吳曉鋒

機(jī)制砂流態(tài)混凝土在長(zhǎng)壽大橋上的運(yùn)用

吳曉鋒

對(duì)機(jī)制砂流態(tài)混凝土在長(zhǎng)壽大橋工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹,分別闡述了原材料的選擇和混凝土配合比設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容,通過(guò)工程的使用情況和使用效果得出因地制宜采用機(jī)制砂能夠配制出性能優(yōu)良的流態(tài)混凝土。

機(jī)制砂,流態(tài)混凝土,配合比

長(zhǎng)壽長(zhǎng)江大橋是渝懷鐵路全線控制工程之一。全橋混凝土總量 36 000m3,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 20～C40,混凝土采用泵送施工。長(zhǎng)期以來(lái),重慶地區(qū)天然砂資源十分匱乏,適合于配制泵送混凝土的天然砂要從外地調(diào)運(yùn),價(jià)格昂貴,運(yùn)輸不便;而當(dāng)?shù)氐氖規(guī)r資源非常豐富,為了減少工程成本,使工程優(yōu)質(zhì)如期完工,在經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上決定在泵送混凝土中,采用機(jī)制砂作為細(xì)集料。

泵送流態(tài)混凝土,是指基體混凝土中,加入流化劑,經(jīng)攪拌使混凝土的坍落度大于 200mm以上,能像水一樣流動(dòng)的混凝土拌和物,在混凝土泵的推動(dòng)下沿輸送管道進(jìn)行運(yùn)輸和澆筑。因而要求混凝土不但要滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、耐久性等,而且要求混凝土拌和物必須具有良好的可泵性。所謂可泵性,是指混凝土拌和物具有摩阻力小、不離析和粘塑性良好的性能。可泵性好的流態(tài)混凝土配合比,必須同時(shí)滿足壓送阻力與防止離析這兩個(gè)條件的要求。因此,不是任何一種混凝土拌和物都能進(jìn)行泵送施工的,因此在混凝土的原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)等方面都要慎重考慮,以期能配制出經(jīng)濟(jì)的、可泵性良好的混凝土拌和物。

1 原材料的選擇

1.1 細(xì)骨料

在泵送流態(tài)混凝土中,骨料的選擇是非常重要的。而細(xì)骨料對(duì)混凝土拌和物可泵性的影響比粗骨料大得多?；炷林阅茉谳斔凸苤许樌鲃?dòng),是由于砂漿潤(rùn)滑管壁和粗骨料懸浮在砂漿中的緣故,因而要求細(xì)骨料有良好的級(jí)配;另外細(xì)骨料中 0.315mm以下的細(xì)小顆粒含量也很重要。

機(jī)制砂是天然石灰?guī)r經(jīng)過(guò)人工分級(jí)破碎,篩分而得。與天然砂相比,石灰?guī)r機(jī)制砂棱角較多,0.315 mm以下的顆粒含量較少,所以單獨(dú)使用石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂作為細(xì)集料配制的混凝土容易發(fā)生阻塞,不利于泵送。根據(jù) JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程規(guī)定：細(xì)集料宜采用Ⅱ區(qū)中砂,通過(guò) 0.315mm篩孔的砂含量,不應(yīng)少于 15%;泵送混凝土最小水泥用量不低于 300 kg/m3。日本泵送混凝土施工規(guī)程規(guī)定細(xì)骨料中,通過(guò) 0.315mm篩孔的砂含量為 10%～30%,美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)推薦的細(xì)骨料級(jí)配曲線建議為 20%。而對(duì)于較低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,從工程成本的角度考慮是不宜泵送施工的;為了改善混凝土的工作性能,節(jié)約工程成本,試驗(yàn)室在經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,認(rèn)為采取合理的措施,利用機(jī)制砂為細(xì)骨料也能配制成性能優(yōu)良的、可泵送的流態(tài)混凝土。

