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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制 武廣客運(yùn)專線東湖特大橋112m提籃拱橋陳昌杰 李 波摘 要 通過(guò)客運(yùn)專線東湖特大橋112m提籃拱鋼管混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工,闡述了無(wú)收縮混凝土的特點(diǎn)和施工過(guò)程的控制要點(diǎn)關(guān)鍵詞 客運(yùn)專線 提籃拱 鋼管混凝土 配合比設(shè)計(jì) 無(wú)收縮混凝土 控制要點(diǎn)1 工程概況東湖特大橋位于武漢市洪山區(qū)森林公園內(nèi),主橋112m提籃拱梁全長(zhǎng)116m,計(jì)算跨長(zhǎng)112m,矢跨比為1:5,拱肋平面內(nèi)矢高22.4m,拱肋采用懸鏈線線型。提籃拱橋系梁按整體箱形梁布置,采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面,橋面寬17.8m,梁高2.5m。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用C55無(wú)收縮混凝土填
2、充,混凝土彈性模量Ec=3.60×104MPa。2 配合比設(shè)計(jì)2.1 前言客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為100年,混凝土配合比設(shè)計(jì)理念應(yīng)以高性能混凝土的耐久性作為主要指標(biāo),重點(diǎn)是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過(guò)對(duì)原材料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程的嚴(yán)格控制,使生產(chǎn)的混凝土拌合物具有良好的工作性,對(duì)于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言,其自密實(shí)性有較高的要求;另外,還要求混凝土和鋼管應(yīng)具有良好的粘接,但還不能因?yàn)榛炷恋呐蛎浂a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,這就要求混凝土要具有合適的補(bǔ)償收縮能力。由于鋼管混凝土拱橋的施工加載順序決定了混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和剛度,以確保拱肋的線性符合設(shè)計(jì)要求,結(jié)
3、合高性能混凝土的特點(diǎn),把714天的抗壓強(qiáng)度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)。2.2 原材料的選擇2.2.1 水泥對(duì)于高強(qiáng)度的高性能混凝土,要求選用低水化熱、低堿水泥,試驗(yàn)選用湖北黃石華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的堡壘牌P.O52.5水泥。表1 水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果比表面積m2/kg 300342C3A含量%87.76SO3含量%3.52.78凝結(jié)時(shí)間(min)初凝45125終凝600200CL- 含量%0.060.02抗壓強(qiáng)度(Mpa)3d23.027.228d52.559.1總堿含量%Na2O+0.658K2O0.800.54抗折強(qiáng)度(Mpa)3d4.
4、06.428d7.09.12.2.2 砂高性能混凝土要使用中粗砂,砂子以偏粗為好,另外,要嚴(yán)格控制砂中的細(xì)顆粒含量和有害物質(zhì)含量,選用非堿活性骨料,試驗(yàn)選用湖北巴河河砂。表2 砂性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性%83.46輕物質(zhì)含量%0.50.30硫酸鹽及硫化物含量%0.50.24云母含量%0.50.23CL- 含量%0.020.01有機(jī)物含量顏色應(yīng)不深于標(biāo)準(zhǔn)色比標(biāo)準(zhǔn)色淺吸水率%20.73細(xì)度模數(shù)/2.8含泥量%2.00.6泥塊含量%0.2502.2.3 碎石粗骨料應(yīng)選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的潔凈碎石,并嚴(yán)格控制針、片狀含量、含
5、泥量、泥塊含量,選用非堿活性粗骨料。試驗(yàn)選用湖北武穴郭沖石場(chǎng)5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石,按二級(jí)摻配。表3 碎石性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性%53.14表觀密度kg/m3/2710SO3含量%0.50.26緊密密度kg/m3/1670CL- 含量%0.020.046緊密空隙率%4038吸水率%20.2針、片狀含量%53.5含泥量%0.50.2壓碎指標(biāo)值%107.1泥塊含量%0.250巖石抗壓強(qiáng)度MPa/106堿活性試驗(yàn)采用巖相法,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2.2.4 粉煤灰混凝土中加入粉煤灰,可改善混凝土的工作性能,降低干縮變形和水化熱,減小水泥用量,提
6、高混凝土的耐久性。粉煤灰要選產(chǎn)量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的電收塵原狀灰。試驗(yàn)選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的級(jí)原狀粉煤灰。表4 粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果細(xì)度%124.8堿含量%/1.07SO3含量%3.00.87游離CaO含量%1.00.26CL- 含量%0.020.01CaO含量%103.84燒失量%3.02.8含水率%1.00.30需水量比%1009028天抗壓強(qiáng)度比%70932.2.5 膨脹劑膨脹劑應(yīng)作為細(xì)摻料等量取代部分水泥,在高性能混凝土中摻入適量膨脹劑,可在約束條件下有膨脹而產(chǎn)生一定的自應(yīng)力,以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水膠比造成的“自生收縮”,并在限制條
