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

        2016-07-07 01:45:54梅連軍
        西部交通科技 2016年4期
        關(guān)鍵詞:水化熱連續(xù)剛構(gòu)橋原材料

        梅連軍

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

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

        梅連軍

        (新疆交通建設(shè)集團股份有限公司,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300 m,

        其所使用的混凝土強度也早已超過C50,達(dá)到了高強混凝土范疇[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,才能使高強混凝土發(fā)揮出其高強度的優(yōu)點。然而在實際施工過程中,施工人員往往并未重視高強混凝土的施工,仍采用普通混凝土施工工藝,對原材料質(zhì)量把控不嚴(yán)、未對水灰比進行優(yōu)化,導(dǎo)致采用了高強混凝土的連續(xù)剛構(gòu)橋仍普遍存在主梁開裂現(xiàn)象[3]。

        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁是否開裂,在一定程度上取決于其箱梁高強混凝土質(zhì)量控制水平的好壞。在現(xiàn)行設(shè)計規(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度等級也隨之越來越高,高強混凝土已被廣泛采用。由于高強混凝土材料非均質(zhì)、離散度大的本質(zhì)特征,使得高強混凝土的質(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)橋中高強混凝土原材料控制要點、配合比設(shè)計及優(yōu)化、施工工藝流程控制要點及水化熱控制要點,以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強混凝土的設(shè)計及施工提供參考。

        1項目概況

        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

        2.1原材料

        高強混凝土原材料質(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試驗來研究不同原材料類型和比例對連續(xù)剛構(gòu)橋主梁高強混凝土質(zhì)量的影響,對其原材料進行調(diào)研和分析,提出高強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,實時了解原材料的變化,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,在高強混凝土配制設(shè)計過程中必須重視水泥工作性能和水泥類型選取。

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

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

        對于水泥種類而言,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混凝土,不宜采用其它類型水泥。水泥中堿物質(zhì)含量和氯離子含量都不應(yīng)超過相應(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)量滿足橋梁建設(shè)要求。

        橋梁屬于百年大計,設(shè)計使用年限通常為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,不能超過規(guī)范限值。對于用于高強混凝土拌合的水,有條件的情況下應(yīng)當(dāng)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行pH檢測、不溶物檢測等相關(guān)項目的檢測并符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

        2.1.3粗細(xì)骨料

        (1)粗骨料:對高強混凝土而言,粗骨料除了滿足普通混凝土粗骨料要求外,對其抗壓強度要求更加嚴(yán)格,需超過混凝土強度等級30%。粗骨料的選擇應(yīng)當(dāng)因地制宜,選擇連續(xù)級配、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:高強混凝土細(xì)骨料除了滿足普通混凝土細(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

        對于高強混凝土而言,在配制過程中宜加入一定劑量的高效減水劑。在冬季高強混凝土戶外澆筑施工時,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PC連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強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)與長期性能(如強度等)之間的相關(guān)性,預(yù)測高強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)護條件高強混凝土的水化熱、收縮、徐變與抗開裂敏感性,并考慮施工的方便性、經(jīng)濟性和易保證性,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)聘請有專業(yè)資質(zhì)的單位對攪拌設(shè)備進行標(biāo)定?;炷翑嚢枋┕と缬鲇晏欤瑧?yīng)當(dāng)實時測定粗細(xì)骨料中含水率的變化,并根據(jù)測定結(jié)果及時對用水量進行調(diào)整,以確保配合比準(zhǔn)確。

        對于連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的拌合,根據(jù)規(guī)范要求必須采用強制式拌合機進行拌合。在混凝土攪拌前,應(yīng)將攪拌設(shè)備加水運行5 min,洗凈設(shè)備中的雜物并濕潤攪拌機壁?;炷翑嚢韬煤笠M量全部卸出,卸出過程中嚴(yán)禁進料。