從圖 1a),圖 1b)兩圖比較可以清楚的看出,長(zhǎng)壽機(jī)制砂屬Ⅰ區(qū)粗砂,篩分曲線與JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程推薦細(xì)集料最佳篩分曲線相差甚遠(yuǎn),從理論上屬不宜配制泵送混凝土的細(xì)集料。長(zhǎng)壽橋機(jī)制砂主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表1 長(zhǎng)壽橋機(jī)制砂主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 粗骨料

從粗骨料的選料上進(jìn)行控制。選用 5mm～25mm連續(xù)級(jí)配的碎石,通過(guò)調(diào)整軋石機(jī)的篩孔孔徑,使其篩分曲線接近最佳篩分曲線(粗骨料篩分曲線見(jiàn)圖 2a),圖 2b))。嚴(yán)格控制其針片狀含量在 5%以內(nèi),小于JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程規(guī)定的10%。

粗骨料的粒徑越小,孔隙率就越大,但只要適當(dāng)?shù)脑黾訚{體體積,就能減小粗骨料對(duì)輸送管管壁的阻力。保留粗骨料中不屬于泥污的石粉,以增加混凝土拌和物中的細(xì)粉含量。

粗骨料的形狀也會(huì)對(duì)混凝土拌和物的泵送性能產(chǎn)生影響,表面光滑、近似圓形的粗骨料比針片狀的要好,因?yàn)獒樒瑺铑w粒單位體積的比表面積近似圓形的大,也就需要更多的砂漿去包裹其表面。級(jí)配良好的粗骨料可在較小的用水量下制得流動(dòng)性良好,不離析、泌水少的混凝土拌和物,并能在相應(yīng)的成型條件下,得到均勻密實(shí)的混凝土。

長(zhǎng)壽大橋粗、細(xì)骨料母材堿活性試驗(yàn)結(jié)果均合格。

1.3 粉煤灰

在混凝土中摻加一定量的粉煤灰,取代部分水泥,增大漿體體積,在節(jié)約工程成本的同時(shí),改善混凝土拌和物的工作性能。

新拌混凝土的和易性受漿體的體積、水灰比、骨料的級(jí)配、形狀、空隙率等的影響。摻用粉煤灰對(duì)混凝土拌和物的好處之一就是增大漿體體積。有資料表明：同質(zhì)量的粉煤灰的體積要比水泥體積大約 30%。當(dāng)超量替代水泥時(shí),多摻加的粉煤灰增大了細(xì)粉含量,增大了漿體—骨料比。大量的漿體填充了骨料間隙,包裹并潤(rùn)滑了骨料顆粒,從而使新拌混凝土具有更好的粘聚性。粉煤灰顆?？梢詼p少漿體—骨料的界面摩擦,起到滾珠軸承的作用,從而改善新拌混凝土的和易性。粉煤灰的摻入還可以補(bǔ)償機(jī)制砂細(xì)骨料中 0.315mm以下的細(xì)屑的不足,中斷砂漿基體中的泌水渠道的連續(xù)性,增強(qiáng)了新拌混凝土抗離析的能力。

優(yōu)質(zhì)的粉煤灰還具有一定的減水作用,在混凝土拌和物流動(dòng)度不變的條件下,能減少一定量的拌和用水,提高混凝土強(qiáng)度。

流態(tài)混凝土中摻入粉煤灰,使單位體積的混凝土水泥用量減少。水泥用量少不僅是單純的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,而且還有技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。如：因水泥用量過(guò)大,大體積混凝土水化熱引起的開(kāi)裂危險(xiǎn);結(jié)構(gòu)混凝土中水泥用量過(guò)大引起的干縮增大和開(kāi)裂等問(wèn)題。

長(zhǎng)壽大橋采用華能重慶珞璜電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰,粉煤灰具體技術(shù)指標(biāo)如表 2所示。