7、件下增長(zhǎng)強(qiáng)度。試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-C低堿型混凝土膨脹劑。表5 膨脹劑性能指標(biāo)試 驗(yàn) 項(xiàng) 目 標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定值試 驗(yàn)結(jié) 果細(xì) 度12 6.7MgO含量%5.02.4SO3含量%3.52.78凝結(jié)時(shí)間(min)初凝45140終凝600216CL- 含量%0.050.05抗壓強(qiáng)度(Mpa)7d2031.328d4044.6總堿含量%Na2O+0.658K2O0.750.67抗折強(qiáng)度(Mpa)7d3.56.228d5.58.7限制膨脹率(水中)7d0.0250.030空氣中21d-0.020-0.01028d0.100.072.2.6 外加劑外加劑應(yīng)選用與
8、水泥相容性好,減水率高、高增強(qiáng)、低收縮,坍落度損失小,適量引氣,能提高混凝土的自密性,能明顯改善或提高混凝土耐久性并且性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA緩凝高效減水劑。表6 外加劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果減水率 2025.7含氣量%3.03.2Na2SO4含量%100.73坍落度保留值(mm)30min18018560min150165CL- 含量%0.200.02抗壓強(qiáng)度比%3d1301427d125155總堿含量%Na2O+0.658K2O101.6428d120133對(duì)鋼筋銹蝕應(yīng)說(shuō)明對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕無(wú)銹蝕相對(duì)耐久性指標(biāo)%(20
9、0次)8092表7 華新P.O52.5水泥與江蘇博特JM-PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗(yàn)結(jié)果JM-PCA摻量%水泥凈漿流動(dòng)度/mm初始靜置30min30min流動(dòng)度損失靜置60min60min流動(dòng)度損失0.72602537243170.82692645256130.9288283527991.0304305-129861.13062988287191.23052881728025由表7試驗(yàn)結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好,摻量在1.0%以上時(shí)水泥凈漿的流動(dòng)性能已趨于穩(wěn)定,摻量1.0%時(shí)流動(dòng)度損失最小,為最佳摻量。2.2.6 水試驗(yàn)采用飲用水。2.3 配合比優(yōu)化2.3.1混凝土的拌合物性能按
10、普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50080-2002)進(jìn)行,混凝土的力學(xué)性能按普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50081-2002)進(jìn)行,混凝土耐久性按鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)鐵建設(shè)2005160號(hào)進(jìn)行。其力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn)試件?;炷猎嚢杷迷牧显谑褂们?4h放入成型室內(nèi),室內(nèi)溫度控制在(20±2),相對(duì)濕度控制在70%-90%。考慮混凝土施工是采取泵送頂升工藝,拌合物坍落度設(shè)計(jì)為180220mm,混凝土的配制強(qiáng)度為64.9MPa。2.3.2 配合比試配采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行,即三水平四因素正交試驗(yàn),選定水膠比W/C(A),砂率Sp(
11、B),粉煤灰摻量(C),膨脹劑摻量(D)作為四個(gè)考察因素,每因素取3個(gè)試驗(yàn)水平。表8 試驗(yàn)按三水平因素正交試驗(yàn)安排試驗(yàn)組號(hào)水膠比W/CA砂率SpB粉煤灰%C膨脹劑%D水泥kg砂kg碎石kg粉煤灰kg膨脹劑kg水kg外加劑kg1#0.2838158413659107580431505.362#0.284020103756901035107541505.363#0.28422512338721995134641505.364#0.303820123406681090100601505.005#0.30402583357001051125401505.006#0.304215103757411023
12、75501505.007#0.323825103056771105117471504.698#0.32401512343718107670561504.699#0.3242208337750103594381504.69表9 新拌混凝土拌合物作性能測(cè)試結(jié)果試驗(yàn)組號(hào)密度Kg/m3含氣量%坍落度mm初凝終凝初始30min60min90min120min2h損失h:minh:min1#24203.42001951851801802011:4014:302#24153.32102051951901803010:5013:503#24053.12202102001951804011:5514:304#2
13、4103.52102001951851704010:2013:505#24033.42152102052001952011:3014:506#24173.42001951851751703010:3513:307#24063.32051951851801703510:5014:008#24123.22102001901801654511:0014:409#24083.32102052001901852511:2014:30試驗(yàn)條件:溫度(20±2),濕度90%。從表9可以看出,新拌混凝土拌合物的坍落度損失與膨脹劑的摻量有關(guān)系,摻量越大,坍落度損失越大。而混凝土的凝結(jié)時(shí)間受粉煤灰、膨脹
14、劑的摻量的影響不大,都能滿足施工的要求。表10 正交試驗(yàn)混凝土的學(xué)性能和耐久性指標(biāo)試驗(yàn)組號(hào)抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量(×104MPa)電通量/C3d7d14d28d56d3d7d14d28d7d56d1#45.453.157.662.068.43.343.583.824.2718615172#42.150.455.860.965.63.313.463.744.1716394823#41.848.653.157.762.33.273.323.704.1519824134#40.747.752.959.263.13.513.693.914.3515694245#43.150.856.360.
