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        大體積高強(qiáng)纖維素纖維砼研究

        2010-10-17 16:58:02,趙
        科技傳播 2010年7期
        關(guān)鍵詞:減水劑耐久性集料

        徐 樸 ,趙 燕

        1.中鐵大橋局集團(tuán)一公司試驗(yàn)檢測中心,河南鄭州 450000

        2.洛陽路橋建設(shè)集團(tuán)第一工程有限公司,河南洛陽 471000

        0 引言

        隨著我國國力日益昌盛,基礎(chǔ)建設(shè)也越來越受到國家的重視,大體積高強(qiáng)纖維砼也越來越多,對此類砼的研究,具有普遍指導(dǎo)意義。本文結(jié)合富陽鹿山大橋工程特點(diǎn),對該類砼配合比設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行分析研究。

        1 工程概況

        鹿山大橋位于浙江省富陽市, 是鹿山分區(qū)和春江分區(qū)之間跨越富春江、實(shí)現(xiàn)兩區(qū)連接的重要城市橋梁。工程起點(diǎn)與320國道相交,自北向南跨越富春江及兩條沿江大道,終點(diǎn)與新中公路相接。路線總長2.422km,其中橋梁長約1.502km。該橋主橋?yàn)?18+256+118三跨雙塔單索面預(yù)應(yīng)力砼斜拉橋,主跨跨徑大,技術(shù)比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)使用壽命為100年。其中主梁0號塊為C60纖維素纖維砼,其最小邊長3.195m,方量為1200m3,屬于大面積、多方量的大體積砼。

        2 砼配合比設(shè)計(jì)原則

        2.1 大體積砼定義

        現(xiàn)場澆筑的最小邊尺寸為1~3 m , 且必須采取措施以避免水化熱引起的溫差超過25℃的砼稱為大體積砼。

        2.2 設(shè)計(jì)原則

        1)選用質(zhì)量穩(wěn)固、低水化熱和含堿量偏低的水泥,盡可能避免使用早強(qiáng)水泥和C3A含量偏高的水泥;

        2)選用堅(jiān)固耐久、級配合格、粒形良好的潔凈集料;

        3)為降低砼內(nèi)部的溫升和水化熱,盡可能摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰等礦物摻合料;

        4)盡可能降低拌合水用量,采用高效減水劑;

        5)限制每立方米砼中膠凝材料的最低和最高用量,盡可能減少膠凝材料中水泥的用量;

        6)摻加纖維,減少砼裂縫的產(chǎn)生。

        3 砼配合比的主要設(shè)計(jì)途徑

        大體積高強(qiáng)砼配合比的設(shè)計(jì)及優(yōu)化應(yīng)根據(jù)大體積砼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和溫控要求進(jìn)行,嚴(yán)格控制砼的溫度升降變化,是控制大體積砼溫度裂縫的有效方法。

        超細(xì)粉由于其填充效應(yīng)、流化效應(yīng)和后期活性效應(yīng),添加粉煤灰可以明顯降低泌水率,降低早期水化熱,改善粗集料周圍界面結(jié)構(gòu),改善砼結(jié)構(gòu)和體積穩(wěn)定性,提高耐久性,而且由于Ⅰ級粉煤灰價(jià)格低于水泥價(jià)格,因而提高取代率從經(jīng)濟(jì)成本比較上也是合理的。

        普通大體積砼具有收縮大、抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小以及抗沖擊性差等缺點(diǎn)。在大體積砼中加入纖維素纖維可以提高砼的抗拉強(qiáng)度;限制砼早期由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發(fā)生和擴(kuò)展;阻止砼破壞時(shí)裂縫擴(kuò)展,使砼在開裂后仍能保持一定的抗拉強(qiáng)度,同時(shí)具有較高的荷載傳遞能力。提高了砼的變形能力與彈性模量。纖維素纖維除了能控制砼塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂紋,防止及抑制裂縫的形成及發(fā)展,大大提高砼的抗?jié)B性能、抗凍融性能等一般纖維的優(yōu)點(diǎn)外,還具有和水泥親和力強(qiáng),促進(jìn)水泥水化,減少砼泌水等特殊性能。

