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        免燒輕骨料在城市輕軌站臺(tái)工程中的應(yīng)用研究

        2021-10-22 14:23:00邱月梅洪金榮龐超明秦鴻根
        安徽建筑 2021年10期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        邱月梅,洪金榮,龐超明,秦鴻根

        (1.蕪湖三巖建材實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司,安徽 蕪湖 241000;2.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211189;3.江蘇智晟節(jié)能科技股份有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212416)

        1 前言

        蕪湖軌道交通1號(hào)線和2號(hào)線采用全國首創(chuàng)跨座式單軌形式,共設(shè)車站36座。其中1號(hào)線為南北干線,北起保順路站,南至白馬山站,全長31.8km,設(shè)25座高架車站;2號(hào)線一期為東西主干線,西起北京路站,東至萬春湖站,全長16.52km,設(shè)高架站10座,地下站1座。其中夢溪路站為全國首座獨(dú)柱式鋼混路中高架站,站臺(tái)分為三層,第一層地面汽車通行道路層,第二層售票、檢票、進(jìn)出站大廳,第三層為列車??亢统丝秃蜍噮^(qū)域(見圖1)。站廳、站臺(tái)層地面夾層設(shè)計(jì)要求采用LC7.5輕骨料混凝土,干表觀密度不超過1600kg/m,站廳層為中間層,隔間較多,施工難度較大,輕骨料混凝土既要滿足施工要求,又要保溫隔熱和抗震等功能性要求。

        圖1 蕪湖軌道交通高架車站

        2 輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

        對輕骨料混凝土配合比的設(shè)計(jì),大多是參考普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法,并結(jié)合輕骨料混凝土的特點(diǎn)進(jìn)行,更多的是依靠經(jīng)驗(yàn)和通過試驗(yàn)、試配來確定。

        2.1 配合比設(shè)計(jì)的基本要求

        輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本要求,除了考慮和易性、強(qiáng)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性這四方面以外,還應(yīng)滿足表觀密度的要求。在滿足強(qiáng)度和耐久性的前提下,應(yīng)盡量減少膠凝材料使用量,膠凝材料用量增加,不但使成本提高,而且使混凝土的表觀密度顯著增大。

        2.2 輕骨料的選用

        輕骨料是配制輕骨料混凝土的主要原材料,應(yīng)根據(jù)輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和表觀密度的要求來選用,同時(shí)要使得制備的輕骨料混凝土滿足泵送施工要求。本工程配制LC7.5保溫輕骨料混凝土,且澆筑厚度不超過100mm,所用輕骨料最大粒徑要求不大于20mm。常用輕骨料有燒結(jié)陶粒和免燒輕骨料(也稱免燒陶粒),前者堆積密度較輕、強(qiáng)度低,其密度等級(jí)、強(qiáng)度等級(jí)和顆粒級(jí)配單一,配制的輕骨料混凝土易分層,難以泵送施工;后者(以核殼型為例)堆積密度相對較大,強(qiáng)度較高,其顆粒粒徑、密度等級(jí)、強(qiáng)度等級(jí)均可根據(jù)需要生產(chǎn),最大的特點(diǎn)是配制的輕骨料混凝土骨料不上浮,均勻性好和可泵性好。方便屋面、樓面和其他高層結(jié)構(gòu)的泵送施工。

        蕪湖輕軌車站站臺(tái)用輕骨料混凝土采用江蘇智晟節(jié)能科技股份有限公司生產(chǎn)的核殼結(jié)構(gòu)免燒輕骨料,顆粒呈球形(見圖2),通過內(nèi)核大小與功能的改變、殼層厚度和配方的調(diào)整,可用于制備集高比強(qiáng)、保溫隔熱、隔音防火于一體的自保溫建筑材料。其性能滿足GB/T17431.1-2010標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),主要特性如下:

        圖2 輕軌站工程用免燒輕骨料

        ①密度等級(jí)有600、700和800級(jí),可配制LC5~LC20的保溫輕骨料混凝土,也可以配制LC20~LC50的結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土;

        ②有粒徑為5~10mm、5~16mm、10~16mm和5~20mm的輕粗骨料,還有粒徑小于5mm的輕砂;本工程所用核殼型免燒輕骨料粒徑為5~16mm,干堆積密度為650kg/m;

        ③比強(qiáng)度高,耐高溫,預(yù)濕時(shí)間快(15min即可),屬于水泥基材料,與砂漿的相容性好。配制的輕骨料混凝土和易性好,特別適合泵送施工。

