石武客運專線漯駐特大橋高性能混凝土施工工藝探討

楊漢峰

(中交隧道工程局有限公司石武客運專線河南段項目部,河南駐馬店 463000)

1 工程概況

石武客運專線(河南段)SWZQ-7標漯駐特大橋位于河南省漯河市和駐馬店市之間,橋全長61.641km,設計為雙線橋,線間距5.0m。橋址地下水發育。為了保證橋梁的使用壽命,設計要求全橋均采用高性能混凝土,全橋混凝土標準最低按照T1碳化環境設計。經對多處地下水及附近的地表水取樣進行水質分析,并結合設計說明,特殊環境作用類別及等級主要表現為L1氯鹽環境及H1化學侵蝕環境。樁基混凝土設計強度等級根據環境作用等級的差別有C30、C35、C403種不同強度等級,承臺混凝土設計強度等級根據環境作用等級的差別有C30、C35、C403種不同強度等級,墩柱為C35高性能混凝土。對于氯鹽和化學侵蝕環境下的結構物,除了設計提高混凝土的等級和耐久性指標要求以外,同時還采用混凝土外摻1kg/m3密實劑進一步增強混凝土的密實性。現結合漯駐特大橋高性能混凝土施工工藝和質量控制的實際經驗,就如何搞好高性能混凝土施工質量控制做一探討。

2 高性能混凝土的特點及施工質量控制目的

高性能混凝土是一種新型高技術混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標,針對不同用途要求,對下列性能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此,高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比,選用優質原材料,且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。

與普通混凝土相比,高性能混凝土具有如下獨特的性能。

(1)高性能混凝土具有一定的強度和高抗滲能力,但不一定具有高強度,中、低強度亦可。

(2)高性能混凝土具有良好的工作性,混凝土拌和物應具有較高的流動性,混凝土在成型過程中不分層、不離析,易充滿模型;泵送混凝土、自密實混凝土還具有良好的可泵性、自密實性能。

(3)高性能混凝土的使用壽命長,對于一些特殊工程的特殊部位,控制結構設計的不是混凝土的強度,而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作100年以上,是高性能混凝土應用的主要目的。

(4)高性能混凝土具有較高的體積穩定性,即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱,硬化后期具有較小的收縮變形。

概括起來說,高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土,能最大限度地延長混凝土結構的使用年限,降低工程造價。

為了保證高性能混凝土的各種特性得以實現,加強高性能混凝土的質量控制變得尤為重要。對于高性能混凝土,它的生產和施工并不需要更特殊的工藝,不過在工藝的各環節中普通混凝土不敏感的因素,高性能混凝土卻會很敏感,因而需要更嚴格地控制和管理。尤其在工地現場施工時,包括原材料的管理、配合比的試配和調整、攪拌、澆筑、振搗成型、拆模養護等問題,需要進一步的加強控制和重視。混凝土生產各環節關系如圖1所示。

圖1 混凝土生產各環節關系

3 高性能混凝土原材料選擇和管理

高性能混凝土性能的變化與提高,主要是通過內部結構的改變,組成成分的化學機理優化來實現某些功能的高性能化,以滿足工程需要。高性能混凝土必須是勻質混凝土,必須采用嚴格的施工工藝,采用優質材料配制。

優質的原材料是高性能混凝土性能得到提高的一個重要前提,對于高性能混凝土的所用組分,粉煤灰、外加劑、粗細集料的質量波動是相對容易產生的,將直接影響到高性能混凝土相關性能,在材料控制過程中,這些組分也就是材料選擇和管理的重點。

在漯駐特大橋的混凝土配合比設計前,首先進行了大面積的料源調查,尤其是對粗細骨料的調查及檢驗,對料源的穩定性及規模提出要求,避免混凝土開始生產后因為原材料供應不足而隨意變動料源。為了進一步提高混凝土的密實性,增強耐久性能,粗集料采用三級摻配,組合成5～31.5mm連續級配,保證了集料的良好級配,盡量減少骨料的孔隙率。由于外加劑對集料的含泥量很敏感,在細集料的選擇上,完全采用水洗河砂,進場的河砂潔凈無明顯的雜質,細度模數在2.8～3.0。