        3.1 砼的原材料選用

        3.1.1 水泥

        水泥廠應(yīng)能穩(wěn)定工藝,控制水泥質(zhì)量波動,降低水泥質(zhì)量的離散性,盡量不使用立窯水泥,不宜使用早強(qiáng)水泥、水化熱較高和高C3A含量的水泥,控制熟料中C3A含量可以降低水泥早期水化熱、降低水泥與外加劑適應(yīng)性問題。基于此,我們優(yōu)選采用了浙江尖峰P·O 52.5水泥,其主要檢測技術(shù)指標(biāo)如表1。

        表1 水泥的技術(shù)指標(biāo)

        3.1.2 粉煤灰

        大體積砼通過等量或超量取代的方法摻加粉煤灰可以防止早期裂紋,還可以提高砼的耐久性,其作用如下:

        2)顯著改善砼和易性;

        3)提高砼的密實(shí)性和強(qiáng)度;

        4)提高砼抗?jié)B性;

        5)提高抗Cl-離子滲透;

        6)提高抗堿——集料反應(yīng);

        7)提高抗硫酸鹽侵蝕。

        本橋采用寧波北侖電廠生產(chǎn)的I 級粉煤灰, 其技術(shù)指標(biāo)見表2。

        表2 粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)

        需水量比(%) ≤95 93燒失量(%) ≤5.0 4.61三氧化硫(%) ≤3.0 0.21游離氧化鈣(%) ≤1.0 0.54

        3.1.3 粗集料

        農(nóng)歷正月十六,家中的老奶奶或媽媽聞雞而起,從北鍋臺鍋底取下鍋底黑灰,在睡夢香甜中的兒孫們的腦門上或臉上抹上點(diǎn)黑灰,目的是避免兒孫們受到鬼怪邪魔的侵?jǐn)_,保佑兒孫們一年平安。年輕人都起得很早,帶著鍋底黑灰到親屬家、到左臨右舍家相互涂抹黑灰。有的懶散的人起的晚了,在被窩里就被人家抹的滿臉黑,走在大街上的人們不論認(rèn)識與否,都會趁對方不備,突然襲擊,抹個(gè)滿臉黑。這一天,最倒霉的是當(dāng)嫂子的,她們成了前來抹黑者的主攻對象,孩子們也屋里屋外你追我趕,相互涂抹,活動場面非?;钴S熱鬧。

        粗集料的級配和顆粒形狀對砼的性能至關(guān)重要,級配好、粒形好的碎石在砼中與水泥石的界面結(jié)合狀態(tài)好,配制的砼密實(shí)度高、流動性大。大體積砼宜優(yōu)先選擇連續(xù)級配的粗集料配制。使用連續(xù)級配的粗集料配制的砼工作性能較好, 可以減少用水量和水泥用量, 減小絕對溫升,從而降低了砼的溫升。這里我們采用了富陽下際石料廠的5~10mm和10~25mm兩級配組合碎石,其壓碎指標(biāo)5.0%,針片狀含量4%,堅(jiān)固性2.0%,含泥量0.5%,泥塊含量0.20%。

        3.1.4 細(xì)集料

        采用贛江產(chǎn)的中粗砂,其細(xì)度模數(shù)2.7,含泥量1.1%,泥塊含量0.4%,云母含量0.2%。

        3.1.5 減水劑

        減水劑的性能是降低砼水灰比、增大坍落度的關(guān)鍵,我們采用山西黃騰減水劑廠生產(chǎn)的HT-HPC聚羧酸類高效減水劑,其主要檢測技術(shù)指標(biāo)如表3。

        表3 減水劑的技術(shù)指標(biāo)

        3.1.6 拌合及養(yǎng)生用水

        拌合及養(yǎng)生用水采用富春江水,其主要檢測技術(shù)指標(biāo)如表4。

        表4 水的技術(shù)指標(biāo)

        3.1.7 纖維素纖維

        在這里我們采用瑞高實(shí)業(yè)所提供的WEYTHIN纖維素纖維,它是新型的復(fù)合纖維,屬于低彈模級材料,基體采用美國本土經(jīng)基因改良的沼澤松木中提取到的高純度纖維素纖維,單絲纖維外形成扁平狀。在大體積砼中添加纖維素纖維可以大幅提高砼的均質(zhì)性,有效抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫,同時(shí)可以改善砼的抗?jié)B性、抗凍融性,提高砼的耐久性。其比表面積2490m2/kg,彈性模量8.5GPa,抗拉強(qiáng)度960MPa,推薦摻量0.9kg/m3。