        2.3 輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

        輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)JGJ51-2002進(jìn)行,具體步驟如下。

        2.3.1 確定配制強(qiáng)度

        輕骨料混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f,則95%保證率的輕骨料混凝土配制強(qiáng)度為:

        f=f+1.645σ

        式中:強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ分別取4(<LC20)、5(LC20~LC35)、6(>LC35),單位為MPa。

        2.3.2 膠凝材料用量的確定

        膠凝材料用量與輕骨料密度等級(jí)有關(guān)。水泥宜采用42.5級(jí)以上的P O或P II,因輕骨料強(qiáng)度較低,故膠凝材料用量比普通混凝土相對要高一些(見表1)。礦物摻合料在輕骨料混凝土中的最大摻量,采用普通硅酸鹽水泥時(shí),粉煤灰最大摻量不大于35%,?;郀t礦渣粉最大摻量不大于55%,雙摻時(shí)總摻量不大于50%。

        2.3.3 水膠比的確定

        在膠凝材料和礦物摻合料確定后,水膠比的大小是決定輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù),根據(jù)配制強(qiáng)度確定初步水膠比并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)最大水膠比和最小膠凝材料用量應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐久性要求??刹捎脫礁咝p水劑,減小水膠比,提高輕骨料混凝土的強(qiáng)度。

        2.3.4 用水量確定

        混凝土的總用水量中被輕骨料吸收的那部分水稱為“附加水量”,其余部分則稱為“凈用水量”。附加水量應(yīng)根據(jù)輕骨料用量乘以輕骨料1h吸水率求得。當(dāng)采用預(yù)濕飽和輕骨料時(shí),則可不考慮附加水量。凈用水量由確定的水膠比與膠凝材料用量的乘積來確定,并根據(jù)混凝土稠度要求和減水劑摻量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,一般輕骨料混凝土的凈用水量120~180 kg/m。

        2.3.5 砂率的確定

        輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)中所使用的砂率是指體積砂率,砂率對輕骨料混凝土的表觀密度、和易性和密實(shí)性影響顯著,一般細(xì)骨料為輕砂時(shí)砂率取35%~50%,為普通砂時(shí)取30%~45%。

        2.3.6 粗、細(xì)骨料用量的確定

        輕骨料混凝土粗、細(xì)骨料用量的計(jì)算有絕對體積法和松散體積法兩種。本文按松散體積法計(jì)算:先確定1m混凝土的粗、細(xì)骨料總體積V(自然狀態(tài)下輕粗骨料和細(xì)骨料的松散體積之和)。采用普通砂作細(xì)骨料時(shí),1m混凝土中粗、細(xì)骨料的總體積可取1.20~1.40m;采用輕砂時(shí)可取1.25~1.50m。然后再按體積砂率求得粗骨料和細(xì)骨料的松散體積,再根據(jù)各自的堆積密度求得其用量。

        已知粗、細(xì)骨料的堆積密度分別為ρ和 ρ,松散體積分別為 V、V。體積砂率為 S=V/V,粗骨料體積 V=V+V,由此求得粗、細(xì)骨料的用量:m=Vxρ,m=Vρ。輕骨料混凝土的干表觀密度為粗、細(xì)骨料用量與硬化漿體三者干質(zhì)量之和,由此關(guān)系式驗(yàn)算輕骨料混凝土干表觀密度,即ρ=1.15m+m+m。

        2.4 輕骨料混凝土配合比與性能

        按照2.3節(jié)的設(shè)計(jì)步驟,并參照相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算出配制強(qiáng)度為14.1MPa的LC7.5的輕骨料混凝土試驗(yàn)配合比,列于表2中。

        輕骨料混凝土的膠凝材料用量/(kg/m3) 表1

        輕骨料混凝土試驗(yàn)配合比(kg/m3) 表2

        按計(jì)算配合比進(jìn)行試配和調(diào)整,進(jìn)行輕骨料混凝土和易性、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和干表觀密度測定,測得實(shí)測輕骨料混凝土坍落度為220mm,28d抗壓強(qiáng)度為25.5MPa,干表觀密度1570 kg/m。均滿足設(shè)計(jì)與施工要求。輕骨料混凝土拌合物和易性好(如圖3),采用泵送施工(如圖4),可泵性良好。

