楊 易,王文廣
(1.中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇島 066002;2.中交第一航務(wù)工程局有限公司,天津 300461)
科特迪瓦PK24工業(yè)園一期項(xiàng)目位于科特迪瓦經(jīng)濟(jì)首都阿比讓西北部24 km,占地約127公頃,為典型的市政項(xiàng)目。
項(xiàng)目為127公頃園區(qū)和園區(qū)外公共部分的土地整治項(xiàng)目,包含道路工程修建、停車場及集裝箱堆放區(qū)硬化、雨排系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、輸變電及照明工程、供水管及水塔、蓄水池施工、通信系統(tǒng)施工等內(nèi)容。其中雨排水管網(wǎng)總長度約為2.1×104m,均為混凝土管,直徑由300 mm至2 000 mm不等。計劃工期184天。平均每日生產(chǎn)管節(jié)約110 m,工期較為緊張。
離心法、懸輥法、立式振搗、芯模振動是目前國內(nèi)混凝土管生產(chǎn)的四種常用工藝。各工藝優(yōu)缺點(diǎn)見表1。
表1 常用預(yù)制工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比表
其中懸輥工藝制造水泥管是中國應(yīng)用最為廣泛的一種水泥制管工藝,是指制管機(jī)在電機(jī)驅(qū)動下,輥軸帶動鋼模產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),由于離心力和輥壓力的作用,鋼模內(nèi)的混凝土隨著不斷地均勻喂料,管壁逐漸增厚,當(dāng)內(nèi)壁超出模板口時,管內(nèi)混凝土與旋轉(zhuǎn)的輥軸直接接觸,不斷地旋轉(zhuǎn)輥壓,使干硬性混凝土產(chǎn)生一定密實(shí)度,從而完成混凝土管預(yù)制,隨著輥壓過程進(jìn)行,管體不斷壓實(shí),表面光滑致密。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和后續(xù)市場開發(fā),選擇懸輥預(yù)制工藝。
干硬性混凝土是指水灰比較低,拌合物塌落度小于10 mm。稠度檢測主要有兩種方法,分別為坍落度和維勃稠度。干硬性混凝土比較干稠,不易流動,則用維勃稠度S表示。維勃稠度劃分等級見表2。
表2 維勃稠度等級劃分表
因采用懸棍法預(yù)制混凝土管,為保證混凝土質(zhì)量及成型率,采用V2型干硬性混凝土。
根據(jù)設(shè)計強(qiáng)度C25/30計算配置強(qiáng)度,采用水膠比分別為(W/C)A=0.31、(W/B)B=0.36、(W/B)C=0.41三組不同配合比(其中A組砂率減少1%,C組砂率增加1%),分別配制混凝土拌和物。試配拌制成型后,經(jīng)測定坍落度符合要求,混凝土工作性良好,并分別進(jìn)行7天、28天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),各組試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 配合比匯總表
根據(jù)干硬性與工作性要求滿足混凝土設(shè)計及施工要求,確定配合比為:水泥∶水∶碎石∶砂=389∶140∶1216∶655=1∶0.36∶3.12∶1.68。
合適的混凝土配合比是鋼筋混凝土預(yù)制的前提和關(guān)鍵技術(shù),施工中要注意以下幾點(diǎn)。
(1)選擇滿足要求的原材料:①高強(qiáng)度干硬性混凝土配制時,宜采用標(biāo)號較高的水泥,本項(xiàng)目選用CPA42.5R硅酸鹽水泥;②干硬性混凝土的用砂應(yīng)選用吸水率小、級配良好的粗、中砂,并嚴(yán)格控制含泥量,含泥量過多將導(dǎo)致砂石無法與水泥產(chǎn)生較好的黏結(jié),石料含泥量不得大于1%。