        3.2 砼配合比試配

        確定了配合比的各種材料及骨料的級配,然后依據(jù)《普通砼配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55- 2000)和纖維砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 38- 2004)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行大體積砼配合比設(shè)計(jì),再按《普通砼拌和物性能試驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080- 2002)和《普通砼力學(xué)性能試驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081- 2002)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行砼的室內(nèi)試拌和新拌砼性能的各項(xiàng)試驗(yàn)以及試件的力學(xué)性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表5。

        由上表可看出,A#、B#配比較理想,但A#配比砼比B#較為粘滯,不利于現(xiàn)場砼泵送施工,且A#配比水泥用量較多會產(chǎn)生更大的水化熱,因此從砼耐久性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)場控制要求綜合考慮,配比初步采用B#為基準(zhǔn)配比。接著我們對B#配比砼進(jìn)行耐久性試驗(yàn),結(jié)果見表6。

        表6 選定配合比砼耐久性技術(shù)指標(biāo)

        經(jīng)耐久性試驗(yàn)B#配比所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合要求,因此選用B#配比。

        4 砼的現(xiàn)場控制和質(zhì)量控制

        為提高砼的工藝性能、降低砼溫升,粗細(xì)集料盡量在拌和前先潤濕,同時(shí),由于砼中水泥用量小、相對減水劑摻量較大,因此砼性能對原材料和環(huán)境溫度等變化較為敏感,適時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)頗為重要。

        由于該砼粘聚性大,攪拌困難,現(xiàn)場宜采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。攪拌時(shí),先向攪拌機(jī)投入骨料、水泥、粉煤灰、纖維素纖維和水,攪拌60s后,再加入減水劑繼續(xù)攪拌至攪拌均勻,即減水劑采用滯水法摻入,以提高減水效果和砼性能。因摻入纖維素纖維所以攪拌時(shí)間宜適當(dāng)延長20~40s直至纖維素纖維能完全分散到砼拌合物中去。

        由于該砼水膠比小、密實(shí)度大,砼表層水分蒸發(fā)后,內(nèi)部靠毛細(xì)管難以補(bǔ)充,造成表面干燥失水,形成干縮裂紋,因此應(yīng)提前保濕養(yǎng)護(hù),采用一層塑料膜加二層草袋,較厚處采用二層塑料膜加三層草袋保持表面潤濕,并適當(dāng)延長濕潤養(yǎng)護(hù)的時(shí)間,可提高后期強(qiáng)度、彈模和耐久性,提高結(jié)構(gòu)表層砼的密實(shí)性、均勻性,降低砼硬化收縮應(yīng)力,防止裂縫產(chǎn)生。

        現(xiàn)場取樣立方體抗壓強(qiáng)度試件12 組, 在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù),28天平均強(qiáng)度69.6MPa,達(dá)到室內(nèi)試配強(qiáng)度的94.3%,最低強(qiáng)度68.9MPa, 標(biāo)準(zhǔn)差3.60MPa, 全部滿足C60 設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的要求。主梁0#塊經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理各方根據(jù)規(guī)范要求檢查, 未發(fā)現(xiàn)裂縫、滲漏及其它質(zhì)量問題。

        5 結(jié)論

        1)大體積砼配合比設(shè)計(jì), 應(yīng)從控制溫度差的角度出發(fā), 防止產(chǎn)生溫度裂縫;

        2)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量是避免大體積砼裂縫的關(guān)鍵;

        3)控制水泥用量,合理摻用礦物摻合料,延長砼齡期、合理選用高效減水劑等方法是降低水化熱的有效途徑;

        4)在砼中可適當(dāng)摻入纖維素纖維,對抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫有明顯的效果,還可提高砼的耐久性;

        5)砼澆搗完畢后, 做好混凝土水化熱溫度的觀測記錄,及時(shí)開啟冷卻循環(huán)水管,冬季應(yīng)及時(shí)用保溫材料覆蓋, 并澆水保濕控制溫差。

        表5 砼配合比試配試驗(yàn)結(jié)果

        [1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ41-2000).

        [2]普通砼配比設(shè)計(jì)規(guī)程(JGJ55-2000).

        [3]普通砼拌和物性能試驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50080-2002).

        [4]普通砼力學(xué)性能試驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50081-2002).

        [5]水泥砼和砂漿用合成纖維(GB/T21120-2007).

        [6]纖維砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS38-2004).

        [7]孫忠義,王建華.公路工程試驗(yàn)工程師手冊.人民交通出版社,2004(1).

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