摘要:結(jié)合鄭州—西安鐵路客運(yùn)專線工程,采用現(xiàn)場(chǎng)原材料對(duì)預(yù)制箱梁用C50 高性能混凝土,尤其是混凝土耐久性的主要影響因素進(jìn)行了研究和分析。對(duì)混凝土電通量的影響因素之一礦物摻和料的數(shù)量和種類研究表明,當(dāng)粉煤灰摻量大于15 %或摻入礦粉大于30 %時(shí)混凝土電通量能滿足小于1 000 C的要求。含氣量達(dá)到215 %～315 %時(shí),混凝土經(jīng)過(guò)200 次凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量高于85 % ,抗凍性良好。最后,介紹了鄭西鐵路混凝土箱梁的工藝要求。
關(guān)鍵詞:客運(yùn)專線 混凝土 耐久性 應(yīng)用
中圖分類號(hào):U214.1 + 8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
0 引言
鄭州—西安鐵路客運(yùn)專線東起鄭州樞紐,西止西安樞紐,基本與隴海鐵路鄭州—西安段平行,是規(guī)劃的徐州—蘭州客運(yùn)專線的重要組成部分。全線長(zhǎng)484.52km 共有橋梁215 座230.4 km。沿線共設(shè)有18 個(gè)預(yù)制梁場(chǎng),預(yù)制梁多采用強(qiáng)度等級(jí)為C50 的32 m 和24 m預(yù)應(yīng)力箱梁,共7 000件左右。可以說(shuō),預(yù)制梁質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量的影響十分重大。自2005 年,鐵路客運(yùn)專線建設(shè)采用以耐久性為基本要素的高性能混凝土的技術(shù)要求,規(guī)定結(jié)構(gòu)物按耐久性設(shè)計(jì),確?；炷两Y(jié)構(gòu)物達(dá)到正常的使用壽命[1～3 ] 。高性能混凝土是基于大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土,重點(diǎn)保證混凝土的耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性[5 ] 。本文結(jié)合鄭西客專梁場(chǎng)施工情況,對(duì)高性能(以耐久性為主) 混凝土在鄭西鐵路客運(yùn)專線箱梁中的應(yīng)用進(jìn)行研究和探討。
1 混凝土配合比設(shè)計(jì)
1.1 環(huán)境條件
鄭西客運(yùn)專線氣候環(huán)境為暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,雨量適中,氣候溫和,四季分明。沿線年平均溫度為13.0 ℃～14.4 ℃,1 月份最低平均溫度為- 0.9 ℃～0.2 ℃。極端最低氣溫為- 20.6 ℃,個(gè)別地區(qū)存在中度以下化學(xué)腐蝕。
1.2 原材料
秦嶺P.O42.5 水泥;渭河電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰;西安德龍新型建筑材料科技有限公司礦渣;灞河河砂,細(xì)度模數(shù)為2.9 ;華縣蓮花寺二級(jí)配碎石;聚羧酸系減水劑。上述材料各項(xiàng)指標(biāo)均符合《鐵路客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的要求。
1.3 配合比設(shè)計(jì)原則
1) 混凝土坍落度應(yīng)滿足施工要求,配制成的混凝土應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性等質(zhì)量要求。
2) 混凝土的膠凝材料總量不宜高于500 kgPm3 。混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)以及規(guī)范要求。
3) 混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉等摻和料,粉煤灰的摻量不宜大于30 %。
4) 為了降低堿—骨料反應(yīng)發(fā)生的可能性,混凝土單方總堿含量應(yīng)滿足相關(guān)要求。
5) 預(yù)應(yīng)力混凝土的氯離子總含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.06 %。
1.4 混凝土技術(shù)參數(shù)
