自密實(shí)混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用

李冠東

傳統(tǒng)混凝土澆筑過程中一般采用人工進(jìn)行振搗,當(dāng)遇到結(jié)構(gòu)配筋中有大量的普通鋼筋時(shí),給混凝土振搗帶來很大不便,難以達(dá)到振搗效果。而自密實(shí)混凝土施工,混凝土不需振搗,投入人工、機(jī)具少,施工周期短,操作方法簡單,混凝土施工質(zhì)量容易保證。

1 工程概況

2007年由中鐵三局六公司承建的太原市長風(fēng)橋立交改造工程東側(cè)立交工程,南北兩座匝道橋梁全部采用非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì),梁體中配置大量的普通鋼筋,箱梁內(nèi)模施工完成后形成許多盲區(qū),給混凝土灌注施工帶來很大的困難;同時(shí)工期要求緊,箱梁混凝土澆筑幾乎采用平行施工,需投入大量的人力、機(jī)具才能滿足施工需求。綜合考慮后,決定采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行箱梁混凝土施工。通過該工藝施工后全部梁體內(nèi)實(shí)外美,得到建設(shè)單位、監(jiān)理單位的一致好評。

2 自密實(shí)混凝土工作機(jī)理

根據(jù)公式τ=τ0+η?Y(賓漢姆工程),在外力作用下混凝土拌合物內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力τ不小于阻止塑性變形能力即屈服剪應(yīng)力τ0時(shí),混凝土開始流動(dòng);η為混凝土拌合物內(nèi)部阻止其流動(dòng)的一種性能,稱為塑性粘度;τ0,η為反映混凝土拌合物工作性能的兩個(gè)主要流變參數(shù)。屈服剪應(yīng)力τ0和塑性粘度η既是混凝土開始流動(dòng)的前提,又是不離析的條件。制備自密實(shí)混凝土的原理是通過骨料、外加劑、膠凝材料和細(xì)摻劑的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì),使τ0減小到適宜范圍,同時(shí)又具有足夠的塑性粘度,使骨料懸浮于水泥漿中,不出現(xiàn)離析和泌水問題,能自由流淌,充分填充模型內(nèi)的空間,形成密實(shí)且均勻的結(jié)構(gòu),此外,混凝土拌合物的漿固比和砂率值對工作性能也有很大影響。

3 自密實(shí)混凝土施工工藝

3.1 自密實(shí)混凝土的配合比優(yōu)化

3.1.1 優(yōu)化原材料

1)骨料和水泥。為了保證自密實(shí)混凝土具有較好的流態(tài),粗骨料要求質(zhì)地堅(jiān)硬、表面圓滑、針片狀含量盡可能低,并控制最大粒徑為16 mm～20 mm,細(xì)骨料宜選用形狀光滑、細(xì)度模數(shù)控制在2.4～2.8之間級配良好的中砂或中粗砂;配制自密實(shí)混凝土的水泥品種和標(biāo)號,根據(jù)強(qiáng)度和耐久性能要求選擇。2)優(yōu)質(zhì)摻合料的使用。優(yōu)質(zhì)粉煤灰是目前常用的活性摻合料,通過其形態(tài)效應(yīng)、界面效應(yīng)、減水效應(yīng),改善混凝土拌合物的和易性,提高自密實(shí)混凝土的流變性能和抗離析性能。3)外加劑的選用。自密實(shí)混凝土對外加劑有較強(qiáng)的依賴性。依靠復(fù)合高效減水劑,對混凝土的流動(dòng)性能有極大的改善。目前研制成功的第三代聚羧酸鹽類高效減水劑具有極強(qiáng)的減水性能,減水率高達(dá)40%以上,并能夠極大地改善自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能,同時(shí)具有超強(qiáng)的粘聚性能和自密實(shí)性能,還具有良好的工作性能保持能力,有利于提高自密實(shí)混凝土的早期強(qiáng)度和改善自密實(shí)混凝土的抗收縮性能。

3.1.2 配合比優(yōu)化

1)水膠比。配制自密實(shí)混凝土?xí)r須嚴(yán)格限制水膠比值,通過使用摻合料和高效減水劑來改善其流動(dòng)性能,自密實(shí)混凝土的水膠比應(yīng)嚴(yán)格控制在0.4以下。2)優(yōu)化砂率。在保證自密實(shí)混凝土流動(dòng)性指標(biāo)的同時(shí),應(yīng)盡量降低砂率值,使其具有較好的抗變形能力,即較高的彈性模量指標(biāo)。自密實(shí)混凝土的砂率一般宜控制在40%～45%之間。3)優(yōu)化骨料級配。骨料參數(shù)對自密實(shí)混凝土工作性能的影響是不言而喻的,在配制自密實(shí)混凝土?xí)r,必須對骨料級配進(jìn)行優(yōu)化。4)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度。自密實(shí)混凝土的配制強(qiáng)度仍以28 d抗壓強(qiáng)度 R作為其設(shè)計(jì)強(qiáng)度的控制指標(biāo),但由于自密實(shí)混凝土中摻加了高效減水劑和優(yōu)質(zhì)摻合料,故其設(shè)計(jì)強(qiáng)度無法與普通混凝土一樣建立經(jīng)驗(yàn)公式,必須考慮外加劑和摻合料的影響。對于使用不同品種高效減水劑的自密實(shí)混凝土,當(dāng)采用與普通混凝土相同的配合比時(shí),其28 d抗壓強(qiáng)度一般可提高8%～20%,但由于摻加了大量摻合料,其早期強(qiáng)度較低,施工時(shí)需充分考慮這一特征。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 自密實(shí)混凝土的攪拌要點(diǎn)

