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        細石自密實微膨脹混凝土在狹小空間的施工應用研究

        2018-09-06 09:40:28中鐵大橋局集團有限公司湖北武漢430050
        建筑科技 2018年1期
        關鍵詞:細石鋼箱膨脹劑

        龍 勇(中鐵大橋局集團有限公司,湖北 武漢 430050)

        1 工程概況

        某高速鐵路橋梁工程中的主橋跨徑布置為(116+120+336+120+116)m = 808m,336m 的主拱采用雙層橋面鋼箱系桿拱橋,116m 和 120m 的邊拱采用混凝土簡支系桿拱橋。主橋拱座為混凝土結(jié)構(gòu),拱肋為內(nèi)高 9m、內(nèi)寬 3m 的鋼箱結(jié)構(gòu),拱座—鋼箱拱肋結(jié)合面設計為 20 cm厚的 C 55 混凝土。結(jié)合段設計采用m 56 錨桿提供預壓力,通過錨桿的預壓力使鋼箱拱和橋墩混凝土基座連接成一體。錨桿一側(cè)錨固在混凝土橋墩內(nèi),另一側(cè)錨固在鋼箱拱承壓加勁板與錨墊板共同構(gòu)成的錨梁上,錨墊板厚度 60 mm。

        由于所灌注的混凝土厚度僅為 20 cm,其中還布置 142根m 56 錨桿及鋼筋網(wǎng),鋼筋密集,空間狹小,且無法振搗,所以要求混凝土有良好的流動性、穿透鋼筋間隙能力及勻質(zhì)性,能很好地填充結(jié)構(gòu)物,即應具有自密實性。另外,為了防止混凝土與鋼板脫黏,混凝土應具有一定的微膨脹性能,因此,決定使用 C 55 細石自密實微膨脹混凝土。

        2 混凝土性能指標確定

        根據(jù) JGJ 283—2012《自密實度混凝土應用技術規(guī)程》要求,結(jié)合以往工程經(jīng)驗,配制的細石自密實微膨脹混凝土拌合物性能指標應滿足表1 要求,硬化混凝土力學性能、耐久性及體積穩(wěn)定性指標應滿足表2 的要求。

        表1 細石自密實微膨脹混凝土拌合物性能指標要求

        表2 土力學性能、耐久性及體積穩(wěn)定性指標要求

        3 原材料優(yōu)選

        采用四川雙馬(宜賓)水泥制造有限公司生產(chǎn)的低堿 P·O 42.5 水泥,其標準稠度用水量 26.2%、比表面積應 336 kg/m2,堿含量 0.52%、熟料中 C3A 含量應< 5.7%,3d 抗折強度 5.6 MPa,3d 抗壓強度 28.4 MPa,28d 抗折強度 8.3 MPa,28d 抗壓強度 50.8 MPa,各技術性能指標均滿足規(guī)范要求。

        采用四川宜賓孝兒電廠生產(chǎn)的 F 類 Ⅰ 級粉煤灰,其細度 9.6%,需水量比 92%,燒失量 2.87%,各項指標符合TB/T 3275—2011 《鐵路混凝土》規(guī)范 C 50 及以上混凝土用粉煤灰指標要求。

        采用重慶天耀材料有限公司生產(chǎn)的 TY-ZY/Ⅰ 型高效膨脹劑,該膨脹劑后期膨脹效果良好,7d 抗壓強度 24.9 MPa,28d 抗壓強度 43.6 MPa,水中7d 限制膨脹率3.8×10-4,空氣中 21d 限制膨脹率 0.9×10-4。

        采用四川鐵科新型建材有限公司特配的 TK-PCA2緩凝型聚羧酸高性能減水劑,復配了適當引氣劑,減水率29%,7d 抗壓強度比 149%,28d 抗壓強度比 135%。

        采用云南水富金沙江河砂,其細度模數(shù) 2.6,級配符合Ⅱ 區(qū)中砂,含泥量≤1.1%,泥塊含量≤0.2%。

        采用宜賓市珙縣興太采石廠用反擊破破碎,再經(jīng)整形工藝生產(chǎn)的 5~10 mm 連續(xù)級配碎石,其含泥量 0.3%,泥塊含量 0.1%,針片狀含量 2%,壓碎值 6%。

