预制箱梁高性能混凝土的质量控制

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近几年我国高速客运铁路建设快速发展,高客专线的许多大型连续桥梁都采用预制箱梁技术,并采用高性能混凝土替代普通混凝土。高性能混凝土的使用可满足桥梁的高耐久性、安全使用期长、减少维修费、综合效益高、安全系数高的要求。高性能混凝土的高工作性能,使箱梁的生产技术简便,提高生产效率,加快施工进度。但箱梁的体积较大,截面为闭口薄壁截面,混凝土连续整体浇筑,施工不当易发生质量问题,本文以京石高客某梁场后张法预应力箱梁为例,介绍了高性能混凝土的质量控制措施。

一、箱梁高性能混凝土配合比控制

梁体高性能混凝土配合比是保证混凝土质量的关键,高性能混凝土的配制采用正交试验法进行配合比的优化设计试验。依据原材料性质配制多个配合比,以坍落度、含气量、泌水率、强度、弹性模量等作为优化指标,从中选出能满足设计要求的最佳配合比。再进行抗渗性、抗氯离子渗透性能、抗碱-骨料反应、抗冻性、抗裂性、抗钢筋锈蚀、电通量、耐磨性及胶凝材料抗硫酸盐侵蚀性检验,确定最终的混凝土配合比。

混凝土拌合物中各种原材料引入的氯离子总质量应不超过胶凝材料总量的0.1%。针对高性能混凝土的高流动性,对于梁体混凝土要高度重视体积收缩和徐变特性,通过优化混凝土的配合比,尽量减小混凝土的收缩和徐变终极值。

混凝土配合比按《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术规定》和(TB10210-2001)标准的要求进行设计、计算、试配和调整,选用较为理想的满足施工要求的配合比。配合比计算步骤如下:

1.核对水泥熟料中的化学成分和矿物组成、混合材料种类和数量,根据设计要求,初步选定水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂品种,以及水胶比和胶凝材料总用量范围。

2.计算混凝土各原材料用量,并核算单方混凝土的总碱含量和氯离子含量是否满足要求。

3.试配和调整,调配出坍落度、含气量、泌水率符合要求的混凝土配合比,作为基准配合比。

4.改变基准配合比的水胶比,并调整胶凝材料用量、矿物掺合料的掺量、外加剂掺量及砂率参数,调配出拌合物性能与要求基本接近的配合比3～5个。

5.按上述配合比制作力学性能和抗裂性能试件,养护至规定龄期进行试验。其中,标准抗压强度试件每种配合比制作5组,标准养护至1d、3d、10d、28d、56d时试压。

6.从上述配合比中优选出拌合物性能和抗裂性优良、抗压强度适宜的一个或多个配合比各成型一组或多组进行耐久性试验。

7.根据上述不同配合比对应混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果,按照工作性能优良、强度和耐久性能满足要求、经济合理的原则,优选出最佳配合比。

二、高性能混凝土原材料的控制

由于预制箱梁对高性能混凝土的高标准、高要求,相应提高了原材料的质量标准。对混凝土原材料产地考察、进场检测、合格证和检验报告审查是原材料质量的预控措施之一。

(一)水泥

高性能混凝土对水泥有更严格的要求。箱粱所采用的水泥应采用品质稳定 ,强度等级不低于42. 5的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。

对于首批进场水泥,必须按《通用硅酸盐水泥》标准进行,随机的抽取不少于12kg水泥作为检验试样。水泥供应商还必须提供每批水泥的C3A含量、助磨剂种类及掺量、石膏种类及掺量。实验室常规检验项目为强度、比表面积、安定性和凝结时间。

(二)粉煤灰

粉煤灰能有效改善了混凝土拌合物的和易性,减少泌水率,提高抗离析性;并提高混凝土的密实性、抗渗性、抗化学侵蚀性。减少水化热,防止混凝土开裂。箱梁高性能混凝土宜选用I级粉煤灰。

首批进场粉煤灰需按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)进行全项目检验,随机抽取不少于10kg粉煤灰作为检验试样。试验室日常抽检项目为细度、烧失量、需水量比和活性指数。

(三)矿渣粉

矿渣粉可降低混凝土水化热,有效减少混凝土产生的早期温缩裂缝。矿渣粉的微集料效应和二次水化反应,可以使混凝土孔径细化,连通孔减少,混凝土密实性提高,从而大幅提高混凝土的抗渗性能。

