鋼管拱混凝土的研制

鋼管拱混凝土的研制

小組名稱：險(xiǎn)峰QC小組發(fā)布人：一、小組概況：小組名稱險(xiǎn)峰QC小組小組類型創(chuàng)新型成立時(shí)間5月15日小組登記時(shí)間6月1日注冊(cè)號(hào)KT0603小組人數(shù)14人課題名稱鋼管拱混凝土的研制課題注冊(cè)號(hào)KT0703課題登記日期9月17日課題活動(dòng)時(shí)間9月17日至3月6日二、工程概況：鼓樓西汾河大橋東起鼓樓西路西段，西至河西起步區(qū)東端，跨濱河?xùn)|路，跨汾河，全長1220米，寬41米，主橋結(jié)構(gòu)采用鋼管拱吊索技術(shù)，30m(邊跨)+80m(從跨)+105m(主跨)+80m(從跨)+30m(邊跨)的五跨中承式鋼管拱。三、選題理由：1）項(xiàng)目部的委托：由于我小組多年堅(jiān)持圍繞混凝土開展技術(shù)創(chuàng)新，取得了多項(xiàng)混凝土方面的研究成果，解決了許多困擾工程的技術(shù)質(zhì)量難題，大橋項(xiàng)目指揮部經(jīng)過多方調(diào)查比較，最終委托我小組承擔(dān)這一極具挑戰(zhàn)性的研制工作，小組立即開始了緊張的研制工作。2）技術(shù)質(zhì)量的要求：鋼管混凝土的作用機(jī)理是：通過鋼管對(duì)管內(nèi)混凝土的“箍套”作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，使得混凝土的承載能力大為提高。鋼管拱是大橋最主要的受力部位，所以管內(nèi)混凝土的質(zhì)量直接影響拱的受力狀況，因此鋼管混凝土質(zhì)量問題是該工程的核心問題。3）目前我國橋梁建設(shè)方興未艾，許多新型技術(shù)在工程實(shí)踐中邊應(yīng)用和邊發(fā)展，鋼管拱混凝土是一項(xiàng)新技術(shù)，無論工程實(shí)踐和相關(guān)理論都不完善，相關(guān)資料更是少之又少，因此我們進(jìn)行技術(shù)研究和探索的意義重大。4）系統(tǒng)掌握鋼管拱混凝土技術(shù)是企業(yè)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步的要求。四、設(shè)定目標(biāo)：分析過程新拌混凝土性能要求估計(jì)施工日期大約在11月下旬必須考慮防凍性能灌注完成時(shí)間，不得超過第一盤入管混凝土的初凝時(shí)間混凝土要具有良好的和易性，如果發(fā)生骨料下沉，將會(huì)是混凝土泵送頂升困難甚至發(fā)生堵管等質(zhì)量事故。而且良好的和易性必須在鋼管拱的頂升過程中保持自始至終。硬化后混凝土的要求不能出現(xiàn)斷縫、空洞混凝土的密實(shí)性一定要保證，由于鋼管拱內(nèi)無法進(jìn)行振搗，所以混凝土要求自密實(shí)。不能與管壁分離、脫粘，具有微膨脹混凝土與鋼管拱壁應(yīng)該結(jié)合良好，但“膨脹”意義不大，混凝土的膨脹率在0.02％～0.03%之間，而一級(jí)鋼的延伸率在25％，兩者相差約兩個(gè)數(shù)量級(jí)！因此不考慮加入膨脹劑，只考慮混凝土的密實(shí)性和減少收縮的問題?；炷恋膹?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求C50必須達(dá)到強(qiáng)度要求?！把兄瞥鲂掳杌炷列阅艹錾纼鲎悦軐?shí)，混凝土硬化強(qiáng)度達(dá)到C50的高性能混凝土”。五、目標(biāo)可行性分析：2、擁有較為完善和先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，有資金支持。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有保證3、我公司出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新的政策，大家積極性高漲。1、QC小組多年來圍繞混凝土技術(shù)開展創(chuàng)新研究，有一定積累。六、提出方案并確定最佳方案：