根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》等相關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)要求、環(huán)境條件以及施工工藝,初步確定預(yù)制箱梁用高性能混凝土技術(shù)參數(shù)(因各梁場(chǎng)情況不同,本研究?jī)H供參考) ,具體情況見表1。
1.5 混凝土耐久性
預(yù)制梁混凝土的耐久性技術(shù)指標(biāo)主要有電通量、抗凍性、抗?jié)B性、堿—骨料反應(yīng)和抗裂性。因力學(xué)性能研究資料較多,本文不再進(jìn)行討論,僅對(duì)主要混凝土耐久性影響因素進(jìn)行研究。
1) 電通量 氯離子是引起鋼筋銹蝕,造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的最主要原因之一。氯離子的滲透性
是評(píng)價(jià)混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個(gè)重要參數(shù),長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量工作,提出了多種試驗(yàn)方法,其中應(yīng)用最廣泛的是快速氯離子滲透測(cè)試方法,即電通量法(AASHTO T227 和ASTM C1202) 。其主要原理是利用外電場(chǎng)來(lái)加快離子的運(yùn)動(dòng)速度,然后按擴(kuò)散性與電遷移參數(shù)間的理論關(guān)系來(lái)計(jì)算氯離子的擴(kuò)散性,從而判斷混凝土的抗?jié)B透性?？紤]到目前的生產(chǎn)技術(shù)條件,鐵路各相關(guān)規(guī)范暫時(shí)將氯離子電通量作為混凝土的重要耐久性檢驗(yàn)指標(biāo)之一。試驗(yàn)表明,影響電通量的因素有水膠比、摻和料摻量和種類、混凝土含氣量、混凝土齡期、混凝土中Cl - 含量等。一般認(rèn)為隨著礦物摻和料摻量的增加,混凝土電通量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);一般摻和料效果:硅灰效果> 粉煤灰效果> 礦粉效果;隨著水膠比的降低,混凝土電通量亦呈現(xiàn)輕微下降的趨勢(shì)。
相同條件下,摻加不同摻量的粉煤灰和礦粉對(duì)混凝土電通量的影響見圖1 和圖2。通過(guò)圖1、圖2 可以看出,相同摻量條件下粉煤灰降低混凝土電通量的效果優(yōu)于礦粉。礦粉摻量在0 %～20 %之間時(shí)對(duì)電通量影響程度較小,當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到20 %以后混凝土電通量開始明顯降低,也就是礦粉需達(dá)到一定摻量后方對(duì)混凝土電通量有較明顯的改善作用。對(duì)于本次C50 梁體混凝土試驗(yàn)研究,單摻粉煤灰摻量> 15 %或單摻礦粉摻量> 30 % ,能夠滿足混凝土電通量< 1 000 C的要求。此外,采用粉煤灰和礦粉同時(shí)摻入的“雙摻”方法也可以有效降低混凝土的電通量,見圖2。因此,施工過(guò)程中一般可通過(guò)控制礦物摻和料摻量和種類來(lái)降低混凝土電通量,但由于工地大量采用普通硅酸鹽水泥,也就是水泥中已摻加了15 %左右的混合材料,在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)要注意其摻量和種類。
2) 抗凍性能 混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞?；炷恋目箖鲂允侵富炷恋挚箖鋈谘h(huán)作用的性能?；炷羶鋈谘h(huán)產(chǎn)生的破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕兩個(gè)方面。影響混凝土抗凍性的主要因素有混凝土含氣量和氣孔結(jié)構(gòu)、水膠比、礦物摻和料數(shù)量和種類、水泥品種、骨料品質(zhì)等,其中混凝土含氣量與抗凍性的關(guān)系最為緊密。
混凝土含氣量與抗凍性的關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果見表2。
結(jié)果表明,對(duì)于C50 混凝土而言,不對(duì)混凝土引氣其抗凍效果不理想,僅經(jīng)過(guò)125 次凍融循環(huán)就破壞。當(dāng)混凝土含氣量達(dá)到2.5 %～3.5 %時(shí),混凝土經(jīng)過(guò)200 次凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量高于85 % ,抗凍性良好。因此,施工中要求控制混凝土入模含氣量為2 %～4 % ,對(duì)保證混凝土抗凍性十分重要。
