港珠澳大橋清水混凝土施工足尺模型試驗研究

孔令磊，楊潤來，江憲權(quán)

港珠澳大橋清水混凝土施工足尺模型試驗研究

孔令磊，楊潤來，江憲權(quán)

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

為提升整體景觀效果，港珠澳大橋島上段隧道敞開段墻身、擋浪墻及島上房建采用清水混凝土工藝。由于清水混凝土在國內(nèi)應(yīng)用不多，缺乏施工經(jīng)驗，為確保施工品質(zhì)及工程目標(biāo)實現(xiàn)，針對清水混凝土施工技術(shù)及影響觀感的各環(huán)節(jié)，在現(xiàn)場開展系統(tǒng)的足尺模型試驗。通過系統(tǒng)試驗，掌握了施工過程中的各項參數(shù)，并形成量化指標(biāo)，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

港珠澳大橋；清水混凝土；足尺模型試驗

1 試驗概況

港珠澳大橋島隧工程西人工島擋浪墻采用C30素混凝土，敞開段墻身采用C45鋼筋混凝土，房屋建筑采用C50鋼筋混凝土。

由于清水混凝土施工過程中，對作業(yè)人員操作技能、模板加工及安裝質(zhì)量、拌合站計量精度、振搗棒選型、脫模劑種類及噴涂效果、混凝土工作性等各因素均反應(yīng)靈敏，在試驗開展前，對工人開展各類實操培訓(xùn)，對拌合站進(jìn)行二次計量率定，選配不同材質(zhì)模板板面，并依據(jù)實際施工過程對模板拼裝、脫模劑噴涂、混凝土工作性能等提前進(jìn)行預(yù)先模擬演練，確保同一批試驗?zāi)Ｐ退们逅炷涟韬衔锏闹苽洵h(huán)境、技術(shù)參數(shù)一致[1]。

2 試驗過程及結(jié)果分析

2.1 第一階段試驗

第一階段試驗在室內(nèi)試驗及前期現(xiàn)場驗證試驗基礎(chǔ)上，就表1中C45及C30共計4個配合比進(jìn)行驗證，其中C45配合比在1 m×1 m×4 m鋼筋混凝土立柱上進(jìn)行試驗，力求模擬敞開段墻身配筋及尺寸情況；擋浪墻為素混凝土結(jié)構(gòu)，為此采用3 m×1.2 m×1.1 m足尺模型予以驗證。具體變量如表2。優(yōu)選出表3所示施工參數(shù)。

表1 C45及C30配合比驗證及施工參數(shù)Table1 Verification ofMix ratio for concreteof C45 and C30 and parameters for construction kg/m3

表2 試驗變量設(shè)置Table2 Test variables

表3 第一階段清水混凝土優(yōu)選施工參數(shù)Table3 OptiMizing construction parameters for fair faced concreteat first stage

試驗過程中，出現(xiàn)了以下問題:1）分層印跡始終無法徹底消除，混凝土頂部易出現(xiàn)深色松頂。2）混凝土工作性能存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，間或出現(xiàn)坍落度損失或反彈現(xiàn)象，偶爾出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

2.2 第二階段試驗

經(jīng)分析，出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因主要在減水劑穩(wěn)定性及粉煤灰摻量兩項因素上。為此本階段設(shè)置試驗變量為不同品牌羧酸型高效減水劑及粉煤灰摻量。試驗前按要求在室內(nèi)檢驗混凝土外加劑的相容性[2]。如表4所示為分別采用2種不同類型減水劑的C30混凝土配合比，以及分別采用15 %、10%粉煤灰摻量C30混凝土配合比。

表4 第二階段試驗配合比Table4 Mix proportion for second stage test kg/m3

采用減水劑1試驗塊混凝土澆筑過程中存在泌水現(xiàn)象，拆模后表面泛堿，存在明顯色差。采用減水劑2混凝土澆筑過程中，混凝土工作性能相對優(yōu)秀，拆模后實體觀感總體較好。

進(jìn)行粉煤灰摻量試驗時，優(yōu)選減水劑2進(jìn)行混凝土拌制。兩種粉煤灰摻量配合比對混凝土觀感質(zhì)量影響差異較小，而通過加強(qiáng)二次振搗等工藝，減少泌水，對松頂及分層印跡有一定改善。