（一）混凝土澆筑方案：小組成員運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”提出了混凝土澆筑方案，經(jīng)過整理形成三套方案：1、頂升法2、灌注法3、自落法方案的比較序號(hào)優(yōu)點(diǎn)不足1頂升法施工速度快，對(duì)混凝土產(chǎn)生頂升壓力可以使其進(jìn)一步密實(shí)混凝土要在頂升過程中保持良好的流動(dòng)性，不發(fā)生“骨料沉積”現(xiàn)象否則會(huì)產(chǎn)生堵管，目前只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，沒有一個(gè)檢測方法。2灌注法模仿灌注樁施工工藝，保質(zhì)澆筑的整體性。導(dǎo)管不宜布置和操作，接近拱頂是導(dǎo)管幾乎呈水平，無法控制灌注面。3自落法利用混凝土自流平、自密實(shí)的特性，操作簡單?；炷亮魈仕俣嚷?，線路長，不易保證其密實(shí)性。序號(hào)評(píng)分1234567891011121314合計(jì)1＃技術(shù)可行性5555545455545567256經(jīng)濟(jì)合理性4454554455544462效果2455445543554560耗時(shí)44555545555555672＃技術(shù)可行性2223322332232435196經(jīng)濟(jì)合理性4454544445454561效果2222232322222230耗時(shí)55555555555555703＃技術(shù)可行性3342233233443241129經(jīng)濟(jì)合理性1112211221112220效果4444453354333352耗時(shí)1111111121211116備注：打分1～5分，分別表示很差、差、中、好、很好五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。我們結(jié)合有關(guān)專家和小組成員打分的結(jié)果，選擇了1＃方案——頂升法，經(jīng)過征求監(jiān)理部、項(xiàng)目部和指揮部的意見，大家都認(rèn)為“頂升法”容易保證施工質(zhì)量，而且比較易于操作。但是如何保證：混凝土要在頂升過程中保持良好的流動(dòng)性、和易性；（二）混凝土要在頂升過程中保持良好的流動(dòng)性:針對(duì)“混凝土要在頂升過程中保持良好的流動(dòng)性”進(jìn)行分析：鋼管拱幾何尺寸為：80m(從跨)+105m(主跨)+80m(從跨)，中承式鋼管拱，拱軸線采用二次拋物線，鋼管直徑800mm?；炷练搅枯^大:從跨40m3、主跨53m3?，F(xiàn)場泵送頂升60m3混凝土需要60分鐘時(shí)間（2臺(tái)60泵對(duì)稱泵送），這要求新拌混凝土在90分鐘（考慮運(yùn)輸?shù)炔焕蛩兀﹥?nèi)保持良好的工作性。防止混凝土的塌落度損失是首要考慮的問題，同時(shí)要考慮11月下旬已經(jīng)進(jìn)入冬期施工，混凝土要具有防凍性能。序號(hào)方案簡述Ⅰ＃使用緩凝劑＋防凍劑Ⅱ＃使用高濃型高效減水劑＋新型防凍組分（硫氰酸鹽）Ⅲ＃增加粉煤灰的摻量＋高效防凍劑序號(hào)初始(新拌)90分鐘后損失值△塌落度(mm)塔羅流動(dòng)度(mm)塌落度(mm)塔羅流動(dòng)度(mm)塌落度(mm)塔羅流動(dòng)度(mm)Ⅰ＃24065018045060200Ⅱ＃24068020555035130Ⅲ＃24066020055040160序號(hào)技術(shù)指標(biāo)排名優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)Ⅰ＃3使用現(xiàn)有成熟的定型產(chǎn)品加以組合,產(chǎn)品質(zhì)量易于保證,出現(xiàn)問題可以迅速查明原因.