous rigid frame bridge.Combining the pouring construction practices of three aspects of high-strength concrete(C55)at upper structure of a three-span continuous rigid frame bridge with the main span of 145m，this article discussed the high-strength concrete quality control key-points during the main box-girder construction of continuous rigid frame bridge from three aspects of raw material control，mixing ratio optimization and construction process control，and analyzed the ad-verse effects on bulky #0 block box-girder construction of large-span continuous rigid frame bridge by higher hydration heat temperature caused during high-strength concrete pouring，and described the high-strength concrete hydration heat control measures commonly used in actual construction process，hoping to provide the reference for high-strength concrete design and construction in continuous rigid frame bridges.

Keywords：Continuous rigid frame bridge；High-strength concrete；Quality control；Raw materials；Con-struction technology；Hydration heat

作者簡(jiǎn)介

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.018

文章編號(hào)：1673-4874(2016)04-0064-04

收稿日期：2016-03-26

梅連軍(1979—)，工程師，研究方向：土木工程。