1)攪拌時(shí)每盤計(jì)量允許偏差不超過2%。2)準(zhǔn)確控制拌和用水量,仔細(xì)測定砂石中的含水率,每工作班測兩次。3)投料順序:投入粗骨料、細(xì)骨料、噴淋加水 W1、水泥、摻合料、剩余水 W2,攪拌30 s后加入高效減水劑,攪拌90 s后出料。

3.2.2 自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸要點(diǎn)

1)罐車裝入混凝土前應(yīng)仔細(xì)檢查并排除車內(nèi)殘存的刷車水。2)自密實(shí)混凝土的運(yùn)送及卸料時(shí)間控制在2 h以內(nèi),以保證自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性。

3.2.3 自密實(shí)混凝土的澆筑要點(diǎn)

1)檢查模板接縫不得有大于1.5 mm的縫隙。2)泵管使用前用水沖凈,并用同配比堿石砂漿沖潤泵管,以利于垂直運(yùn)輸。3)卸料前罐車高速旋罐90 s左右,再卸入混凝土輸送泵,由于觸變作用可使混凝土處于最佳的工作狀態(tài),有利于混凝土自密實(shí)成型。4)保持連續(xù)泵送,必要時(shí)降低泵送速度。5)自密實(shí)混凝土澆筑時(shí),盡量減少泵送過程對混凝土高流動(dòng)性的影響,使其和易性能不變。6)澆筑過程中設(shè)置專門的專業(yè)技術(shù)人員在施工現(xiàn)場值班,確保混凝土質(zhì)量均勻穩(wěn)定,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。7)澆筑時(shí)在澆筑范圍內(nèi)盡可能減少澆筑分層(分層厚度為1 m),使混凝土的重力作用得以充分發(fā)揮,并盡量不破壞混凝土的整體粘聚性。8)使用鋼筋插棍進(jìn)行插搗,并用錘子敲擊模板,起到輔助流動(dòng)和輔助密實(shí)的作用。9)自密實(shí)混凝土澆筑至設(shè)計(jì)高度后可停止?jié)仓?20 min后再檢查混凝土標(biāo)高,如標(biāo)高略低進(jìn)行復(fù)澆,以保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 自密實(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

1)自密實(shí)混凝土澆筑完畢后,梁面采用無紡布進(jìn)行覆蓋,柱面采用雙層塑料包裹,以防止水分散失,終凝后立即灑水養(yǎng)護(hù),不間斷保持濕潤狀態(tài)。2)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d,混凝土表面與內(nèi)部溫差小于25℃。

4 技術(shù)特點(diǎn)

1)根據(jù)流變理論,通過對骨料、外加劑、膠凝材料等組分的合理選擇與配合比優(yōu)化,可使混凝土在骨料自重下不用振搗自行密實(shí),有良好的工作性能。硬化的自密實(shí)混凝土具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。2)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制應(yīng)保證原材料的質(zhì)量及骨料的精度。混凝土入泵前必須確保坍落度在250 mm～270 mm,擴(kuò)散度不小于600 mm。3)自密實(shí)混凝土技術(shù)在一些特殊工程、特殊條件下可發(fā)揮普通混凝土不可替代的作用,在普通混凝土結(jié)構(gòu)中也可大量應(yīng)用。4)自密實(shí)混凝土無需振搗,只需少量的人工機(jī)具配合。5)能保證安全質(zhì)量;施工速度快,施工方法簡單,易于施工人員掌握;工作面施工人員配置少;機(jī)械配置程度要求不高。

5 綜合效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)分析

1)自密實(shí)混凝土增加了粉煤灰用量,外加劑費(fèi)用也比普通泵送混凝土略高,但水泥用量減少了,經(jīng)測算兩者在材料成本上基本持平。2)自密實(shí)混凝土節(jié)省了振搗設(shè)備,減少了機(jī)械費(fèi)用、電能費(fèi)用及人工費(fèi)用。3)自密實(shí)混凝土在城市市區(qū)和居民住宅中可以連續(xù)施工,縮短工程建設(shè)周期。4)采用自密實(shí)混凝土,初步測算每立方米混凝土節(jié)約約為20元,全國每年使用20億m3混凝土,若大量采用該技術(shù),每年節(jié)約資金非常可觀。

5.2 環(huán)境評價(jià)

1)本項(xiàng)目所采用的原材料均為無毒品,生產(chǎn)過程中沒有“三廢”產(chǎn)生,不會形成污染源。2)摻合料可以大量使用經(jīng)處理的高爐礦渣、電廠粉煤灰等活性材料,有利于環(huán)境保護(hù)。3)自密實(shí)混凝土免振搗,減少了施工噪聲污染,有利于改善居住生活環(huán)境。

5.3 社會評價(jià)

1)建設(shè)部在 2005年2月下達(dá)的26號文件《關(guān)于進(jìn)一步做好建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)推廣應(yīng)用的通知》中,將推廣“自密實(shí)混凝土技術(shù)”放在了顯著位置,可見國家對此項(xiàng)技術(shù)的重視。

2)由于免振搗,極大地降低了振搗施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,簡化了施工工藝并提高了施工質(zhì)量,是混凝土施工技術(shù)繼人工振搗密實(shí)改為多頻振搗為主的機(jī)械振搗后的又一大進(jìn)步。

[1]呂春偉,廖華平,汪秀石.干拌自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].山西建筑,2008,34(27):198-199.