在低溫情況下，必須嚴(yán)格控制摻量，否則容易造成質(zhì)量施工。Ⅱ＃1使用高濃型減水劑不但摻量小，更重要的是其含NaSO4很低,一般小于5％，防凍劑產(chǎn)品一般也含有NaSO4，而使用防凍組分（硫氰酸鹽）其不含NaSO4可以有效避免冬季NaSO4結(jié)晶造成的混凝土流動(dòng)度下降的問題。增加一道材料采購工作，現(xiàn)場計(jì)量也多一個(gè)組份。Ⅲ＃2巧妙運(yùn)用簡單的技術(shù)，解決技術(shù)難題。粉煤灰運(yùn)輸成本較高，強(qiáng)度不宜控制。序號(hào)成本費(fèi)用預(yù)期效果分析結(jié)果理由陳述Ⅰ＃28元／m3比較理想放棄考慮現(xiàn)場操作的實(shí)際情況，過分嚴(yán)格的指標(biāo)不宜百分之百保證做到。Ⅱ＃26元／m3理想選用雖然增加一個(gè)采購環(huán)節(jié)（硫氰酸鹽），但山西省省內(nèi)有生產(chǎn)廠家，單價(jià)較貴，但用量極小，總金額并不多。外加劑中不含有Na2SO4,防止低溫結(jié)晶而影響泵送。Ⅲ＃22元／m3比較理想放棄由于距離較遠(yuǎn)粉煤灰運(yùn)輸成本較高，并不能有效降低成本，而且混凝土強(qiáng)度不宜保證。采用Ⅱ＃方案，使新拌混凝土具有了良好性能。但混凝土鋼管混凝土由于不進(jìn)行振搗，混凝土中的汽泡能否順利排除？而質(zhì)量不高穩(wěn)定性差的汽泡會(huì)聚集在一起，形成大汽泡，造成局部缺陷。這樣即使混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，混凝土的力學(xué)性能也不會(huì)理想，甚至?xí)薪Y(jié)構(gòu)安全方面的問題。于是我們決定著手解決混凝土密實(shí)這一問題。（三）提高混凝土密實(shí)方案解決混凝土密實(shí)的問題，防止大的有害汽泡聚集，目前存在兩個(gè)完全不同的觀點(diǎn)：序號(hào)

觀點(diǎn)簡述甲加入消泡劑，防止混凝土中汽泡的產(chǎn)生。乙加入高性能的引氣劑，使產(chǎn)生的汽泡微小無害、分布均勻、可以穩(wěn)定的存在。不會(huì)聚集成為大（有害的）汽泡。進(jìn)行比較性試驗(yàn)：序號(hào)試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)選取甲相同配合比進(jìn)行平行試驗(yàn)，制做立方體試件，觀察側(cè)壁混凝土的汽泡情況可見汽泡較多否定乙可見汽泡較少選定由于加入加入消泡劑，使混凝土中汽泡變的不穩(wěn)定，極易破碎，這時(shí)一些原來小而穩(wěn)定的汽泡還會(huì)形成聚集。加入高性能的引氣劑，使產(chǎn)生的汽泡分散成小而多的微小汽泡，而且穩(wěn)定性極高，因而效果理想。通過合理使用混凝土外加劑我們可以配制出性能理想的混凝土，但是攪拌混凝土還是存在許多不確定的因數(shù)，因此我們?cè)陧斏盟突炷習(xí)r必須對(duì)入泵混凝土采取有效的質(zhì)量控制，防止性能達(dá)不到要求的混凝土入泵，也就是要杜絕發(fā)生“骨料沉積”的混凝土進(jìn)入到鋼管拱內(nèi)?。ㄋ模┗炷凉橇铣练e的檢測方法：將增大頂升的阻力，甚至發(fā)生堵罐?；炷吝M(jìn)入直徑800mm鋼管內(nèi)，混凝土液面緩慢上升這時(shí)，粗骨料受重力作用，而混凝土的剪切應(yīng)力小于重力將發(fā)生“骨料沉積”，粗骨料沉積在鋼管拱底部，將會(huì)堵住泵送入口，造成質(zhì)量事故。