外加劑的引入使得高性能混凝土得以實現,在低水膠比的情況下仍能有很好的工作性能。但高效減水劑對原材料非常敏感,在進行高性能混凝土的試配和使用前必須先掌握外加劑與水泥的相容性,以便保證高性能混凝土各項性能滿足要求。

在各種材料常規檢驗合格后,對計劃使用的材料委外檢測,尤其保證耐久性指標的核查,確保所使用的材料各種指標符合標準要求。

原材料專人采購,專人管理,分別設置待檢倉和合格倉,粗細集料倉設置棚蓋。拌和站設置了砂、石篩洗機各1套,進場的砂、石在待檢倉進行篩洗后進入合格倉。

各種材料進場時,材料管理人員和專職試驗員一同進行初驗,初驗達到合格標準方可進入待檢倉,并取有代表性的試樣,進行嚴格的復檢,確保材料質量符合相關標準要求并與配合比試配所用原材料的各檢測指標相近。各種原材料要有明顯的標牌,標明材料名稱、品牌、批號、廠家、進場日期和檢驗狀態以及將要使用的部位等主要信息,以免用錯。

4 高性能混凝土的試配

混凝土是一種離散性較大的材料,對于高性能混凝土,其配制要求嚴格。高性能混凝土質量控制的最終目標是要得到質量均勻、流動性好、體積穩定、耐久、滿足設計強度而且經濟的混凝土。高性能混凝土受原材料和現場條件變動的影響很大,在任何情況下都能實現同一配合比很困難,在生產過程中需要大量試配。選擇合理的混凝土組合材料,進行科學的配合比設計、試驗,試配中所用原材料試樣都應取自批量生產并在工程中使用的有代表性的材料。

在漯駐特大橋的配合比的試配工作中,通過調整礦物細摻料的摻配比例、外加劑摻量、外加劑組分、砂率等,進行正交優化設計。選配出了表1、表2常用配合比,經過現場施工的實際效果檢驗,所選擇的配合比合理,混凝土的質量均勻,流動性能良好。樁基灌注順利,由于混凝土的大流動性,使得承臺、墩柱施工時大大減輕了振搗的勞動量,提高了澆筑效率,墩柱內實外美,明顯減少了普通混凝土常見的蜂窩、“狗洞”等外觀質量通病。

表1 漯駐特大橋樁基配合比

表2 漯駐特大橋承臺、墩柱配合比

5 高性能混凝土的攪拌

漯駐特大橋的混凝土采用集中攪拌、集中供應。攪拌站完全按照大型商品混凝土站標準建設。集中攪拌站的建立借鑒了商品混凝土攪拌站的成熟經驗,邀請北京京航大型商品混凝土站的技術人員給予建站設計及指導,并在生產過程中提供質量控制及流程管理的經驗,為混凝土的生產質量提供了強有力的保障。

高性能混凝土性能的提高,主要是通過化學機理的作用來得以實現。因此在混凝土的生產過程中,主要要充分提高各組分的化學活性,進一步增強高性能混凝土的質量。為了提高高效減水劑的效率并減小坍落度損失,宜采用高效減水劑后摻法。高效減水劑是與水泥反應的,最后加入碎石可使水泥和高效減水劑充分混勻,有利于發揮高效減水劑的利用率,理想的喂料順序如下:

盡管這種喂料順序可以得到保證質量的拌和物,但結合拌和樓料斗設置的實際情況,因砂、碎石輸送帶為同一輸送帶,下料后一起輸送進拌和倉,考慮能源的節約及拌和效率的實際需要,在實際施工中要做到上面所要求的喂料順序難以接受,所以現場可以采用下面的攪拌流程。