在此基礎(chǔ)上，引入膠材量為400 kg/m3配合比，考慮控裂需求，粉煤灰仍按照15%摻量。如表5所示，為C30混凝土400 kg/m3膠材配合比。

表5 C30混凝土400 kg/M3膠材混凝土配合比Table5 Mix proportion for concreteof C30 containing 400 kg/M3of ceMentitiousmaterialkg/m3

試驗結(jié)果表明，調(diào)整后的配合比，在采用原有施工參數(shù)前提下對改善混凝土觀感無明顯效果。

第二階段試驗結(jié)論:

1）C30清水混凝土配合比優(yōu)先采用380 kg/m3膠材用量，其中優(yōu)選穩(wěn)定性、保水性更加優(yōu)越的減水劑2做為外加劑；粉煤灰摻量15%、10%均能滿足觀感質(zhì)量要求，優(yōu)選15%粉煤灰摻量配比，以利于混凝土控裂。

2）C30擋浪墻混凝土坍落度應(yīng)嚴(yán)格控制在150~180mm。

3）混凝土振搗工藝:振搗棒距模板邊緣150 mm，插入下層混凝土深度至少120 mm，振搗棒間距不超過500 mm，振搗停留時間15 s，提棒速率35~50mm/s，總時間控制在30 s內(nèi)。

4）混凝土頂部采用二次振搗工藝減小松頂帶來的氣泡和色差:頂層第1次振搗完成后0.5 h，以相同的振搗技術(shù)參數(shù)進(jìn)行第2次振搗。

5）后期觀察，試驗塊在養(yǎng)護(hù)期過后，表面分層色差及頂部暗沉顏色趨于一致，色澤均勻度及觀感質(zhì)量有較大提升，整體觀感質(zhì)量較好。

2.3 第三階段試驗

在上述試驗基礎(chǔ)上，因外加劑及粉煤灰摻量、膠凝材料摻量均發(fā)生變化，為使配合比與外加劑具有更好的相容性，兼顧敞開段及房建結(jié)構(gòu)配筋特點及模板、清水混凝土效果縫、對拉螺桿孔設(shè)置，在現(xiàn)場采用8.2 m×1 m×1.6 m鋼筋混凝土足尺模型予以檢驗，其中房建C50混凝土配合比考慮按照20%、15%粉煤灰摻量兩種配合比予以驗證。如表6所示為室內(nèi)試驗調(diào)整后配合比。

表6 室內(nèi)試驗調(diào)整后配合比Table 6 Mix proportion after read justMentw ith laboratory testskg/m3

試驗結(jié)果表明采用塑料薄膜包裹方式養(yǎng)護(hù)，容易因塑料薄膜與混凝土貼合緊密程度不一而影響觀感。如圖1所示為清水混凝土效果條及對拉螺桿圓臺螺母孔成型效果。

圖1 清水混凝土效果條及對拉螺桿圓臺螺母孔成型實物Fig.1 Prototypeof stripes in concreteand pre-formed holes for a cone nut for braces

具體試驗結(jié)論如下:

1）C30、C45和C50的分層厚度宜控制在50 cm以下，在距模板邊角最近的下料點應(yīng)設(shè)置靠近模板邊角50 cm處，防止下料間隔過遠(yuǎn)造成膠凝材料擠壓至邊角處堆積。

2）C30、C45和C50頂層二次振搗時間間隔以頂層第1次振搗最后一棒完成為計時起點，1 h后按第1次振搗的順序和振搗參數(shù)進(jìn)行二次振搗。

3）C45配合比能滿足清水混凝土的要求，C50配合比2優(yōu)于配合比1，特密斯減水劑對改善混凝土工作性能起到積極作用。

4）脫模劑噴涂應(yīng)均勻一致，采用霧化噴涂設(shè)備噴涂完成后，以手擦拭不形成液槽為宜。

2.4 第四階段試驗

由于敞開段隧道側(cè)墻厚度近3 m，發(fā)生裂縫風(fēng)險較大。工程實踐表明，補(bǔ)償收縮混凝土具有優(yōu)異的抗裂防滲性能[3]。為此，在現(xiàn)場按照敞開段墻身配筋及約束條件下，試驗對摻用膨脹劑以及使用緩凝砂漿的控裂效果進(jìn)行測試。現(xiàn)場共澆筑4個8.2m×1.2m×1.6m試驗塊，試驗塊配筋參照敞開段側(cè)墻配筋，并在試驗塊內(nèi)預(yù)埋設(shè)應(yīng)變計和溫度傳感器定量觀測各試驗塊應(yīng)變及溫升情況。試驗前，首先澆筑4個厚度為0.3 m的底座，其中2個試驗塊在底座上部中間位置預(yù)留長8.0 m、寬1.0m、深10 cm的凹槽，以澆筑緩凝砂漿。