目前，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷混凝土是否會(huì)發(fā)生骨料沉積，還沒有一個(gè)試驗(yàn)方法來評(píng)價(jià)混凝土是否會(huì)發(fā)生骨料沉積。QC小組發(fā)動(dòng)小組成員提出解決方案，小組成員提出了三種方法：序號(hào)方法簡述A＃制做長1m直徑100mm的圓柱體,比較最上100mm和最下100mm圓柱體中所含粗骨料，以此判斷混凝土是否發(fā)生骨料沉積。B＃進(jìn)行混凝土塌落流動(dòng)度試驗(yàn)，觀察圓餅邊緣是否清晰、整潔。C＃新拌混凝土振搗5分鐘（過振）無離淅現(xiàn)象?？构橇铣练e試驗(yàn)評(píng)價(jià)方案進(jìn)行篩選序號(hào)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)A＃（放棄）模擬實(shí)際情況，原理簡單，效果直觀。操作較為復(fù)雜，耗時(shí)較長。B＃（放棄）利用原有試驗(yàn)，進(jìn)行簡單的觀察。需要有一定的經(jīng)驗(yàn)，沒有一個(gè)十分清晰的界線。C＃（選用）利用混凝土抗過振的性能反應(yīng)其抗骨料沉積性能，理論出發(fā)點(diǎn)巧妙。混凝土抗“過振”較“抗骨料沉積”要求更為嚴(yán)格。而我們配制的為自密實(shí)混凝土是不進(jìn)行振搗的。選定C方案：理由該方案簡單，易于操作，對(duì)人員的的技術(shù)水平要求不高，試驗(yàn)設(shè)備都是利用原有設(shè)備，原理科學(xué)：混凝土在振搗時(shí)骨料之間的摩阻力急劇降低，骨料極易發(fā)生沉積，可見抗“過振”比“抗骨料沉積”更難。我們用C＃種方案，對(duì)混凝土的抗骨料沉積性能進(jìn)行評(píng)價(jià)檢測，可以在施工現(xiàn)場有效控制混凝土的質(zhì)量。七、形成最佳方案：

鋼管拱混凝土的研制頂升法自落法灌注法混凝土要在頂升過程中保持良好的流動(dòng)性；使用緩凝劑＋防凍劑制做圓柱體觀察用“過振”無離淅評(píng)價(jià)加入高性能的引氣劑，使產(chǎn)生的汽泡微小無害增加粉煤灰的摻量＋高效防凍劑加入消泡劑，防止混凝土中汽泡的產(chǎn)生塌落流動(dòng)度試驗(yàn)觀察圓餅邊緣是否清晰、整潔使用高濃型高效減水劑＋新型防凍組分（硫氰酸鹽）入泵前對(duì)混凝土骨料沉積的檢測方法研制鋼管拱混凝土使用高濃型高效減水劑和新型防凍組份保證新拌混凝土的性能加入高性能的引氣劑增加混凝土密實(shí)性用“過振”無離淅，檢測混凝土是否會(huì)發(fā)生“骨料沉積”“頂升法”進(jìn)行混凝土澆筑八、制定對(duì)策：

序號(hào)項(xiàng)目對(duì)策目標(biāo)措施地點(diǎn)責(zé)任人時(shí)間1新拌混凝土性能使用高濃型高效減水劑和新型防凍確定具有良好的保塑與防凍性能的初始混凝土配合比。1選用知名企業(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；2進(jìn)行多次混凝土配合比試配，確定原始配合比?？蒲兴蹼U(xiǎn)峰2007年11月7日2混凝土的密實(shí)性加入高性能的引氣劑增加密實(shí)性優(yōu)化混凝土配合比，保證混凝土密實(shí)，進(jìn)一步完善混凝土的性能，形成最終混凝土配合比。1確定具體的試驗(yàn)步驟和參數(shù)；2選擇國內(nèi)知名企業(yè)生產(chǎn)的引氣劑；科研所張少勇2007年11月12日3混凝土骨料沉積的檢測方法用“過振”試驗(yàn)評(píng)價(jià)混凝土骨料沉積現(xiàn)場相關(guān)人員能夠準(zhǔn)確、熟練判斷混凝土是否會(huì)發(fā)生“骨料沉積”。