為了保證高性能混凝土的拌和質量,最不可取的方法是將所有原材料一起倒進拌和倉內,并把高效減水劑溶在拌和水中一起加入。不理想的喂料和攪拌流程會影響拌和物的質量,同時會加速坍落度的損失。為了保證質量,就需在配制時提高性能指標,多用膠凝材料或外加劑,這勢必會造成試配的困難或者不經濟。

無論采用何種攪拌流程,都必須比攪拌普通混凝土延長攪拌時間,以使外加劑等各種組分材料均勻分布,充分發揮作用,否則會使拌和物不均勻而影響質量。攪拌時間的長短也將影響到混凝土抗壓強度的穩定性。

6 高性能混凝土的澆筑和振搗

6.1 高性能混凝土澆筑

漯駐特大橋承臺完全是大體積混凝土,施工便道靠近承臺工作面,承臺的澆筑面大,施工相對容易。為了保證混凝土的均勻性和澆筑的經濟性,并提高澆筑效率,在承臺的澆筑過程中,采用在斜對角布置2個滑槽,并增設移動的轉角滑槽,保證能在澆筑面按照事先制定好的布料方案均勻布料,由中間向四周避免因布料不均而引起混凝土實體局部缺陷?；炷翝仓^程中應嚴格控制澆筑厚度,一次攤鋪厚度不宜大于500mm。

墩柱外觀的好壞是評定墩柱施工質量的一個重要項目,為了保證墩柱質量內實外美,在控制好混凝土質量的同時,澆筑工藝是一個很重要的過程控制。盡管高性能混凝土的工作性良好,不易發生離析,但在澆筑過程中,也必須嚴格控制混凝土的自由下落的高度不超過2m,以確?；炷敛话l生離散,保證混凝土的均勻性。

6.2 高性能混凝土振搗

高性能混凝土因流動性很高,易于流平和密實,故不需強力振搗,只需用低頻振搗器振搗,且可加大振點間距,縮短振搗時間?；炷翝仓凑找缶鶆虿己昧虾?用插入式振動器振搗,振搗時振搗棒與混凝土面垂直,操作時做到快插慢拔,上下抽動,差點均勻排列,逐點移動,按順序進行,不得遺漏,使混凝土達到均勻密實狀態。插入式振動器在每一插入點上振搗的時間,以混凝土水平面呈水平并出現水泥漿和不再出現氣泡為準。在振搗過程中禁止使用振搗器拖拉混凝土來找平混凝土面,這樣容易使混凝土發生嚴重離析。在振搗邊緣混凝土時,振搗器距模板距離以50～100 mm為宜,不可過振、不可距模板太近或振到模板。這樣可避免振搗過程因形成水壓梯度使得混凝土中心的水向模板方向富集,導致混凝土表面出現流砂、水紋和麻面等影響外觀質量的現象,同時混凝土實體表面水膠比增大強度降低,在混凝土硬化時發生失水收縮裂紋。

7 高性能混凝土的養護

由于高性能混凝土摻入了高效減水劑及大量的摻和料,混凝土的收縮控制變得尤為重要。

夏季施工,早期保水養護不足對混凝土強度發展和耐久性都有不利的影響。摻粉煤灰的混凝土比普通混凝土對溫度和濕度更加敏感。高性能混凝土由于水膠比很低,不僅需要保持內部水分不蒸發,還要從環境中補充水,否則會增加不可逆的自干燥收縮,引起開裂,影響強度和耐久性。所以高性能混凝土的水養護至關重要,尤其是在早期。振搗完成后及時用篷布、塑料布等對混凝土暴露面進行緊密覆蓋盡量減少暴露時間,防止水分蒸發。暴露面保護層混凝土初凝前,卷起覆蓋物,用抹子搓壓表面至少2遍,使之平整后再次覆蓋,此時注意覆蓋物不要直接接觸混凝土表面,直至混凝土終凝為止?；炷寥コ砻娓采w物或拆模后,對混凝土實體表面迅速進行覆蓋,灑水養護避免拆模后因表面失水,引起實體內部水分向外遷移從而影響其強度硬化。因此,混凝土拆模后立即用不間斷的潔凈水噴淋養護或用高分子混凝土養護膜全面包裹進行養護。