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo) %

1.4 泵送劑

泵送劑不同于普通的減水劑,是一種復(fù)合外加劑,具有減水、緩凝、增稠、引氣、減小坍落度損失的作用,是泵送流態(tài)混凝土中重要的組成部分。在使用前,應(yīng)做泵送劑與水泥的相容性試驗(yàn),選用與水泥有良好相容性的泵送劑。適宜的泵送劑和優(yōu)質(zhì)的粉煤灰同時(shí)使用能極大的提高流態(tài)混凝土的工作性能。

1.5 水泥

泵送流態(tài)混凝土對(duì)水泥無(wú)特殊的要求。長(zhǎng)壽大橋水泥選用重慶騰輝地維集團(tuán)生產(chǎn)的地維32.5R普通硅酸鹽水泥。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

長(zhǎng)壽大橋施工環(huán)境復(fù)雜。最大垂直泵送高度70m,最大水平泵送距離 200m。要求混凝土拌和物坍落度大、流動(dòng)性好、不泌水、抗離析能力強(qiáng)。應(yīng)根據(jù)混凝土不同的強(qiáng)度等級(jí)、施工部位,設(shè)計(jì)出性能不同的混凝土配合比,以滿足工程施工的需要。

表3 長(zhǎng)壽大橋主要混凝土配合比 kg

根據(jù)骨料的情況、結(jié)合具體施工條件,混凝土配合比設(shè)計(jì)采用大砂率(最大 48%),固定粉煤灰用量的原則,確?；炷涟韬臀镏?0.315mm以下細(xì)小顆粒在450 kg/m3以上,以期在滿足混凝土工作性能的同時(shí),獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益(見(jiàn)表 3,表 4)。

表4 新拌混凝土拌和物工作性能

1號(hào) ～4號(hào)配合比的混凝土拌和物和易性、保水性、粘聚性良好,相對(duì)壓力泌水率S10小于JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程所要求的 40%的指標(biāo),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和以往的工作經(jīng)驗(yàn)可以斷定 1號(hào)～4號(hào)配合比均能滿足泵送施工的需要。

坍落度和坍落度擴(kuò)展值相比,坍落度擴(kuò)展值指標(biāo)不僅能反映混凝土拌和物的流動(dòng)性,而且能在一定程度上反映出混凝土拌和物的流動(dòng)阻力。在一定范圍內(nèi),水泥用量越大,混凝土拌和物的流動(dòng)阻力越大;砂率越大,混凝土拌和物的流動(dòng)阻力越大。表現(xiàn)為泵送壓力增大,混凝土壓送量小;但是,水泥用量過(guò)少、砂率偏低,混凝土拌和物又容易離析,工作度變壞。這就要求配合比設(shè)計(jì)時(shí)在水泥用量和砂率之間找到一個(gè)平衡點(diǎn),使混凝土拌和物具有較好的流動(dòng)度的同時(shí),也必須具有足夠的粘聚性。

從表 3,表 4中 2號(hào),4號(hào)配合比可以看出：4號(hào)配合比每立方米水泥用量較大,坍落度兩者接近,但 4號(hào)配合比坍落度擴(kuò)展值卻較 2號(hào)配合比小。說(shuō)明 4號(hào)配合比混凝土拌和物內(nèi)聚力較大,流動(dòng)阻力也較大。

添加混凝土泵送劑時(shí)間,宜在混凝土攪拌均勻后。采用后添加泵送劑的方法,可以提高流化效果、減小坍落度損失。在一定溫度范圍內(nèi),混凝土拌和物的凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng),混凝土的經(jīng)時(shí)損失越小。

3 機(jī)制砂流態(tài)混凝土在實(shí)際工程中的運(yùn)用

從以上 1號(hào)～4號(hào)配合比在工程的使用情況和使用效果來(lái)看(見(jiàn)表 5),配合比的設(shè)計(jì)是合理的。

表5 1號(hào)～4號(hào)配合比混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度 MPa

3號(hào)配合比主要用于工程的水下混凝土施工。水下混凝土施工采用導(dǎo)管法施工,共灌注水下混凝土 8 200m3。澆筑中混凝土工作性能良好,混凝土澆筑順利。經(jīng)超聲波檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示：20根水下樁樁身完整,混凝土勻質(zhì)性良好。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到Ⅰ類(lèi)樁標(biāo)準(zhǔn)。