3) 抗?jié)B性 通過(guò)試驗(yàn)混凝土抗?jié)B性均容易滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于C50 混凝土而言,抗?jié)B指標(biāo)意義不大。
4) 抗堿—骨料反應(yīng)性能 試驗(yàn)采用非堿活性骨料,低堿水泥,混凝土單方總堿含量小于3 kgPm3 。
5) 抗裂性 采用抗裂環(huán)對(duì)混凝土抗裂性進(jìn)行評(píng)價(jià),此試驗(yàn)為對(duì)比試驗(yàn),無(wú)明確技術(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)表明當(dāng)摻入一定量的摻和料后裂縫出現(xiàn)的概率大大降低。
1.6 混凝土配合比的確定
經(jīng)對(duì)比試驗(yàn),預(yù)制箱梁高性能混凝土配合比見表3 ,試驗(yàn)結(jié)果見表4。
2 施工工藝
混凝土按照腹板→底板→面板的順序?qū)ΨQ澆筑,采用縱向分段、斜向分層,連續(xù)澆筑的方式,分層厚度≤300 mm。澆筑時(shí)間不得超過(guò)混凝土初凝時(shí)間并不得超過(guò)6 h?；炷脸鰴C(jī)溫度不大于30 ℃,夏季采用冷卻水及骨料遮陽(yáng)等降溫處理,氣溫較高時(shí)泵管采用麻布覆蓋灑水的方式,并防止輸送過(guò)程中混凝土坍落度損失過(guò)大。箱梁配筋密集,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,在澆筑過(guò)程中適當(dāng)增加振搗人員及設(shè)備的數(shù)量,尤其加強(qiáng)層與層間的振搗,振搗標(biāo)準(zhǔn)以混凝土表面的水平不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面不再泛漿為準(zhǔn)。在澆筑腹扳時(shí)嚴(yán)格控制混凝土坍落度,避免從底板泛漿。拆模后,及時(shí)噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋灑水,養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d。
養(yǎng)護(hù)用水與梁體表面溫差≤15 ℃。
現(xiàn)場(chǎng)各梁場(chǎng)需要根據(jù)不同原材料進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)選。攪拌前根據(jù)骨料含水率檢測(cè)結(jié)果確定施工配合比,對(duì)出機(jī)混凝土按規(guī)定頻率進(jìn)行坍落度、含氣量、泌水率、出機(jī)溫度等指標(biāo)檢測(cè)。一般情況下,混凝土泵送距離100～200 m ,混凝土坍落度在1 h 內(nèi)基本沒(méi)有損失,混凝土和易性好,易泵送,易振搗,混凝土初凝時(shí)間為8～12 h ,滿足澆筑工藝的要求?；炷翉?qiáng)度和彈模隨齡期發(fā)展規(guī)律良好,能夠滿足10 d 終張拉的要求?；炷列静孔罡邷囟然灸軌蚩刂圃?5 ℃,但在夏期施工時(shí)要加強(qiáng)管理,控制好混凝土最高溫度和溫差。梁體拆模后,表面光潔,可見裂縫很少,外觀良好。
3 結(jié)語(yǔ)
1) 高性能混凝土具有良好的抗凍、抗氯離子滲透、抗?jié)B、抗裂以及抗堿—骨料反應(yīng)等耐久性能,且具有良好的拌和物性能,坍落度經(jīng)時(shí)損失小,混凝土不泌水,施工性能良好。
2) 相同摻量條件下粉煤灰降低混凝土電通量的效果優(yōu)于礦粉。對(duì)C50 混凝土,當(dāng)粉煤灰摻量大于15 %或摻入礦粉大于30 %時(shí),混凝土電通量能滿足小于1 000 C的要求。采用粉煤灰和礦粉同時(shí)摻入的“雙摻”方法也可以降低混凝土的電通量。
3) 對(duì)混凝土含氣量與抗凍性能的研究表明,非引氣C50 混凝土僅經(jīng)過(guò)125 次凍融循環(huán)就破壞,含氣量達(dá)到2.5 %～3.5 %時(shí),混凝土經(jīng)過(guò)200 次凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量仍高于85 % ,抗凍性良好?？刂苹炷寥肽：瑲饬? %～4 %是保證混凝土抗凍性達(dá)到要求的重要保證。
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