杜巍林

1 概述

由于人們對橋梁設計的認識不足,在橋梁混凝土的先期設計中主要通過混凝土的強度作為設計依據。然而隨著社會發(fā)展,在原來使用的橋梁中發(fā)現大量橋梁出現使用壽命大大縮短,橋梁的維護和更換費用大大增加。出現橋梁使用壽命縮短的原因正是由于對高性能混凝土耐久性的考慮不全造成的,而提高混凝土耐久性的主要途徑是通過控制原材料的質量來保證。因此在高速鐵路預制梁的施工中,設計人員以混凝土的強度和耐久性作為設計依據,在預制梁的施工中嚴格控制各種原材料的質量,有效的保證了橋梁的使用壽命和制作質量。

2 各原材料控制要求

2.1 粗骨料

粗骨料母巖的抗壓強度與梁體混凝土設計強度等級大于2。

粗骨料應優(yōu)先采用堅硬耐久的碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂巖碎石。粗骨料的顆粒形狀、表面特性對混凝土的粘結性能有很大影響,應選取近似立方體的碎石,表面粗糙且多棱角,針片狀總含量不超過5%。影響高性能混凝土強度的重要因素有骨料的強度、水泥石、水泥石與骨料之間的粘結強度,需控制粒徑大小。

粗骨料中的泥土、石粉含量要嚴格控制,其含泥量過大,混凝土容易離析、和易性差、粘結性降低,影響混凝土的強度和耐久性,含泥量應小于0.5%。

粗骨料的堿活性應采用巖相法檢驗。若粗骨料含有堿—硅酸反應活性礦物,其砂漿棒膨脹率應小于0.10%,否則應采取抑制堿—骨料反應的措施,不得使用具有堿—碳酸鹽反應活性的骨料。

粗骨料的其他性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

2.2 細骨料

細骨料的質量直接影響到混凝土的和易性,應優(yōu)先選取硬質潔凈級配良好的天然河砂,不應用海砂,因為天然河砂比較干凈,含泥量少,砂中石英顆粒含量較多,級配一般都能符合要求。砂的細度模數宜控制在2.6～3.0之間。細度模數小于2.6時,拌制的混凝土較稠,難以振搗,細度模數3.0以上時,容易引起新拌混凝土的運輸澆筑過程中離析及保水性差。

砂中雜質含量,如云母、泥的含量過高,不但影響混凝土拌合物的和易性,而且影響混凝土的強度、耐久性、引起混凝土的收縮裂縫等其他性質,含泥量應不超過2%,云母含量小于0.5%。

在某些地區(qū)不易找到合格的河砂,通過近年來的實踐證明可以用機制砂代替河砂,不但對混凝土的性能沒有影響,而且可以降低生產成本。所使用的機制砂材質不包括軟質巖、風化巖石顆粒,機制砂顆粒多棱角、表面粗糙,有利于與水泥等膠結材料的粘結,有利于混凝土強度的提高,從表面上帶來了和易性差的缺點,而機制砂中的石粉恰好能彌補這一缺陷,因為石粉是一種惰性材料,細度小,它彌補了砂中缺少的細顆粒,增大了固體的表面積,減少了混凝土泌水和離析現象,而且石粉能和水泥等膠凝材料與水形成柔軟的漿體,即增加混凝土的漿量,減少砂石之間的摩擦,從而改善混凝土的和易性。但是機制砂的石粉含量也是有一定限度的,應嚴格按照標準執(zhí)行。

細骨料的堿活性應采用砂漿棒法進行檢驗,且細骨料的砂漿棒膨脹率應小于0.10%,否則應采取抑制堿—骨料反應的技術措施。

細骨料的其他性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

2.3 水泥

水泥將松散狀骨料凝結成具有一定物理力學性質的石狀體,在混凝土中起到粘結的作用。

水泥應控制細度,水泥的顆粒粒徑越細,與水泥接觸的比表面積越大,水化速度較快也較充分,但水泥過細對混凝土的耐久性性能又會造成影響。因此,水泥的比表面積宜控制在不小于300 m2/kg且不大于350 m2/kg。

水泥的凝結時間對混凝土的質量有重要的影響,GB 175-2007通用硅酸鹽水泥對水泥的初凝時間和終凝時間作出了具體的指標要求。硅酸鹽水泥的初凝時間不小于45 min,終凝不大于390 min;其他硅酸鹽水泥的初凝時間不小于45 min,終凝時間不大于600 min。凡初凝時間不符合規(guī)定者為廢品,終凝時間不符合規(guī)定者為不合格品。

水泥的體積安定性是指水泥漿硬化后體積變化是否均勻的性質,安定性不良的水泥會使混凝土產生膨脹裂縫,因此安定性不合格的水泥為廢品。

水泥熟料應嚴格控制C3A的摻量,不應大于8%,在強腐蝕環(huán)境下不應大于5%。水泥應采用低堿水泥,堿含量不應大于0.6%。

水泥的其他性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

2.4 高效減水劑

因加入減水劑后,致使憎水基因定向吸附于水泥顆粒表面,親水基因指向水溶液,使水泥顆粒表面帶有相同的電荷,在電力的作用下,水泥顆粒互相分開。包裹的游離水釋放出來,增加混凝土的流動性。當水泥顆粒表面吸附足夠的減水劑后,在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜層。它阻止了水泥顆粒間的直接接觸,并在顆粒間起潤滑作用,改善了混凝土拌合物的和易性。水泥顆粒被有效分散,顆粒表面被水分充分濕潤,增大了水泥顆粒的水化面積,使水化比較充分,從而提高混凝土強度。

目前,高性能混凝土高效減水劑多采用聚羧酸系高效減水劑。該類減水劑用量少、能有效降低混凝土粘度、提高混凝土的流動性和減少坍落度損失。

高效減水劑硫酸鈉含量不大于5%,氯離子含量不大于0.1%,其他性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》。

2.5 外摻料

在我國的混凝土外摻料中主要有粉煤灰、礦渣粉和硅粉,外摻料應選用品質穩(wěn)定的產品。

摻合料對混凝土有填充增密、流化、增強與提高耐久性的作用,被稱為高性能混凝土的第六組分。

粉煤灰需水量比不大于100%,磨細礦渣粉比表面積宜為400 m2/kg～500 m2/kg,外摻料的其他性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

2.6 拌合用水

拌合用水的水質會影響到混凝土的和易性、凝結時間、強度發(fā)展和耐久性,水中的氯離子對鋼筋特別是預應力鋼筋會產生腐蝕作用。因此拌合用水必須經過試驗檢測達到標準要求后才能用于混凝土的拌制。

符合國家標準生活飲用水可直接用作混凝土拌合水,地表水和地下水應經檢驗合格后方能作為混凝土拌合用水,不得使用海水。

拌合用水的性能指標應滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

3 結語

通過本文對高速鐵路高性能混凝土梁原材料質量控制的敘述,可以看出任何一種原材料的質量不穩(wěn)定都可能造成高性能混凝土達不到設計要求。在目前對混凝土提出高強度、高耐久性的要求下,只有通過嚴格控制原材料的每項指標才能確保混凝土的質量。

[1] 安文漢.鐵路工程試驗與檢測[M].太原:山西科學技術出版社,2006.

[2] 客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件[Z].2005.

[3] 客運專線高性能混凝土暫行技術條件[Z].2005.

[4] 許麗麗,李 宏.淺談高性能混凝土[J].山西建筑,2008,34(13):178-179.