無收縮混凝土配合比設計及施工控制

無收縮混凝土配合比設計及施工控制無收縮混凝土配合比設計及施工控制陳昌杰李波[摘要]通過客運專線東湖特大橋112m提籃拱鋼管混凝土的配合比設計及施工，闡述了無收縮混凝土的特點和施工過程的控制要點[關(guān)鍵詞]客運專線提籃拱鋼管混凝土配合比設計無收縮混凝土控制要點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116m，計算跨長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，采用單箱三室預應力混凝土箱形截面，橋面寬17.8m，梁高2.5m。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用C55無收縮混凝土填充，混凝土彈性模量Ec=×104MPa。2配合比設計言客運專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為100年，混凝土配合比設計理念應以高性能混凝土的耐久性作為主要指標，重點是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過對原材料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過程的嚴格控制，使生產(chǎn)的混凝土拌合物具有良好的工作性，對于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言，其自密實性有較高的要求；另外，還要求混凝土和鋼管應具有良好的粘接，但還不能因為混管混凝土拱橋的施工加載順序決定了混凝土應具有較高的早期強度和剛度，以確保拱肋的線性符合設計要求，結(jié)合高性能混凝土的特點，把7~14天的抗壓強度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)。原材料的選擇2.2.1水泥表1水泥性能指標試驗項目標準規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標準規(guī)定值試驗結(jié)果m2/kg3SO含量%≤凝結(jié)時初3間凝(min)終凝0CL-含量%≤抗壓強 ≥≥總堿含量%≤抗折強≥度28d≥2(Mpa)2.2.2砂高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗為好，另外，要嚴格控制砂中的細顆粒含量和有害物質(zhì)含量，選用非堿活性骨料，試驗選用湖北巴河河砂。試驗項目堅固性%硫酸鹽及硫化物含量%CL-含量%吸水率%標準規(guī)定值≤≤表2試驗結(jié)果砂性能指標試驗項目輕物質(zhì)含云母含量%有機物含量細度模數(shù)標準規(guī)定值≤≤顏色應不深于標色/試驗結(jié)果淺含泥量%≤泥塊含量%≤02.2.3碎石粗骨料應選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級配合理、質(zhì)地均勻堅固的潔凈碎石，并嚴格控制針、片狀含量、含泥量、泥塊含量，選用非堿活性粗骨料。試驗選用湖北武穴郭沖石場5-20mm連續(xù)級配碎石，按二級摻配。試驗項目標準規(guī)定值表3碎石性能指標試驗結(jié)果試驗項目標準規(guī)定值試驗結(jié)果堅固性%3CL-含量%吸水率%含泥量%泥塊含≤≤≤≤0緊密空隙率%針、片狀含量%壓碎指標值%///10堿活性試驗采用巖相法，沒有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2..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)定的電收塵試驗選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級原狀粉煤灰。試驗項目細度%3CL-含燒失量%標準規(guī)定值≤≤≤表4試驗結(jié)果粉煤灰性能指標試驗項目堿含量%含水率%標準規(guī)定值/≤≤試驗結(jié)果2.2.5膨脹劑膨脹劑應作為細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)生一定的自應力，以補償水泥的干縮和由于低水膠限公司生產(chǎn)的JM-ⅢC低堿型混凝土膨脹劑。表5膨脹劑性能指標試驗項目標準規(guī)定值試驗試驗項目標準規(guī)定值細度3CL-含量%總堿含量%2限制膨脹率≤≤≤≥≤凝結(jié)時間抗壓強度抗折強度空氣中初凝≤≥≥≥2.2.6外加劑外加劑應選用與水泥相容性好,減水率高、高增強、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試驗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。試驗項目減水率24量%CL-含量%總堿含量%2對鋼筋銹蝕標準規(guī)定值≤應說明對鋼筋無銹蝕表6試驗無銹蝕外加劑性能指標試驗項目含氣量%坍落度保留值(mm)抗壓強度比%30min60min相對耐久性指標% 標準規(guī)定值≥試驗結(jié)果PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗結(jié)果水泥凈漿流動度/mmJM-PCA摻量%初靜置30min流動度損靜置60min流動度損始30min失60min失26025372431726926452561328828352799304305-129863062988287193052881728025由表7試驗結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好,摻量在%以上時水泥凈漿的流動性能已趨于穩(wěn)定,摻量%時流動度損失最小,為最佳摻量。2.2.6水試驗采用飲用水。配合比優(yōu)化2.3.1混凝土的拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T50080-2002)進行，混凝土的力學性能按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)進行，混凝土耐久性按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準》鐵建設[2005]160號進行。