表6 混凝土現(xiàn)場(chǎng)抽樣試驗(yàn)結(jié)果匯總表

2號(hào)配合比澆筑混凝土 15 000m3。其中,一次性澆筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25、體積 2 500m3的承臺(tái)兩個(gè)。由于混凝土泵送劑中復(fù)合了超緩凝劑,混凝土凝結(jié)時(shí)間控制在 22 h～24 h。超緩凝劑的摻入使混凝土中水化熱釋放減慢,水化熱峰值削減,有利于混凝土內(nèi)部熱量散失而降低混凝土內(nèi)外溫差,避免溫度裂縫產(chǎn)生。溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：混凝土內(nèi)部最高溫升出現(xiàn)在混凝土入模74 h后,內(nèi)部最高溫升 56℃,持續(xù) 23 h,混凝土表面最高溫度35℃,混凝土內(nèi)外最大溫差 21℃。拆模后,混凝土表面未發(fā)現(xiàn)因水化熱而引起的裂紋。

1號(hào),4號(hào)配合比在泵送施工中均使用正常,混凝土拌和物工作性能良好。

工程各部位混凝土強(qiáng)度均依據(jù)TB 10425-94鐵路混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定,評(píng)定結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)表6)。

機(jī)制砂流態(tài)混凝土生產(chǎn)管理與普通混凝土生產(chǎn)管理沒(méi)有本質(zhì)的不同。但值得注意的是,機(jī)制砂流態(tài)混凝土在對(duì)各種原材料每批次檢驗(yàn)的同時(shí),還要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)骨料,特別是細(xì)骨料的控制管理。因?yàn)闄C(jī)制砂流態(tài)混凝土砂率較普通混凝土砂率大,當(dāng)細(xì)骨料表面含水率變化為 1%時(shí),坍落度變化約 40mm～60mm,抗壓強(qiáng)度也隨之發(fā)生變化。所以,在正常情況下應(yīng)每 6 h測(cè)定一次細(xì)骨料表面含水率;當(dāng)天氣發(fā)生變化時(shí),應(yīng)加大測(cè)定頻率,以便及時(shí)調(diào)整施工配合比中的拌和用水和細(xì)骨料的重量;當(dāng)粗骨料粒徑和細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)超出規(guī)定范圍時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工配合比中的砂率。應(yīng)每班隨機(jī)監(jiān)測(cè)混凝土坍落度、坍落度擴(kuò)展值的變化,使混凝土坍落度、坍落度擴(kuò)展值變化在可控范圍內(nèi);建立混凝土質(zhì)量管理圖,當(dāng)發(fā)生混凝土質(zhì)量波動(dòng)異常情況時(shí),及時(shí)分析、判斷原因,采取措施,防患于未然。工程應(yīng)用實(shí)踐表明：因地制宜的采用機(jī)制砂,摻用適量的粉煤灰,輔以適宜的泵送劑完全能夠配制出經(jīng)濟(jì)的、性能優(yōu)良的流態(tài)混凝土,為今后進(jìn)一步研究機(jī)制砂在混凝土中的運(yùn)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]李玉印,李玉海,魏冬輝.建筑用人工砂在混凝土中的應(yīng)用[J].山西建筑,2010,36(18)：152-153.

Application on themachine-made sand flow ing concrete in Changshou Bridge

WU Xiao-feng

This paper specifically introduces the application of artificial-sand flowing concrete in Changshou Bridge,and respectively expounds two angles of raw material selection and concretemixing proportion design.Through engineering utilization and effects,it concludes that it can prepare good flowing concrete by using artificial-sand.

artificial-sand,flowing concrete,mixing p roportion

TU528.53

A

1009-6825(2011)03-0107-03

2010-09-28

吳曉鋒(1965-),男,工程師,中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中心試驗(yàn)室,江西 九江 332001