        4 混凝土配合比設計試配

        4.1 混凝土配合比設計計算

        配合比設計計算主要依據(jù)規(guī)范 JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》及 TB/T 3275—2011 進行,依據(jù)混凝土堆壘理論,采用絕對體積法設計計算。在相關參數(shù)選定時,應盡可能的提高集料用量、降低漿體體積,以保證混凝土的體積穩(wěn)定性。

        (1)確定粗集料用量:自密實混凝土粗集料體積宜控制在 0.28~0.35m3,過小影響混凝土彈性模量、體積穩(wěn)定性等性能,過大則影響混凝土工作性。本混凝土設計強度較高,且碎石粒徑偏小,初步選定粗集料表觀密度為2780 kg/m3,體積為 0.35m3,粗集料mg用量計 算 見式(1)。

        (2)確定細集料用量:砂漿體積計算見式(2)。

        自密實混凝土的砂漿中砂的體積分數(shù)宜控制在0.42~0.45,過大則混凝土工作性和強度降低,過小則混凝土收縮較大。為進一步保證混凝土體積穩(wěn)定性,適當降低膠凝材料用量,砂漿中細集料的體積分數(shù)取 0.45。細集料ms用量計算公式見式(3)。

        摻適當?shù)姆勖夯铱筛纳苹炷恋墓ぷ餍?,降低混凝土水化熱;膨脹劑是微膨脹混凝土的膨脹源,?jīng)試驗比選確定,取粉煤灰、膨脹劑的質(zhì)量分數(shù)分別為 0.18、0.10。根據(jù)試驗結(jié)果,水泥、粉煤灰、膨脹劑的密度分別為 3.14 g/cm3、2.57 g/cm3、2.81 g/cm3。

        代入式(5)計算可得:膠凝材料表觀密度 t b 為 2.986g/cm3。

        依據(jù)普通混凝土配合比設計規(guī)程,取 v =6.0 ,

        (8)計算單位用水量 :單位用水量計算公式見式(8)。

        (9)計算水泥用量、礦物摻合料用量:粉煤灰mf、膨脹劑mp、水泥mc用量計算見式(10)~(12)。

        (11)驗算混凝土漿體比:根據(jù)規(guī)范 TB/T 3275—2011第 7.2.6 要求,C 50~C 60(含 C 60)混凝土最大漿體比應≤0.35,漿體比是膠凝材料和水體積之和與混凝土總體積的體積之比。本次設計計算的混凝土配合比漿體比 :;符合規(guī)范要求。

        (12)確定初步配合比:根據(jù)以上計算,初步確定表3 中的混凝土配合比。

        表3 細石自密實微膨脹混凝土初步配合比參數(shù) kg/m3

        4.2 混凝土配合比試配

        (1)混凝土外加劑初步配方的確定。為保證混凝土有良好的工作性,滿足坍落度損失小、易自密等性能要求,良好的高性能減水劑是關鍵,有必要對外加劑組分進行調(diào)整。為了降低調(diào)整外加劑組分時試拌混凝土的勞動強度,采用試拌同配合比砂漿性能方法確定外加劑的初步配方,試拌過程中,應重點觀察砂漿的氣泡大小、泌水巴底情況及擴展度發(fā)展趨勢。通過調(diào)整外加劑配方,使砂漿達到不泌水、不巴底并保持流動性能良好。砂漿流動度試驗方法參照 GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》附錄 A 進行,砂漿配合比見表4(是在表3 的基礎上去除粗集料、外加劑摻量降低 0.2% 而形成的)。砂漿性能試驗試拌5L,試驗情況及外加劑配方調(diào)整情況見表5。

        表4 試拌砂漿配合比參數(shù) kg/m3

        表5 砂漿試拌性能調(diào)整情況

        (2)混凝土試配調(diào)整。根據(jù)表5 配合比參數(shù)、按配方 3外加劑,進行混凝土試配。試拌時首先確?;炷凉ぷ餍?,工作性滿足要求后再制作成型力學性能、耐久性能試件。單次試拌 25 L,通過微調(diào)外加劑配方使混凝土工作性滿足施工要求,試拌混凝土工作性結(jié)果見表6。

        表6 細石自密實微膨脹混凝土試拌工作性能結(jié)果

        由表6 可以看出,同外加劑配方,試拌同配合比砂漿(摻量降低 0.2%)流動度與混凝土擴展度發(fā)展趨勢基本一致,但其他性能需根據(jù)混凝土試拌實際情況進行適當調(diào)整。