对于首批进场的磨细矿渣粉必须按《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046-2008)进行全项目检验,在20个以上部位随机抽取的试样不少于10kg。试验室日常抽检项目为:比表面积、烧失量、流动度比、活性指数。

(四)细骨料

细骨料宜采用细度模数2.5～2.9,级配Ⅱ区的中砂。首批进场的细骨料必须按《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ522006)全项目检验。

试验室日常抽检项目为:筛分、细度模数、云母含量、含泥量、泥块含量、轻物质含量、有机物含量。检验结果有一项指标不合格时,重新取样,对不合格项加倍复验;若仍有一个试样不能满足标准要求,则按不合格品处理,不得投入使用。

(五)粗骨料

粗骨料粒级为5～20mm,对于首批进场的粗骨料按《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 522006)全项目检验。试验室日常抽检项目为颗粒级配、压碎值指标、含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量。

(六)外加剂

箱粱高性能混凝土宜使用聚羧酸系高效减水剂。首批进场减水剂按《混凝土外加剂》(GB8076-2008)全项目检验,并有厂方质量证明书。每批进场的外加剂还应与所用材料进行适应性及效果检验,以调整合理掺量。试验室日常抽检项目为:减水率、常压泌水率比、含气量、抗压强度比,以及可泵性、坍落度损失等指标。

三、箱梁高性能混凝土灌筑

混凝土拌合前,由实验室根据粗骨料、细骨料的含水率情况,下达配合比通知单,搅拌站根据通知单进行配料搅拌。前五盘,由实验室测定坍落度、含气率和温度,此后每五盘检验一次。采用强制式搅拌机搅拌。外加剂因掺量小,应事先精确称量,搅拌时由专人投放。

混凝土灌注采用两台布料机分别从两端及两侧同时向中间逐步推进灌注的方式,采用插入式振动棒为主、侧振为辅联合振捣成型的方式。侧振要短振、勤振;振捣棒应垂直点振,不得平拉。混凝土应分层浇注、分层振捣,每层浇注厚度不超过30cm。底、腹板混凝土灌注完毕,关闭内模顶板预留灌灰口,开始灌注顶板混凝土。并用整平机进行表面整平并配合人工抹面。顶板混凝土灌注完毕,收面时应边收面边覆盖,防止风吹出现干缩裂纹。

四、养护工程

混凝土养护,主要目的是保持适宜的温度和湿度,以便控制混凝土的内外温差,促进混凝土强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。

箱梁属于大体积混凝土,必须考虑水化热的不利影响。并且顶板和底板面积较大,若不加强养护,易出现裂缝。养护方法分为自然养护和蒸汽养护两种,当昼夜平均气温未高于30℃,梁场仍然采用蒸汽养护的措施。梁场灌注完毕后,立即覆盖养护罩。梁体养护主要分为四个阶段:

1.静停:混凝土灌注完毕后静停4～6小时(环境气温在5℃以下,静停时间适当延长)。在冬季,当环境温度低于+5℃时,灌注完毕后进行低温预养,预养温度为5℃～10℃。

2.升温:升温速度每小时不超过10℃。

3.恒温:26～48小时,恒温养护期间蒸汽温度不超过45℃,梁体芯部混凝土温度不超过60℃,个别部位最大不超过65℃。

4.降温:降温速度不大于10℃/h,从恒温温度降至与自然的气温相差不大于15℃。

为了精确测量养护过程中梁体各部温度情况,适时调整蒸汽量,保证梁体温差符合技术条件要求。每孔箱梁共设16个测温点,分布在顶板表面和芯部、翼缘、底板芯部和表层,底腹板交接处、腹板芯部和表面、箱内环境。

五、加强施工管理

高性能混凝土的施工需要更严格的管理,应实行定岗定责。从混凝土的搅拌、运输、泵送到浇灌振捣,每个岗位都有专门管理人员进行监督和指导,并事先对每个施工人员进行培训和技术交底。对重要环节如混凝土搅拌、泵送点,均安排实验人员24小时值班,及时通报、调整。

经过在工程中的多次应用实践证明,采取以上混凝土质量控制措施,使箱梁用高性能混凝土工程质量得到保证,产生了良好的社会经济效益。