(2)投料計量要精確:①拌合前檢測砂石含水率,計算拌合用水量。準(zhǔn)確控制水灰比,避免混凝土太干或太濕造成涵管表面出現(xiàn)蜂窩麻面或不易成型、內(nèi)壁坍落等質(zhì)量問題;②混凝土用料計量要準(zhǔn)確,骨料允許誤差不得超過±2%,水及水泥允許誤差不得超過±1%;③雨季時料倉、上料斗都要增加防雨措施,防止骨料含水率增加而導(dǎo)致混凝土坍落度較大;④由于干硬性混凝土用水量較少,且不摻外加劑,骨料、水泥不易拌合均勻,且攪拌時間一般為120~150 s,熱帶雨林氣候溫差大、氣溫高,為保證混凝土性能,每盤混凝土拌合量要控制在單根管涵的用量。
(3)混凝土拌和與布料:①在混凝土的運(yùn)輸過程中,運(yùn)輸工具應(yīng)加遮蓋,以免水分過多蒸發(fā),應(yīng)盡量減少倒運(yùn)次數(shù),縮短運(yùn)輸時間及混凝土停放時間;②小直徑管節(jié)預(yù)制時,要控制每盤混凝土生產(chǎn)量,做到即拌即用,減少混凝土的水分蒸發(fā)。
懸輥機(jī)可控制剛滾軸在調(diào)速范圍內(nèi)無極調(diào)速,因懸輥過程中滾軸與管模為面接觸,故管模轉(zhuǎn)速VB與滾軸轉(zhuǎn)速VA換算關(guān)系為:
VB=VA·r/R,VA=VB·R/r (式中r為滾軸直徑,R為管模內(nèi)徑)
各直徑混凝土管懸輥機(jī)轉(zhuǎn)速見表4。
表4 懸輥機(jī)轉(zhuǎn)速對比表
(1)喂料階段。
喂料階段管模板轉(zhuǎn)速設(shè)置的原則是:在離心力作用下使混凝土貼附于模板內(nèi)壁,隨著喂料地不斷進(jìn)行,混凝土均勻平整地攤鋪在管模內(nèi)壁。
喂料工序轉(zhuǎn)速設(shè)置為600 r/min,待管模達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后,利用自動喂料機(jī)均勻喂料,過程中不應(yīng)斷料和避免不均勻喂料使管模發(fā)生跳動。對于直徑較小的混凝土管可一次喂?jié)M,喂料過程不宜過快,并均勻地從承口端退行喂料,邊喂料邊輥壓成型。
喂料時間一般不做硬性規(guī)定,最長不可超過25 min,喂料量控制在混凝土超過管模鋼擋圈3~5 mm為宜,并保持轉(zhuǎn)速延長旋轉(zhuǎn)1~2 min。
(2)凈輥階段。
逐漸增大滾軸轉(zhuǎn)速至1 200 r/min并維持最大轉(zhuǎn)速1~4 min,目測確定管內(nèi)壁已壓實(shí)壓平后逐漸減速停機(jī),減速過程中向管內(nèi)均勻噴灑少量水和1∶2水泥拌細(xì)沙以形成致密光滑的內(nèi)壁并防止管壁粘軸。
停穩(wěn)后,使用龍門吊將管模吊下機(jī)架,轉(zhuǎn)移至拆模養(yǎng)護(hù)區(qū)。
預(yù)制管初期采取的養(yǎng)護(hù)工藝是覆蓋灑水養(yǎng)護(hù),前期混凝土強(qiáng)度增長較慢,影響模板周轉(zhuǎn)速度,平均拆模時間超過12小時,模板周轉(zhuǎn)率較低,無法滿足施工生產(chǎn)需要。為加快模板周轉(zhuǎn),在管節(jié)懸輥完畢后,由龍門吊將管模與管體整體吊運(yùn)至養(yǎng)護(hù)堆放區(qū)進(jìn)行靜置成型,在預(yù)制管內(nèi)增加蒸養(yǎng)炭盒。蒸養(yǎng)炭盒內(nèi)一半裝充分燃燒的木炭,一半裝適量水,并將管斷密封,提供高溫蒸汽環(huán)境,提高預(yù)制管內(nèi)部的溫度與濕度,加快混凝土強(qiáng)度增長。高溫蒸養(yǎng)工藝見圖1。
圖1 高溫蒸養(yǎng)示意圖
同時,派專人控制進(jìn)風(fēng)口出風(fēng)口開合,監(jiān)控管內(nèi)溫度。0~1小時為低溫時間,溫度在30 ℃,1~5小時為高溫時間,溫度升至70~80 ℃,隨后自然冷卻1 h,便可進(jìn)行模板拆除。拆模時間從一開始的超過12 h縮短至6~7 h,大大加快了模板周轉(zhuǎn)率,管節(jié)預(yù)制速度成倍提高。
原因分析:
由于干硬性混凝土流動性差,在預(yù)制初期時,管口可能出現(xiàn)填料不滿的情況,混凝土完全靠模板懸轉(zhuǎn)過程中的離心力貼附于模板表面,導(dǎo)致輥壓不密實(shí)。此外,制管所在地屬于熱帶雨林氣候,氣溫較高,混凝土料生產(chǎn)后未及時使用,混凝土性能變差,導(dǎo)致承口區(qū)域混凝土不密實(shí),產(chǎn)生蜂窩。
