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        高速鐵路C50預應力混凝土配合比設計和質量控制

        2021-01-28 08:27:04黃國福
        黑龍江交通科技 2021年1期
        關鍵詞:膠凝減水劑集料

        黃國福

        (重慶渝浦交通工程質量檢測有限公司,重慶 404020)

        1 引 言

        2019年9月中共中央、國務院印發(fā)《交通強國建設綱要》,明確從2021年到本世紀中葉,我國將分階段推進交通強國建設。到2035年,基本全面建成人民滿意、保證有力、世界前列的交通強國,形成“三張交通網”、“兩個交通圈”。高速鐵路城市群一體化交通網是交通強國建設的重要組成部分,五縱六橫七連線的高速鐵路網的建設任重而道遠。

        高速鐵路橋梁施工作為高速鐵路建設的重要組成部分,配合比設計是施工前期準備的關鍵工作尤為重要,本文結合目高速鐵路C50預應力混凝土的配合比實例,詳細的介紹了配合比設計的方法和步驟,并對混凝土質量控制關鍵點進行了闡述。

        2 C50配合比設計實例

        2.1 設計原理及思路

        根據(jù)《鐵路混凝土》第7條配合比章節(jié)的規(guī)定,采用最小漿骨體積比設計的原則,內摻法摻加15%的粉煤灰,保證膠凝材料總量不變的情況下降低水泥用量,降低了混凝土早期水化熱,改善混凝土的工作性,使混凝土易于泵送、澆筑成型,保證了早期強度的同時提高后期強度和耐久性,外摻法摻加1.0%的聚羧酸系高性能緩凝型減水劑,減少了用水量和膠凝材料的用量,降低了混凝土早期水化熱,提高混凝土工作性的同時避免混凝土早期開裂。

        2.2 設計依據(jù)及技術要求

        (1)設計規(guī)范

        ①《鐵路混凝土》TB/T 3275-2009;②《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55-2011;③《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》TB10424-2019;④《鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范》TB10005-2010;⑤《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》TB10752-2010;⑥《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2019;⑦《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T50080-2002;⑧《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》GB/T 50082-2009;⑨設計文件。

        (2)技術要求

        ①設計強度等級:C50;②工作性能要求:180~220 mm,凝結時間:大于8 h,入模含氣量3.0%,1 h坍落度損失不超過30 mm;③使用環(huán)境及要求:T1、T2環(huán)境,設計使用年限100年;④耐久性能要求:電通量<1 000C、抗?jié)B等級不小于P12;⑤膠凝材料及水膠比要求:最大膠凝材料用量不宜超過480 kg/m3,最小膠凝材料用量不應小于330 kg/m3,最大水膠比不應超過0.35;⑥使用部位:預應力現(xiàn)澆梁。

        2.3 試驗用原材料

        水泥:葛洲壩松滋水泥有限公司P·O52.5;細集料:岳陽洞庭湖砂/中砂;粗集料:重慶涪陵區(qū)烏江路5~20 mm碎石(二級配5~10 mm20%,10~20 mm80%);粉煤灰:重慶華珞F類C50及以上粉煤灰;外加劑:湖北撫州工業(yè)聚羧酸系高性能緩凝型減水劑。

        2.4 配合比計算過程

        (1)計算配置強度

        采用fcu,o=fcu,k+1.645σ計算配制強度,根據(jù)施工水平,確定標準差為6.0,配制強度計算如下

        fcu,o=50+1.645×6.0=59.9 MPa

        (2)配合比計算

        ①水膠比

        水膠比采用下式確定:W/B=αafb/(fcu,0+αaαbfb)

        式中:W/B—混凝土水膠比;αa、αb—回歸系數(shù),根據(jù)本工程所用的粗集料為碎石,按規(guī)程第5.1.2條分別取值為αa=0.53、αb=0.20;fb—膠凝材料28 d膠砂抗壓強度為0.85×1.00×1.10×52.5=49.1 MPa。

        帶入已知相關數(shù)據(jù),計算水膠比為:

        W/B=0.53×49.1/(59.9+0.53×0.20×49.1)=0.39

        根據(jù)《鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范》、《鐵路混凝土》的規(guī)定,結合經驗并考慮施工諸多因素及混凝土耐久性,確定水膠比為0.32。

        ②單位用水量和減水劑用量

        根據(jù)坍落度要求,結合JGJ55-2011中5.2條的規(guī)定及相關經驗,擬定不摻減水劑是的單位用水量為215 kg,聚羧酸減水劑的減水率為28%,則摻外加劑時,單位用水量mwo=215×(1-28%)=155 kg/m3,最終用量以試拌調整后調整的為準。

        ③膠凝材料用量及減水劑用量

        粉煤灰摻量為膠凝材料15%,減水劑按照推薦摻量1.2%

        膠凝材料用量計算:

        mb0=155/0.32=484 kg/m3

        粉煤灰用量計算:mf=484×15%=73 kg/m3

        水泥用量計算:mc=484-73=411 kg/m3

        外加劑用量計算:ma=484×1.2%=5.81 kg/m3

        ④砂率選擇

        根據(jù)《鐵路混凝土》中7.2.5條的規(guī)定,結合經驗并考慮施工工藝及集料的實際情況,砂率βs取38%。

        ⑤粗、細集料用量

        Va,g=1-[(mw/ρw+mc/ρc+mf/ρf+mg/ρg+ms/ρs+ma/ρa)+α]

        (1)

        ms=Va,g×βs×ρs

        (2)

        mg=Va,g×(1-βs)×ρg

        (3)

        采用體積法,按照式(1)式(2)式(3),帶入水泥的密度ρc=3 100 kg/m3,粉煤灰的密度ρf=2 690 kg/m3,細集的料密度ρg=2 690 kg/m3,粗集料的密度ρs= 2 710 kg/m3,減水劑的密度ρa=1 070 kg/m3,水的密度ρw=1 000 kg/m3,βs=38%,混凝土含氣量α=1%,求得mg=675 kg/m3,ms=1 073 kg/m3。

        2.5 計算初步配合比

        水泥∶粉煤灰∶細骨料∶粗骨料∶水∶減水劑=411∶73∶675∶1 110∶155∶5.810(kg/m3)

        2.6 配合比設計及試驗項目檢測

        (1)基準配合比設計

        首先核算計算配合比的總堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量和漿體比,堿含量=1.90 kg/m3≤3.0 kg/m3,氯離子含量占膠凝材料總量=0.012%≤0.10%,三氧化硫含量占膠凝材料總量=2.58%≤4.0%,漿體比=0.32≤0.35,結果均滿足《鐵路混凝土》中7.1條,表39的規(guī)定。

        按初步配合比試拌0.025 m3的混凝土,拌合用量見表1。

        表1 拌合用量

        將混凝土拌合均勻后,檢測混凝土的坍落度、泌水率、凝結時間、含氣量,如拌合物性能不滿足設計要求,調整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對計算配合比進行修正,如調整不滿足要求,需要從新計算初步配合比。拌和物性能試驗結果見表2。

        表2 拌和物性能試驗

        (2)試驗室配合比設計

        以基準配合比分別增減水灰比0.02,砂率保持不變,計算的2個混凝土配合比,詳見表3。

        表3 混凝土配合比

        首先核算22個配合比的總堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量和漿體比,詳見表4。

        表4 核算配合比

        根據(jù)每個配合比分別拌制混凝土,拌合均勻后,檢測其的坍落度、泌水率、凝結時間、含氣量,如果拌合物性能不滿足要求,調整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對每個配合比進行修正。拌和物性能試驗結果見表5。

