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        高速鐵路C50預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制

        2021-01-28 08:27:04黃國(guó)福
        黑龍江交通科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:膠凝減水劑集料

        黃國(guó)福

        (重慶渝浦交通工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司,重慶 404020)

        1 引 言

        2019年9月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》,明確從2021年到本世紀(jì)中葉,我國(guó)將分階段推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。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(qiáng)國(guó),形成“三張交通網(wǎng)”、“兩個(gè)交通圈”。高速鐵路城市群一體化交通網(wǎng)是交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要組成部分,五縱六橫七連線的高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。

        高速鐵路橋梁施工作為高速鐵路建設(shè)的重要組成部分,配合比設(shè)計(jì)是施工前期準(zhǔn)備的關(guān)鍵工作尤為重要,本文結(jié)合目高速鐵路C50預(yù)應(yīng)力混凝土的配合比實(shí)例,詳細(xì)的介紹了配合比設(shè)計(jì)的方法和步驟,并對(duì)混凝土質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

        2 C50配合比設(shè)計(jì)實(shí)例

        2.1 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的原則,內(nèi)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(qiáng)度的同時(shí)提高后期強(qiáng)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(shí)避免混凝土早期開裂。

        2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及技術(shù)要求

        (1)設(shè)計(jì)規(guī)范

        ①《鐵路混凝土》TB/T 3275-2009;②《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011;③《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2019;④《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10005-2010;⑤《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10752-2010;⑥《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2019;⑦《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GB/T50080-2002;⑧《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T 50082-2009;⑨設(shè)計(jì)文件。

        (2)技術(shù)要求

        ①設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí):C50;②工作性能要求:180~220 mm,凝結(jié)時(shí)間:大于8 h,入模含氣量3.0%,1 h坍落度損失不超過(guò)30 mm;③使用環(huán)境及要求:T1、T2環(huán)境,設(shè)計(jì)使用年限100年;④耐久性能要求:電通量<1 000C、抗?jié)B等級(jí)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(guò)480 kg/m3,最小膠凝材料用量不應(yīng)小于330 kg/m3,最大水膠比不應(yīng)超過(guò)0.35;⑥使用部位:預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆梁。

        2.3 試驗(yàn)用原材料

        水泥:葛洲壩松滋水泥有限公司P·O52.5;細(xì)集料:岳陽(yáng)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(jí)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(jì)算過(guò)程

        (1)計(jì)算配置強(qiáng)度

        采用fcu,o=fcu,k+1.645σ計(jì)算配制強(qiáng)度,根據(jù)施工水平,確定標(biāo)準(zhǔn)差為6.0,配制強(qiáng)度計(jì)算如下

        fcu,o=50+1.645×6.0=59.9 MPa

        (2)配合比計(jì)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(qiáng)度為0.85×1.00×1.10×52.5=49.1 MPa。

        帶入已知相關(guān)數(shù)據(jù),計(jì)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(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路混凝土》的規(guī)定,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)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(jié)合JGJ55-2011中5.2條的規(guī)定及相關(guān)經(jīng)驗(yàn),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(shí),單位用水量mwo=215×(1-28%)=155 kg/m3,最終用量以試拌調(diào)整后調(diào)整的為準(zhǔn)。

        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(jì)算:

        mb0=155/0.32=484 kg/m3

        粉煤灰用量計(jì)算:mf=484×15%=73 kg/m3

        水泥用量計(jì)算:mc=484-73=411 kg/m3

        外加劑用量計(jì)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(jié)合經(jīng)驗(yàn)并考慮施工工藝及集料的實(shí)際情況,砂率βs取38%。

        ⑤粗、細(xì)集料用量

        Va,g=1-[(mw/ρw+mc/ρc+mf/ρf+mg/ρg+ms/ρs+ma/ρa(bǔ))+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(xì)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(bǔ)=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(jì)算初步配合比

        水泥∶粉煤灰∶細(xì)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(shè)計(jì)及試驗(yàn)項(xiàng)目檢測(cè)

        (1)基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)

        首先核算計(jì)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(jié)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(cè)混凝土的坍落度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、含氣量,如拌合物性能不滿足設(shè)計(jì)要求,調(diào)整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對(duì)計(jì)算配合比進(jìn)行修正,如調(diào)整不滿足要求,需要從新計(jì)算初步配合比。拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        表2 拌和物性能試驗(yàn)

        (2)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)