        通過表6 中序號2的試驗,最終確定了外加劑配方,并用這個配方的外加劑試拌混凝土,測試的細石自密實微膨脹混凝土拌合物性能檢測結(jié)果見表7,硬化混凝土力學性能、耐久性及體積穩(wěn)定性檢測結(jié)果見表8。

        表7 細石自密實微膨脹混凝土拌合物性能檢測結(jié)果

        表8 細石自密實微膨脹混凝土力學性能、耐久性及體積穩(wěn)定性檢測結(jié)果

        從表7、表8 可以看出,混凝土配合比各檢測指標結(jié)果均滿足施工、設計及規(guī)范要求,故擬定表3 配合比為本工程拱座-鋼箱拱肋結(jié)合段施工用混凝土配合比。

        5 混凝土模擬澆筑

        本工程部位操作空間狹小,結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,且鋼筋較密,混凝土澆筑一旦失敗,幾乎沒有補救措施。為了進一步確保結(jié)合段混凝土澆筑的質(zhì)量,采用平面尺寸 1/4、厚度為 20 cm 的結(jié)構(gòu)模型進行模擬澆筑,澆筑過程中監(jiān)控混凝土的工作性,并跟蹤混凝土的力學性能。澆筑完成后,拆除模板進行混凝土外觀驗收,鉆取芯樣查看混凝土的密實程度,并檢測混凝土芯樣抗壓強度。

        經(jīng)拆模檢查外觀、取芯驗證強度,混凝土填充密實,無蜂窩麻面等缺陷,混凝土芯樣 28d 抗壓強度為 64.1 MPa,滿足設計要求。

        6 工程應用

        為了確保拱座-鋼箱拱肋結(jié)合段混凝土的順利澆注,項目部制訂了專項澆注方案,狹小空間施工時,應注意控制澆筑速度,防止?jié)仓^快而形成氣囊。為了便于混凝土施工澆筑過程中觀察及更好地排出氣體,按梅花形預留部分錨桿孔間隙作為澆筑排氣孔及觀察孔,混凝土澆筑高度即將到達時用泡沫膠封堵;試驗室制定了專項控制措施,混凝土原材料進場后,進行了室內(nèi)試拌、拌和站試生產(chǎn)等工作,澆筑時,逐車檢查混凝土施工性能,并跟蹤5d 混凝土抗壓強度、工作性能、5d 抗壓強度與原配合比設計基本一致后,再正式生產(chǎn)施工。2016 年12月11日,在主橋2號墩、3 號墩拱座-鋼箱拱肋結(jié)合段首次澆筑,混凝土出機坍落度 260 mm、擴展度 680 mm、混凝土含氣量 2.4%,5 h 后坍落度 240 mm、擴展度 610 mm,5d 抗壓強度 53.4 MPa、彈性模量 36.6 GPa,28d 抗壓強度 67.0 MPa、彈性模量 41.3 GPa,14d 水中限制膨脹率 3.3×10-4、轉(zhuǎn)空氣中 28d 限制膨脹率 0.5×10-4,均滿足設計及規(guī)范要求。該細石自密實微膨脹混凝土的成功應用,解決了狹小空間混凝土澆筑無法振搗、后澆易脫黏等難題,為今后類似結(jié)構(gòu)施工積累了經(jīng)驗。

        7 結(jié) 語

        (1)細石自密實微膨脹混凝土配合比設計,應采用絕對體積法進行設計計算,粗集料體積、砂漿中細集料的體積分數(shù)是影響混凝土力學性能、體積穩(wěn)定性的重要指標。

        (2)高性能外加劑是細石自密實微膨脹混凝土工作性的重要保障,采用同配合比砂漿(摻量降低 0.2%)是確定外加劑初步配方的有效方法。

        (3)膨脹劑是混凝土補償收縮的膨脹源。膨脹劑的型號及摻量是混凝土補償收縮重要影響因素。高強度微膨脹預應力混凝土,應選擇后期膨脹效果良好的膨脹劑,配合比設計時限制膨脹率應比設計提高 0.5×10-4。

        (4)狹小空間結(jié)構(gòu)部位澆筑混凝土,應適當控制混凝土澆筑速度,防止應澆筑過快而形成氣囊。

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