        2.3.2混凝土運輸

        對高強混凝土的運輸,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運輸,運輸前應(yīng)先將內(nèi)壁清洗干凈。運輸過程中,應(yīng)防止混凝土發(fā)生離析、漏漿等現(xiàn)象。當(dāng)運輸過程中混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時,應(yīng)在不加水的情況下對混凝土進行二次攪拌。盡量避免在炎熱夏季的烈日下運輸混凝土,否則會造成混凝土入模溫度過高,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

        對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的澆筑,應(yīng)注意防止混凝土澆筑自由傾落高度過大而造成混凝土離析。澆筑過程中應(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)盡量縮短更換泵車等中斷澆筑的時間,合理安排組織施工。

        對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的振搗,一般采用拆入式振搗棒振搗。振搗時間應(yīng)當(dāng)適中,過短和過長均會影響混凝土質(zhì)量。振搗順序要安排合理,同時盡量避免漏振。

        2.3.4混凝土養(yǎng)護

        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快而開裂。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,應(yīng)注意采取保溫養(yǎng)護措施,防止水化熱引起的內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

        3水化熱問題淺析

        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,所用混凝土的強度等級也在提高,水泥用量增多,水化熱問題也更加明顯。背景工程橋梁箱梁零號塊底板厚度達(dá)到了1.0 m。

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

        根據(jù)測試結(jié)果,發(fā)現(xiàn)該連續(xù)剛構(gòu)橋零號塊底板中心最大溫度達(dá)到了78.5 ℃,略微超過了規(guī)范限值(70 ℃)。同時,該橋零號塊底板內(nèi)外溫差達(dá)28.4 ℃,也略微超過了規(guī)范限值(25 ℃)。雖然通過對該橋零號塊底板檢查并未發(fā)現(xiàn)可見裂縫,但施工過程中應(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(特別是零號塊)的水化熱溫度效應(yīng)控制問題。

        建議采取如下措施減少水化熱溫度效應(yīng):

        (1)在保證高強混凝土強度滿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)在混凝土運輸時,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高;

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

        (4)加強混凝土的養(yǎng)護,及時進行覆蓋抗風(fēng)和灑水保濕,內(nèi)外溫差不宜過大。

        4結(jié)語

        大跨PC連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中應(yīng)特別注重高強混凝土的質(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對高強混凝土質(zhì)量進行控制。此外,還應(yīng)該重視高強混凝土用于連續(xù)剛構(gòu)橋帶來的水化熱溫度過高的問題,采取合理措施保證內(nèi)部峰值溫度和內(nèi)外溫差來滿足規(guī)范相應(yīng)要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]周軍生,樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學(xué)報,2000,13(1):31-37.

        [2]鄭勇,胡大琳,沈永林.輕質(zhì)高強混凝土在連續(xù)剛構(gòu)橋中的應(yīng)用分析[J].公路,2005(7):32-35.

        [3]張?zhí)烀?特大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋開裂及下?lián)戏乐未胧┨接慬J].公路交通技術(shù),2011(2):71-73.

        [4]劉小燕,顏東煌,張峰,等.預(yù)應(yīng)力高強混凝土梁極限承載力分析[J].中國公路學(xué)報,2006,19(1):58-61.

        [5]崔士起,孔旭文.小直徑芯樣檢測高強混凝土強度試驗研究[C].第六屆全國建筑物鑒定與加固改造學(xué)術(shù)會議,2002.

        [6]成國強,趙俊青.高強混凝土原材料及配合比設(shè)計參數(shù)的選擇[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報,1998(3):82-85.

        [7]JTG-2006,混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [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度也越來越高,其中,高強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)高強混凝土(C55)的澆筑施工實例,從原材料控制、配合比優(yōu)化、施工工藝控制等三個方面,對連續(xù)剛構(gòu)橋主箱梁施工過程中的高強混凝土質(zhì)量控制要點進行了探討,并分析了高強混凝土澆筑過程中所產(chǎn)生的水化熱溫度過高對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋大體積零號塊箱梁施工帶來的不利影響,闡述了實際施工過程中常用的高強混凝土水化熱控制措施,以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強混凝土的設(shè)計及施工提供參考。

        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

        作者簡介

        中圖分類號:U448.23

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        DOI:10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.018

        文章編號: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。

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