        以基準(zhǔn)配合比分別增減水灰比0.02,砂率保持不變,計(jì)算的2個(gè)混凝土配合比,詳見表3。

        表3 混凝土配合比

        首先核算22個(gè)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(gè)配合比分別拌制混凝土,拌合均勻后,檢測(cè)其的坍落度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、含氣量,如果拌合物性能不滿足要求,調(diào)整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對(duì)每個(gè)配合比進(jìn)行修正。拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。

        根據(jù)每個(gè)配合比分別拌制混凝,制作試件,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),達(dá)到規(guī)定齡期后進(jìn)行力學(xué)性能及電通量試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        表5 拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果

        表6 力學(xué)性能及電通量試驗(yàn)結(jié)果

        (3)設(shè)計(jì)配合比的調(diào)整和確定

        根據(jù)力學(xué)性能和耐久性結(jié)果,在滿足設(shè)計(jì)和施工要求的條件下,本著經(jīng)濟(jì)合理的原則,確定C50-1號(hào)配合比為理論配合比,根據(jù)實(shí)測(cè)拌合物表觀密度、確定的理論配合比的計(jì)算表觀密度計(jì)算校正系數(shù),通過(guò)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(xì)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(zhì)量控制

        3.1 原材料控制

        水泥要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),水泥進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)取樣,進(jìn)行比表面積、凝結(jié)時(shí)間、安定性和抗折抗壓強(qiáng)度檢測(cè)、打入儲(chǔ)存罐之前要進(jìn)行溫度測(cè)試,在儲(chǔ)存使用過(guò)程中要對(duì)溫度進(jìn)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(yīng)避免水泥溫度偏高混凝土出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。

        粉煤灰進(jìn)場(chǎng)首先要觀察顏色,跟留樣的粉煤灰進(jìn)行比對(duì),其次用150倍以上顯微鏡進(jìn)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(dòng)度比以及活性指標(biāo)的檢測(cè)。

        細(xì)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(cè)細(xì)骨料的吸水率。

        減水劑的選擇要充分考慮我國(guó)的泥粉分布情況,從西北向東南由堿性的過(guò)渡,且呈電泳效應(yīng)。進(jìn)場(chǎng)時(shí)要驗(yàn)證與水泥的適應(yīng)性,在常規(guī)檢測(cè)中做好減水率、含固量、含氣量、抗壓強(qiáng)度比的檢測(cè)工作,保證減水劑的質(zhì)量。

        3.2 施工配合比控制

        冬季和夏季應(yīng)對(duì)粉煤灰摻量、減水劑成份摻量進(jìn)行、粗細(xì)集料比例和砂率調(diào)整,并選用不同的配合比以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工。在施工前根據(jù)氣溫變化、原材料質(zhì)量變化情況,確定配合比調(diào)整作業(yè)指導(dǎo)書。

        混凝土拌制之前,根據(jù)粗細(xì)集料的實(shí)際含水量與設(shè)計(jì)配合比的差值調(diào)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(cè)

        (1)開盤鑒定

        在混凝土結(jié)構(gòu)部位澆筑之前進(jìn)行混凝土的試拌制,首先對(duì)施工配合比和攪拌機(jī)適應(yīng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。其次檢測(cè)施工配合比的工作性能。當(dāng)不符合施工要求時(shí),配合比要根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行調(diào)整。

        (2)出站檢測(cè)

        每車混凝土出站之前,試驗(yàn)人員應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定對(duì)混凝土拌和物性能進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)混凝土出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)與攪拌司機(jī)進(jìn)行溝通。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不滿足施工要求時(shí),應(yīng)根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書調(diào)整混凝土配合比,確保混凝土出站工作性能滿足施工需要。

        (3)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

        在混凝土澆筑之時(shí),罐車卸料之前,必須快速轉(zhuǎn)動(dòng)罐車一分鐘以上,避免粗細(xì)骨料分離的現(xiàn)象。試驗(yàn)人員對(duì)每車混凝土工作性能進(jìn)行檢測(cè),工作性能合格的混凝土應(yīng)予以澆筑。

        4 結(jié) 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(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境條件和強(qiáng)度等級(jí)確定。

        (2)預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計(jì)中,要選用優(yōu)質(zhì)的摻和料和外加劑,在滿足設(shè)計(jì)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(zhì)量管理人員應(yīng)做好原材料控制、施工配合比控制和拌合物性能檢測(cè)等幾個(gè)方面工作,才能充分保證混凝土的質(zhì)量。

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