1確定具體的試驗(yàn)步驟；2確定試驗(yàn)參數(shù)；3組織培訓(xùn)。施工現(xiàn)場郭東榮2007年11月17日4混凝土澆筑頂升法順利的將混凝土頂升到鋼管拱中。1使用兩臺(tái)泵對(duì)稱泵送；2使用狀態(tài)良好的混凝土泵；3保證連續(xù)供料。施工現(xiàn)場王險(xiǎn)峰2007年11月21日九、對(duì)策實(shí)施：實(shí)施一：使用高濃型高效減水劑和新型防凍實(shí)施前混凝土方量較大從跨40m3、主跨53m3，泵送完成時(shí)間預(yù)計(jì)為90分鐘之內(nèi)，混凝土的過早凝結(jié)會(huì)造成“堵管”；施工時(shí)間為11月下旬，已經(jīng)進(jìn)入冬期施工。過程加高濃型高效減水劑和硫氰酸鹽防凍組份，能夠產(chǎn)生良好的防凍和保塑效果，混凝土在90分鐘內(nèi)塌落度損失小，硬化后強(qiáng)度增長迅速，由于外加劑中沒有Na2SO4,不會(huì)發(fā)生低溫結(jié)晶現(xiàn)象。通過查詢以往的試驗(yàn)記錄，確定高濃型高效減水劑的生產(chǎn)廠家。通過網(wǎng)上檢索和實(shí)際調(diào)查，確定硫氰酸鹽的生產(chǎn)廠家，該廠位于我省省內(nèi)，產(chǎn)品常年出口，質(zhì)量一流。反復(fù)進(jìn)行混凝土試配，初步確定了配合比。檢查對(duì)配合比使用原材料進(jìn)行檢測，確定配合比后對(duì)混凝土性能進(jìn)行檢測，形成原始記錄。確認(rèn)通過檢測確定高濃型高效減水劑和硫氰酸鹽防凍組份質(zhì)量符合國家有關(guān)規(guī)范；混凝土配合比符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求，混凝土力學(xué)性能滿意。實(shí)施二：加入高性能的引氣劑增加密實(shí)性實(shí)施前鋼管混凝土無法振搗混凝土汽泡無法排出，容易形成局部缺陷，產(chǎn)生質(zhì)量隱患。過程加入高性能的引氣劑，使產(chǎn)生的汽泡分散成小而多的微小汽泡，而且穩(wěn)定性極高。試驗(yàn)比較了國內(nèi)著名引氣劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，選用最佳產(chǎn)品。調(diào)整混凝土配合比，達(dá)到最佳性能。形成最終混凝土配合比。檢查對(duì)引氣劑進(jìn)行檢測，對(duì)優(yōu)化后配合比性能進(jìn)行檢測。確認(rèn)選用了性能最佳的引氣劑；試配混凝土和易性及力學(xué)性能完全滿足了設(shè)計(jì)要求。實(shí)施三：用“過振”試驗(yàn)評(píng)價(jià)混凝土骨料沉積實(shí)施前由于混凝土骨料沉積發(fā)生比較隱蔽，對(duì)于一般構(gòu)件危害比較有限。目前沒有相應(yīng)的檢測和評(píng)價(jià)方法，只能依靠經(jīng)驗(yàn)判斷。過程采取新拌混凝土振搗5分鐘（過振）無離淅現(xiàn)象的試驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般混凝土技術(shù)人員對(duì)混凝土離淅容易判定，混凝土振搗5分鐘是典型的“過振”因此這個(gè)方法簡單易于掌握。在試驗(yàn)室進(jìn)行了對(duì)不同類型混凝土的試驗(yàn)，形成一定的操作程序和條文；2、在工地現(xiàn)場對(duì)有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行多次培訓(xùn)演示。3、形成《混凝土骨料沉積試驗(yàn)方法》發(fā)放給有關(guān)人員。