冬季溫度較低的季節施工時,混凝土養護期間采取保溫措施,防止混凝土表面溫度受環境影響(如暴曬、氣溫驟降等)而發生劇烈變化。養護期間,對結構構件進行溫度監控,定時測定混凝土芯部溫度、表面溫度以及環境氣溫、相對濕度、風速等參數。

根據混凝土溫度、環境參數變化情況及時調整養護制度,采取向預埋冷卻管通冷卻水或通過包裹墩身保溫等措施,嚴格控制混凝土的內外溫差,防止表面溫度驟降產生大的溫差,引起溫度裂縫。

8 高性能混凝土質量波動

原材料質量的變異、工藝的差別和操作的因素,必然會引起混凝土質量的波動。質量控制就是要控制這種波動。影響混凝土質量波動的諸因素中,有的可以改變,有的則不能。原材料來源穩定,有先進的工藝設施和高素質的操作人員,都可減小混凝土質量波動,但即使完全來自同一工廠的優質產品,其本身的質量特征值也會在一定范圍內波動。設備的誤差也不可避免。也就是說,即使沒有人為因素,產品質量的波動也會存在?？刂频煤玫幕炷临|量,波動幅度很小,反之,則波動很大。和許多其他產品一樣,混凝土的質量波動符合正態分布規律。

宏觀上,混凝土的質量波動分為以下3種。

(1)隨機性波動—隨機性波動是不可避免的,波動原因也是不可確定的。如果混凝土質量僅僅是隨機性變化,那么其質量將在質量平均值附近波動。加強混凝土生產過程的管理,隨機性波動的幅度將下降,即變異系數減小,標準差也減小。

(2)孤立性波動—孤立性變化是指單個質量點的突然上升或下降,其幅度明顯大于隨機性變化的幅度。一般來說,這類變化有可確定的原因。

(3)質量均值波動—這類波動有可確定的原因,同時也是質量控制技術需重點解決的變化形式。質量平均值發生變化的時刻稱為變化點。找到變化點的位置有助于分析質量發生變化的原因,從而為調整混凝土的配合比提供依據。

在漯駐特大橋的施工中,為了保證高性能的混凝土質量滿足設計及規范的要求,制定了嚴格的材料控制制度,從料源的選擇到材料的進場管理嚴格控制,責任到人?；炷恋纳a、施工工藝選擇及控制、混凝土的養護等各環節都提出了很高的要求,做到細化每一個細節,每一道工序都落實到人。保證各種制度及措施落實到實處,盡量減少混凝土質量受波動的因素,也保證了質量的可追溯性。最終檢驗結果反映出混凝土的強度偏差小,電通量、抗裂性等耐久性指標抽檢完全符合規范要求。

9 結語

通過加強對原材料的選擇及管理、優化配合比的設計、采用先進的拌和設備及生產管理、采用科學的施工工藝,使得高性能混凝土施工質量控制取得了良好的效果。漯駐特大橋施工完成的結構物質量狀況良好,樁基完整性檢測Ⅰ類樁比例達到99%,墩柱內實外美,得到了業主及監理的好評。

[1] 鐵建設[2005]160號,鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[S].

[2] TZ210—2005,鐵路混凝土工程施工技術指南[S].

[3] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[4] 周玉華,趙秀典,李 平.客運專線預制箱梁高性能混凝土質量控制技術[J].鐵道標準設計,2008(8):63-66.

[5] CECS207:2006,高性能混凝土應用技術規程[S].