        圖3 生產(chǎn)的預(yù)拌輕骨料混凝土

        圖4 輕軌站輕骨料混凝土泵送施工

        由于抗壓強(qiáng)度比較富裕,還可采用引氣技術(shù),在滿足LC7.5配制強(qiáng)度的條件下,將輕骨料混凝土的表觀密度降低至1450 kg/m以下。

        2.5 輕骨料混凝土配制技術(shù)

        總結(jié)輕骨料混凝土配制技術(shù)如下:

        ①根據(jù)輕骨料混凝土的強(qiáng)度和表觀密度要求選用合適的輕粗骨料,選擇粒型接近球形、密度較輕和筒壓強(qiáng)度較高的輕骨料;

        ②根據(jù)需要選擇普通砂配制砂輕混凝土,或全部輕砂配制全輕混凝土,還可以摻部分輕砂配制混合砂輕骨料混凝土;

        ③在強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,可摻入適量引氣劑以降低混凝土的表觀密度,改善和易性;

        ④如需要LC25及以上的結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土,保證混凝土流動(dòng)性、便于泵送施工,可選擇密度較大、筒壓強(qiáng)度較高的輕骨料,適當(dāng)增加減水劑摻量,增大減水率,減小水膠比以提高抗壓強(qiáng)度。

        3 免燒輕骨料混凝土在預(yù)拌混凝土廠中控制

        3.1 配合比控制

        輕骨料混凝土配合比計(jì)算采用松散體積法,選取適宜的體積砂率,然后按設(shè)計(jì)要求的混凝土干表觀密度為依據(jù)進(jìn)行校核,最后通過試驗(yàn)調(diào)整出配合比。輕骨料混凝土拌制前,試驗(yàn)室對骨料的含水率和堆積密度進(jìn)行測定,并轉(zhuǎn)換成施工配合比。

        3.2 生產(chǎn)過程控制

        ①免燒輕骨料的堆放。輕骨料按不同品種規(guī)格分開堆放,避免混雜,并保持顆?;旌暇鶆?;采用連續(xù)級(jí)配時(shí),堆放高度不宜過高,一般不宜大于2m;同時(shí)防止樹葉、泥土和其他有害物質(zhì)混入。

        ②使用前濕潤。輕骨料使用前,應(yīng)提前2小時(shí)灑水濕潤,灑水濕潤時(shí)應(yīng)邊灑水邊翻動(dòng),保證均勻濕潤且不積水。

        ③免燒輕骨料的輸送。輕骨料使用鏟車直接上到料倉,經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)量,通過皮帶運(yùn)輸機(jī)到主機(jī)。由于預(yù)濕處理的輕骨料濕表觀密度比水重(1400kg/m左右),在運(yùn)送過程中不容易散落,尤其通過斜皮帶時(shí)比傳統(tǒng)的陶粒有明顯優(yōu)勢。

        ⑤免燒輕骨料混凝土的攪拌。輕骨料混凝土的攪拌時(shí)間要適當(dāng)延長,每盤的攪拌時(shí)間不少于2 min;攪拌順序設(shè)定為先加入骨料和膠凝材料預(yù)先攪拌,之后加入水和引氣型減水劑進(jìn)行攪拌,直至攪拌均勻。

        ⑥免燒輕骨料混凝土的運(yùn)輸。在運(yùn)輸過程中,應(yīng)減少坍落度損失和防止輕骨料混凝土拌合物分層離析;卸料前要用快擋旋轉(zhuǎn)攪拌罐不少于20s。

        3.3 出廠控制

        輕骨料混凝土在攪拌過程中,試驗(yàn)員要密切觀測出廠混凝土的工作性能,嚴(yán)格控制好攪拌時(shí)間?;炷脸鰪S之前,試驗(yàn)員除要進(jìn)行坍落度、強(qiáng)度、氯離子含量檢驗(yàn)外,還要檢驗(yàn)輕骨料混凝土拌合物的表觀密度。

        4 免燒輕骨料混凝土在施工中控制

        免燒輕骨料混凝土既適用于工廠生產(chǎn)預(yù)制內(nèi)外保溫墻板,也適用于現(xiàn)場澆筑的泵送施工。輕骨料混凝土的現(xiàn)場控制要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制。