其力學性能和耐久性試驗均采用標準試件混凝土試拌所用原材料在使用前24h放入成型室內(nèi)，室內(nèi)溫度控制在(20±2)℃,相對濕度控制在70%-90%?？紤]混凝土施工是采取泵送頂升工藝，拌合物坍落度設計為180~220mm，混凝土的配制強度為。2.3.2配合比試配采用L9(34)正交試驗進行，即三水平四因素正交試驗，選定水膠比W/C(A)，砂率Sp(B)，粉煤灰摻量(C)，膨脹劑摻量(D)作為四個考察因素，每因素取3個試驗水平。試驗組號試驗組號水膠比W/CA密度Kg/m324202415240524102403砂率SpB含氣表8粉煤灰%C表9試驗按三水平因素正交試驗安排脹劑脹劑1012121010128水泥g413粉煤g砂g59906877石g995新拌混凝土拌合物作性能測試結(jié)果膨脹g3030min60min90min120min始200195185180180210205195190180220210200195180210200195185170215210205200195失水g初凝h:min外加劑gh:min17061208試驗條件：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)時間受粉煤灰、膨脹劑的摻量的影響不大，都能滿足施工的要求。表10正交試驗混凝土的學性能和耐久性指標試驗抗壓強度MPa彈性模量(×104MPa)電通量/C組號3d7d14d28d56d3d7d14d28d7d56d18615172#16394823#19824134#156942420593966#163842021303938#14944679#16724402.3.3試驗結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強度的主要因素。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，粗骨料用量大，彈性模量相對較高；在強度相差不大條件下，膠凝材料用量大，彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對混凝土前期強度影響較小，對后期強度影響較為明顯，這是因為優(yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應析出的Ca(OH)緩慢發(fā)生火山灰反應，利于后2期強度的增加。粉煤灰僅起填充作用，從而導致混凝土內(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和微集料效應，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)，提高了混凝土強度和密實性，使得電通量值很小，大大提高了耐久性能。通過對強度和彈性模量采用正交分析是C和C均能滿足設計要求，但從試驗3838效果、經(jīng)濟效益以及對膠凝材料總用量來考慮，選取C是最好的組合：即W/C=,38砂率Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量(8%、10%、12%)進行試驗。序號123序號123水泥坍落度mm砂606060初凝h:min碎石表11粉煤灰表12改變膨劑摻量試驗結(jié)果7d28d56d膨脹劑水坍落050自由膨率試驗結(jié)果自由膨脹率(×10-4)水中養(yǎng)護空氣中養(yǎng)護13714286037142860從表11、12可知，隨膨脹劑摻量增加，膨脹率增加，而強度有所降低。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)護膨脹較空氣中養(yǎng)護的大。終上試配可以得出，東湖特大橋提籃拱C55無收縮混凝土采用了序號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:每m3混凝土氯離子含量為：0.228kg/m3(＜500×%=0.30kg/m3);總堿含量為：2.565kg/m3(＜3kg/m3)均符合高性能混凝土要求。3混凝土施工控制原材料準備：各種原材料要準備充分。東湖特大橋提籃拱C55無收縮混凝土設計方量是606m3,實際準備按620m3準備原材料。原材料經(jīng)試驗檢測，質(zhì)量情況都在配合比設計要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺HZS120L攪拌機，混凝土生產(chǎn)量80m3/h,拌合站各種衡器都已檢定合格，每次使用前進行零點校核，并進行首盤復核，控制每盤稱量偏差?；炷涟柚魄埃瑢ι?、碎石、粉煤灰含水量測試，并據(jù)測試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序為：砂+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，坍落度測試210mm,含氣量%?？紤]混凝土的運輸時間在10-20分鐘內(nèi)，外界溫度19-23℃，濕度大于70%，這與設計試配配合比的環(huán)境條件基本一致，因此到達現(xiàn)場的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過程中，在拌合站和施工現(xiàn)場分別安排2名試驗員，對每車混凝土的坍落度進行測試監(jiān)控，混凝土的泵送垂直高度40米，泵送坍落度控制在180~200mm，因此在拌合站控制坍落度在200~220mm，現(xiàn)場泵送≥180mm。對于測試不能滿足要求的(拌合站≤190mm或≥220mm;施工現(xiàn)場≤180mm)，不能用于泵送頂升，應廢棄?；炷帘盟晚斏捎?臺三一HBT60C砼輸送泵，從4個拱腳同時泵送，由于運距較近(2.5km)，每臺輸送泵由3臺7m3的輸送罐車供料，保證4個部位同時泵料，拱內(nèi)砼上升速度保持一致，防止鋼管拱受力不均?；炷恋谋盟晚樞蚴窍认鹿埽偕瞎?，最后是腹板?；炷量箟涸嚰糁昧?0組，彈性模量試件留置了12組，膨脹率試件留置了6組，都分別留了標養(yǎng)與同條件試件。根據(jù)施工要求，測試了標養(yǎng)7天抗壓強度為、同養(yǎng)7天為MPa，同條件養(yǎng)護10天抗壓強度為MPa、彈性模量為×104MPa，達到了設計要求的90%以上強度可以經(jīng)試驗測試標養(yǎng)28天強度為MPa，同條件養(yǎng)護28天強度為MPa均達到了設計強度。28天標養(yǎng)膨脹率為%，空氣中養(yǎng)護膨脹率為%，并且都趨于穩(wěn)定。4試驗體會水膠比、粉煤灰和膨脹劑摻量是鋼管