解決辦法:
針對此情況,對混凝土管管口的混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因基本為干硬性混凝土流動性差,且承插口管壁厚度小,混凝土難以壓實(shí),故拌合時適當(dāng)增大混凝土坍落度,通過調(diào)整管口混凝土工作性能的方式來解決。
同時優(yōu)化喂料工藝和喂料方法,使用人工輔助承口部分喂料,同時在安裝模板時固定模板安裝方向,將模板承插口方向遠(yuǎn)離喂料機(jī)出料方向。并進(jìn)行均勻緩慢地退行上料,保證承口企口不易輥壓地部分上料飽滿密實(shí)。
根據(jù)試驗(yàn)情況,確定混凝土制備后必須在25分鐘內(nèi)使用完畢。在電機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)改變傳動軸尺寸,加快喂料機(jī)傳送帶傳送速度。通過調(diào)整,上料時間可縮短至20分鐘以內(nèi),保證了制管時混凝土性能。
原因分析:
模板使用后沒有及時清理干凈;脫模劑涂抹不均;喂料時不均勻,或局部缺料,輥軸對混凝土輥壓不密實(shí),造成麻面;制管采取干硬性混凝土,加之天氣炎熱,混凝土入模時模板溫度過高。
解決辦法:
派專人負(fù)責(zé)模板清理,拆模后及時安排人打磨,均勻涂脫模劑;喂料時控制喂料機(jī)勻速移動,確保喂料均勻,管壁適當(dāng)超厚,確保管體在輥壓軸的作用下密實(shí),避免麻坑。根據(jù)天氣情況和模板溫度,制管前按需對模板灑水降溫。工藝優(yōu)化后,混凝土管外壁麻面顯著減少。
原因分析:
項(xiàng)目所在地屬熱帶雨林氣候,降雨多,導(dǎo)致骨料含水量增大,從而影響混凝土的性能,在制作大尺寸管節(jié)時,加大內(nèi)壁坍塌的可能性。
因鋼筋骨架活動空間過大、保護(hù)層墊塊脫落等原因,導(dǎo)致鋼筋籠偏向一側(cè),頂部如有保護(hù)層過大,尤其是在制作完成吊運(yùn)至堆放場地時,可能發(fā)生混凝土內(nèi)壁坍塌。
解決辦法:
在自動配料機(jī)料倉上方增加防雨頂棚,優(yōu)化上料方法,優(yōu)先使用料場頂部含水量較小的骨料。
安裝模板前,加強(qiáng)對鋼筋骨架的檢查,優(yōu)化保護(hù)層墊塊設(shè)計,加入扎絲綁扎,輕吊輕放,在堆管區(qū)采用緩沖措施。
原因分析:
為滿足生產(chǎn)進(jìn)度需要,預(yù)制施工分兩班進(jìn)行,項(xiàng)目所在地屬熱帶雨林氣候,制管周期跨雨季和旱季,白天炎熱,原材料和模板溫度高,晚上溫度低,風(fēng)速存在一定變化,但施工配合比未及時調(diào)整。
不同管徑的管節(jié)生產(chǎn)時長不一樣,大尺寸管的預(yù)制時間相對較長,容易發(fā)生起皮或裂紋。
制管時因轉(zhuǎn)速不足,導(dǎo)致混凝土掉落在輥軸,輥軸殘留混凝土與內(nèi)壁混凝土易發(fā)生起皮。
解決辦法:
通過總結(jié)制管經(jīng)驗(yàn),確定不同氣候條件下的施工配合比。
確定不同尺寸管節(jié)的制管最佳時長,適當(dāng)增加大尺寸管節(jié)預(yù)制時混凝土的用水量,重點(diǎn)控制結(jié)尾階段的混凝土性能,改善內(nèi)壁外觀質(zhì)量。如有必要,將水泥和砂的混合物拋入,可改善起皮現(xiàn)象。
確定不同管徑制管時的最低轉(zhuǎn)速和不同階段最佳轉(zhuǎn)速,避免管壁混凝土由于離心力不足而掉落,改善內(nèi)壁起皮現(xiàn)象。
優(yōu)化前后混凝土管內(nèi)壁效果對比見圖2。
圖2 優(yōu)化前后混凝土管內(nèi)壁效果
通過對不同管徑水泥管預(yù)制的干硬性混凝土配合比、制管參數(shù)、養(yǎng)護(hù)工藝的深入研究,對遇到的常見問題進(jìn)行原因分析、制定解決措施,攻克制管過程中遇到的難題,提出熱帶雨林氣候條件下懸輥工藝制管質(zhì)量控制方法,形成水泥管預(yù)制成套施工技術(shù)。推動了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。