15、465.73.503.703.944.4220593966#41.549.253.358.864.63.423.543.824.3616384207#40.446.849.752.259.83.283.353.684.1621303938#38.943.447.150.956.43.113.243.514.1114944679#39.344.148.852.358.13.243.333.594.1316724402.3.3試驗(yàn)結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素。高性能混凝土的彈性模量與膠凝材料用量、粗骨料用量有一定關(guān)系,影響因素大的是粗骨料的用量。在相同水膠比條件下,粗骨料用量
16、大,彈性模量相對(duì)較高;在強(qiáng)度相差不大條件下,膠凝材料用量大,彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對(duì)混凝土前期強(qiáng)度影響較小,對(duì)后期強(qiáng)度影響較為明顯,這是因?yàn)閮?yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應(yīng)析出的Ca(OH)2緩慢發(fā)生火山灰反應(yīng),利于后期強(qiáng)度的增加。高性能混凝土耐久性指標(biāo)電通量主要受粉煤灰的摻量影響較大,早齡期粉煤灰僅起填充作用,從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠致密,有大量的微孔和裂隙存在,電通量值偏大;在后期,由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng),降低了混凝土的內(nèi)部空隙率,改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu),提高了混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性,使得電通量值很小,大大提高了耐久性能。通過(guò)對(duì)強(qiáng)度和彈性模量采用正交分析是A0.28B38C15和A
17、0.30B38C15均能滿足設(shè)計(jì)要求,但從試驗(yàn)效果、經(jīng)濟(jì)效益以及對(duì)膠凝材料總用量來(lái)考慮,選取A0.30B38C15是最好的組合:即W/C=0.30,砂率Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量(8%、10%、12%)進(jìn)行試驗(yàn)。表11 改變膨劑摻量試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)水泥砂碎石粉煤灰膨脹劑水外加劑坍落度mm抗壓強(qiáng)度MPa7d28d56d1385660107775401505.0021051.860.165.92375660107775501505.0021549.758.263.13365660107775601505.0021047.555.461.3表12 自由膨率試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)坍落度mm初凝h
18、:min自由膨脹率(×10-4)水中養(yǎng)護(hù)空氣中養(yǎng)護(hù)13714286037142860121011:151.462.042.452.482.502.071.982.122.342.201.40221510:401.732.262.893.082.922.482.062.202.392.301.54321011:302.122.733.203.523.342.762.092.282.432.561.68從表11、12可知,隨膨脹劑摻量增加,膨脹率增加,而強(qiáng)度有所降低。膨脹大部分發(fā)生在14d以前,以后只有微小的膨脹,28天趨于穩(wěn)定。水中養(yǎng)護(hù)膨脹較空氣中養(yǎng)護(hù)的大。終上試配可以得出,東湖特大橋
19、提籃拱C55無(wú)收縮混凝土采用了序號(hào)1的配合比,即: 水泥:砂:碎石:粉煤灰:膨脹劑:水:外加劑=385:660:1077:75:40:150:5.00每m3混凝土氯離子含量為:0.228 kg/m3(500×0.06%=0.30 kg/m3);總堿含量為:2.565kg/m3(3 kg/m3) 均符合高性能混凝土要求。3 混凝土施工控制原材料準(zhǔn)備:各種原材料要準(zhǔn)備充分。東湖特大橋提籃拱C55無(wú)收縮混凝土設(shè)計(jì)方量是606m3,實(shí)際準(zhǔn)備按620m3準(zhǔn)備原材料。原材料經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè),質(zhì)量情況都在配合比設(shè)計(jì)要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺(tái)HZS120L攪拌機(jī),混凝土生產(chǎn)量80 m3/h,拌合站
20、各種衡器都已檢定合格,每次使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核,并進(jìn)行首盤復(fù)核,控制每盤稱量偏差?;炷涟柚魄?,對(duì)砂、碎石、粉煤灰含水量測(cè)試,并據(jù)測(cè)試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序?yàn)椋荷?碎石+水泥+摻合料攪拌30s,加水,再加外加劑攪拌120s,卸料。檢查試拌混凝土:工作性能良好,坍落度測(cè)試210mm,含氣量3.3%。考慮混凝土的運(yùn)輸時(shí)間在10-20分鐘內(nèi),外界溫度19-23,濕度大于70%,這與設(shè)計(jì)試配配合比的環(huán)境條件基本一致,因此到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過(guò)程中,在拌合站和施工現(xiàn)場(chǎng)分別安排2名試驗(yàn)員,對(duì)每車混凝土的坍落度進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控,混凝土的泵送垂直高度40米,泵送坍落度控制在180200mm,因此在拌合站控制坍落度在200220mm,現(xiàn)場(chǎng)泵送180mm。對(duì)于測(cè)試不能滿足要求的(拌合站190mm或220mm;施工現(xiàn)場(chǎng)180mm),不能用于泵送頂升,應(yīng)廢棄?;炷帘盟晚斏捎?臺(tái)三一HBT
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