試驗用混凝土配合比膠凝材料用量為420 kg/m3，其中配比2內(nèi)摻6%的全熟料復(fù)合型膨脹劑。分別設(shè)置空白、摻膨脹劑、使用緩凝砂漿以及膨脹劑+緩凝砂漿2組試驗，如表7所列。

表7 試驗塊編號及試驗內(nèi)容Table7 Numbering of testb locksand scopeof testing

對本次試驗而言，摻加膨脹劑或在施工縫設(shè)置凹槽澆筑緩凝砂漿，補(bǔ)償混凝土收縮的效果較微弱，實際發(fā)揮控裂作用不明顯。試驗結(jié)論與室內(nèi)試驗結(jié)果存在一定的出入，主要原因分析為:

1）試驗塊尺寸龐大，水化熱溫升較高，最高達(dá)69℃，養(yǎng)護(hù)水分難以進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，混凝土芯部形成類似絕熱絕濕環(huán)境，膨脹劑水化環(huán)境發(fā)生很大變化，補(bǔ)償收縮作用削弱。

2）敞開段隧道墻身鋼筋配筋密集，約束作用與室內(nèi)試驗存在較大差異，在凹槽中先鋪緩凝砂漿易受后澆混凝土擾動，因此發(fā)揮作用不明顯。

鑒于本試驗控裂研究成效不明顯，且在施工時可操作性較差，為此，后續(xù)工程實際中從優(yōu)化循環(huán)冷卻水管降低溫峰及內(nèi)標(biāo)溫差著手，減小混凝土開裂風(fēng)險，此處不再詳述。

3 結(jié)語

通過系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)及現(xiàn)場開展的足尺模型試驗，全面深入地對清水混凝土施工過程中各環(huán)節(jié)及影響因素進(jìn)行了驗證，掌握了進(jìn)行清水混凝土施工的成套施工技術(shù)及操作要點。特別是混凝土配合比選配及施工參數(shù)的量化控制，為現(xiàn)場規(guī)范操作及清水混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)，也為后續(xù)類似工程提供了寶貴的借鑒價值[4]。目前，港珠澳大橋島隧工程西人工島敞開段隧道及擋浪墻清水混凝土已正常施工推進(jìn)，取得了較為理想的成果，達(dá)到了預(yù)期目的。

[1]JGJ169—2009，清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

JGJ 169—2009,Technical specification for fair-faced concrete construction[S].

[2]GB 506666—2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

GB 506666—2011,Code for construction of concrete structures[S].

[3]趙順增，劉立，游寶坤.補(bǔ)償收縮混凝土的基本性能[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2009（1）:52-64.

ZHAO Shun-zeng,LIU Li,YOU Bao-kun.Basic properties of compensation shrinkage concrete[J].Expansive Agents&Expansive Concrete,2009（1）:52-64.

[4]吳平，王聰，邵亮，等.東人工島擋浪墻墻身清水混凝土施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（11）:73-76.

WU Ping,WANGCong,SHAO Liang,etal.Construction technology for fair-faced concrete of protectionwall in eastartificial island [J].China Harbour Engineering,2015,35(11):73-76.

Full scaleModel experiment of fair-faced concrete construction for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

KONG Ling-lei,YANGRun-lai,JIANGXian-quan
（No.1 Engineering Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

In order to enhance the overall landscape effect,fair-faced concrete was used on tunnelwalls,wave walls and the buildingson theartificial islandsof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.As fair-faced concretewas notmuch used in China,the builders had no much experience in construction of the fair-faced concrete.In order to ensure the quality of concrete construction and the project goals,systematic full-scalemodel testing was carried out on site to assess and ascertain the technology for fair faced concrete construction and various links affecting the external appearance.Through the systematic full scalemodel tests,various parameters in the process of construction were achieved and transformed into quantitative indicators to guide the construction on site.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;fair-faced concrete;full-scalemodel test

U655.56

A

2095-7874（2016）07-0029-04

10.7640/zggw js201607009

2016-05-11

孔令磊（1978—），男，河北樂亭人，工程碩士，高級工程師，主任工程師，港口及航道工程專業(yè)。E-mail:527056218@qq.com