        4.1 輕骨料混凝土工作性控制

        輕骨料混凝土用于輕軌站臺(tái)二層、三層樓面保溫層,必須采用泵送澆注施工。二層的設(shè)備夾層,管線較多,空間狹小,給混凝土施工帶來不少困難。泵車輸送管長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,只能通過翻斗車進(jìn)行二次運(yùn)送,施工時(shí)間長。要求到現(xiàn)場的混凝土坍落度220±20mm,半小時(shí)零損失,1h損失不大于20mm,對輕骨料混凝土的泵送要求也較高。由于蕪湖地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,極端最高氣溫接近40℃,冬季最低氣溫為-10℃,自然環(huán)境對坍落度的影響非常大,特別是高溫下混凝土的損失很快,加上距離攪拌站比較遠(yuǎn),因此要求預(yù)拌混凝土廠試驗(yàn)人員要根據(jù)集料的含水分布情況、混凝土凝結(jié)時(shí)間長短、外加劑勻質(zhì)性變化及時(shí)調(diào)整好混凝土的坍落度。

        由于輕骨料強(qiáng)度等級(jí)低、膠凝材料用量不高,混凝土流動(dòng)性大,必須通過調(diào)整砂率、用水量和減水劑用量來提高其保水性和粘聚性,采用適當(dāng)引氣對改善工作性有利。

        4.2 輕骨料混凝土的澆筑成型

        ①輕骨料混凝土的布料。輕軌站臺(tái)樓面輕骨料混凝土的設(shè)計(jì)厚度要求不一樣,根據(jù)不同結(jié)構(gòu)功能、裝飾面磚材料而定,最薄處55mm,施工采用分段流水作業(yè)攤鋪輕骨料混凝土。為防止混凝土離析,泵管口距離澆筑樓面的高度要控制在1.5m以內(nèi),夠不到的地方采用人工翻斗車運(yùn)送輕骨料混凝土。

        ②輕骨料混凝土的搗實(shí)。輕骨料混凝土拌合物的內(nèi)摩擦力比普通混凝土要大,因此采用插入振搗器進(jìn)行振搗。這種免燒輕骨料拌制的混凝土粘聚性好,不分散,振搗過程中不上浮,與膠凝材料結(jié)合緊密,密實(shí)度高,收面簡單,表面平整。而傳統(tǒng)的陶?;炷撂貏e分散,陶粒容易上浮,不容易壓入混凝土內(nèi),振搗要快,還要進(jìn)行二次收漿,澆筑成型的混凝土表面經(jīng)常要進(jìn)行修補(bǔ)。

        4.3 輕骨料混凝土養(yǎng)護(hù)

        免燒輕骨料本身具有內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用,28d混凝土干燥收縮降低40%~60%,抗裂性大大提高,面層澆筑成型后只需要進(jìn)行簡單覆蓋和間斷地灑水養(yǎng)護(hù),并保持混凝土表面濕潤狀態(tài)即可。

        5 工程應(yīng)用效果

        考慮到輕軌站臺(tái)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和安全性,以及耐久性的要求,采用免燒輕骨料配制的混凝土在蕪湖輕軌工程中的優(yōu)勢非常明顯。表現(xiàn)效果如下:

        ①工作性能良好。核殼型免燒輕骨料顆粒小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低,可制備大流動(dòng)性高比強(qiáng)微孔輕集料混凝土,現(xiàn)場混凝土粘聚性和保水性好,坍落度損失小?;炷潦┕み^程中經(jīng)常超過3h?,F(xiàn)場可采用加減水劑方法進(jìn)行調(diào)整,工作性能仍然滿足施工要求。

        ②施工可泵性好。免燒輕骨料比燒結(jié)陶粒密度稍大,解決了施工過程中出現(xiàn)的混凝土分層離析、上浮現(xiàn)象,并克服因泵壓作用前沖至泵管前端或彎管處堵塞現(xiàn)象,可以像普通混凝土一樣輕松泵送。

        ③強(qiáng)度高。由于免燒輕骨料為在水泥-粉煤灰體系并加入激發(fā)劑,筒壓強(qiáng)度高且高比強(qiáng)。蕪湖輕軌LC7.5輕骨料混凝土28d抗壓強(qiáng)度普遍達(dá)到25~30MPa,干表觀密度低于1600kg/m。

        ④混凝土成型質(zhì)量好。蕪湖輕軌站臺(tái)的施工已經(jīng)接近尾聲,實(shí)地回訪輕骨料混凝土的外觀質(zhì)量。澆筑表面光滑、平整,不起殼,內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí),與上部裝飾瓷磚面結(jié)合牢固,無空鼓(見圖5),完全滿足設(shè)計(jì)要求。

        圖5 現(xiàn)場澆筑的輕骨料混凝土

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