        根據(jù)每個配合比分別拌制混凝,制作試件,進行標準養(yǎng)護,達到規(guī)定齡期后進行力學性能及電通量試驗,試驗結果見表6。

        表5 拌和物性能試驗結果

        表6 力學性能及電通量試驗結果

        (3)設計配合比的調整和確定

        根據(jù)力學性能和耐久性結果,在滿足設計和施工要求的條件下,本著經濟合理的原則,確定C50-1號配合比為理論配合比,根據(jù)實測拌合物表觀密度、確定的理論配合比的計算表觀密度計算校正系數(shù),通過校正系數(shù)的修正最終確定每方混凝土材料用量如下

        水泥∶粉煤灰∶細骨料∶粗骨料∶水∶減水劑=411∶73∶675∶1 110∶155∶5.810(kg/m3)。

        3 新拌混凝土的質量控制

        3.1 原材料控制

        水泥要嚴把質量關,水泥進場后及時取樣,進行比表面積、凝結時間、安定性和抗折抗壓強度檢測、打入儲存罐之前要進行溫度測試,在儲存使用過程中要對溫度進行監(jiān)控,并采取降低水泥溫度或者防止水泥升溫的必要措施,在澆筑拌制前應避免水泥溫度偏高混凝土出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。

        粉煤灰進場首先要觀察顏色,跟留樣的粉煤灰進行比對,其次用150倍以上顯微鏡進行微觀觀察,呈圓珠相的為原灰,呈類似石子的多棱柱狀的為假粉煤灰。做好燒失量、流動度比以及活性指標的檢測。

        細骨料中泥粉中一方面要考慮蒙脫土有遇水膨脹分層的有害性,另一方面小于0.075 mm的顆粒是光滑的巖石顆粒,要檢測細骨料的吸水率。

        減水劑的選擇要充分考慮我國的泥粉分布情況,從西北向東南由堿性的過渡,且呈電泳效應。進場時要驗證與水泥的適應性,在常規(guī)檢測中做好減水率、含固量、含氣量、抗壓強度比的檢測工作,保證減水劑的質量。

        3.2 施工配合比控制

        冬季和夏季應對粉煤灰摻量、減水劑成份摻量進行、粗細集料比例和砂率調整,并選用不同的配合比以適應現(xiàn)場施工。在施工前根據(jù)氣溫變化、原材料質量變化情況,確定配合比調整作業(yè)指導書。

        混凝土拌制之前,根據(jù)粗細集料的實際含水量與設計配合比的差值調整用水量,確定混凝土的施工配合比。

        3.3 新拌混凝土拌合物性能檢測

        (1)開盤鑒定

        在混凝土結構部位澆筑之前進行混凝土的試拌制,首先對施工配合比和攪拌機適應性能進行檢驗。其次檢測施工配合比的工作性能。當不符合施工要求時,配合比要根據(jù)作業(yè)指導書進行調整。

        (2)出站檢測

        每車混凝土出站之前,試驗人員應按照規(guī)范規(guī)定對混凝土拌和物性能進行檢測,當混凝土出現(xiàn)異常應及時與攪拌司機進行溝通。當檢測結果不滿足施工要求時,應根據(jù)作業(yè)指導書調整混凝土配合比,確?;炷脸稣竟ぷ餍阅軡M足施工需要。

        (3)現(xiàn)場檢測

        在混凝土澆筑之時,罐車卸料之前,必須快速轉動罐車一分鐘以上,避免粗細骨料分離的現(xiàn)象。試驗人員對每車混凝土工作性能進行檢測,工作性能合格的混凝土應予以澆筑。

        4 結 論

        (1)根據(jù)《鐵路混凝土》的規(guī)定,高速鐵路混凝土配合比設計應采用最小漿骨體積比的原則,配合比參數(shù)要根據(jù)原材料情況、設計使用年限、環(huán)境條件和強度等級確定。

        (2)預應力混凝土配合比設計中,要選用優(yōu)質的摻和料和外加劑,在滿足設計要求的前提下,盡量減少用水量和水泥的用量,降低混凝土水化熱,以免造成混凝土早期開裂。

        (3)新拌混凝土質量管理人員應做好原材料控制、施工配合比控制和拌合物性能檢測等幾個方面工作,才能充分保證混凝土的質量。

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