檢查對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行的掌握程度進(jìn)行檢查，讓其實(shí)際操作，來模擬判斷不同類型混凝土是否會(huì)發(fā)生骨料沉積。確認(rèn)1、《混凝土骨料沉積試驗(yàn)方法》人手一冊(cè)，資料員另有20份備用；2、通過一周時(shí)間的演示和實(shí)際操作，相關(guān)人員都可以熟練操作和準(zhǔn)確判斷。實(shí)施四：“頂升法”進(jìn)行混凝土的澆筑實(shí)施前在鋼管拱內(nèi)澆筑混凝土，不能進(jìn)行振搗，施工難度大。過程采用頂升法進(jìn)行混凝土施工。項(xiàng)目部調(diào)入兩臺(tái)80混凝土泵，從鋼管拱底部兩端對(duì)稱頂升混凝土；2、施工前對(duì)混凝土泵進(jìn)行檢查和檢修，確保泵的狀態(tài)處于最佳工作狀態(tài)。3、對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交底，使其各負(fù)其責(zé)，互相配合確保施工連續(xù)。檢查施工前對(duì)機(jī)具進(jìn)行檢查，并進(jìn)行混凝土的試泵，施工過程中質(zhì)量員通過觀察口進(jìn)行不間斷的觀察。確認(rèn)1、泵送混凝土沒有出現(xiàn)中斷的情況；2、通過質(zhì)量員的觀察，發(fā)現(xiàn)混凝土在管內(nèi)和易性保持良好，石子始終在混凝土表面漂浮。經(jīng)過緊張的研制工作，為鋼管拱混凝土的施工做好了技術(shù)準(zhǔn)備，于2007年11月21日開始了鋼管拱混凝土泵送頂升施工，這天下著小雪最低氣溫為－9℃?，F(xiàn)場混凝土攪拌站有試驗(yàn)人員對(duì)新拌混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行不間斷的檢測，調(diào)度人員對(duì)混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行科學(xué)的指揮。混凝土泵送頂升十分順利，頂升一跨鋼管拱的時(shí)間最短的為55分鐘，最長的為75分鐘。十、效果確認(rèn)：

1、現(xiàn)場進(jìn)行了混凝土試塊的留置；混凝土塌落度、塌落流動(dòng)度、抗骨料沉積等新拌混凝土性能檢測，混凝土塌落度值為200—240mm之間，塌落流動(dòng)度測試值為500—700mm之間。2、經(jīng)現(xiàn)場各方面的觀察無混凝土質(zhì)量問題發(fā)生。3、混凝土試塊到齡期后進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)評(píng)定符合設(shè)計(jì)要求。4、經(jīng)質(zhì)量檢測人員對(duì)全部24個(gè)鋼管拱進(jìn)行密實(shí)性檢測，未發(fā)現(xiàn)不密實(shí)情況。混凝土與鋼管拱結(jié)合良好，自身密實(shí)。根據(jù)檢測和檢驗(yàn)情況我們確定目標(biāo)實(shí)現(xiàn)——“研制出新拌混凝土性能出色——防凍自密實(shí)，混凝土硬化強(qiáng)度達(dá)到C50的高性能混凝土”?；炷另樌魅氡枚番F(xiàn)場頂升混凝土十一、鞏固措施：編寫施工方法及作業(yè)指導(dǎo)書；發(fā)表論文《鋼管拱混凝土的冬季施工》；在鋼管拱混凝土灌注過程中，經(jīng)理部領(lǐng)導(dǎo)及各部門負(fù)責(zé)人每天跟班作業(yè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。為了保證混凝土灌注的連續(xù)性，每天的午餐都送到施工現(xiàn)場。為了保持混凝土溫度，灌注前用電褥子