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智能+路桥工程混凝土调整实用技术-11
admin在2022-03-22发布 频道:行业资讯 标签:倪晓燕 王耀文 胡紫日
     
11 南沙港铁路钢管拱C50顶升混凝土的研究应用
11.1 工程概况
  新建广州南沙港铁路站前工程NSGZQ-3 标起止桩号为DK12+962.405~K28+744.260,正线长15.782km,总投资16.8124亿元。本标段范围均为西江特大桥150号墩(含)~565号墩(含),主要为桥梁下部结构及范围内桥梁特殊孔跨22联(19联连续梁、1孔现浇简支箱梁、一联主跨600m 斜拉桥、一联主跨230m 连续钢构拱等)施工,不含T梁预制及架设,标段内混凝土71万方。图11-1为工程概况图。
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图11-1 工程概况图
11.2 原材料
  (1)水泥:英"海螺水泥有限责任公司P·O42.5 (低碳)。
  (2)粉煤灰:绥中发电厂多种经营公司F类Ⅰ级。
  (3)硅灰:成都合锋新材料有限公司。
  (4)细骨料:肇庆西江河砂,中砂。
  (5)粗骨料:江门大泽白水带石场(5~10mm)。
  (6)减水剂:深圳市迈地外加剂有限公司,聚羧酸系。
  (7)水:经检验合格的饮用水(自来水)。
  (8)膨胀剂:湖南永利混凝土外加剂有限公司镁质高性能混凝土抗裂剂。
11.3 配合比设计
11.3.1 设计说明
  混凝土设计强度等级为C50,设计坍落度为200~260mm,混凝土含气量不应小于2.0%,56d电通量小于1000C,每立方混凝土中氯离子含量≤3.0kg,三氧化硫含量≤4.0%。为改善混凝土的工作性能,提高混凝土的耐久性,在混凝土中适量掺入粉煤灰、硅灰、聚羧酸高性能减水剂。
11.3.2 利用现场原材料设计C55混凝土配合比
1. 胶凝材料主要参数见表11-1
表11-1 胶凝材料主要参数
名称 水泥 粉煤灰 硅灰
强度(MPa) 53
密度(kg/m3  3100 2200 2700
需水量(比)  0.27 1.05 1
用量(kg)  441 70  29
2. 砂子主要技术参数见表11-2
表 11-2 砂子主要技术参数
名称 紧密堆积密度(kg/m3 含石率(%)  含水率(%)
指标 1820 8.6 5.7
3. 石子主要技术参数见表11-3
表11-3 石子主要技术参数
名称 空隙率(%) 表观密度(kg/m3 吸水率(%)
指标 36.5 2854  3.5
4. 胶凝材料标准稠度用水量的计算
WB=(441+70×1.05+29)×0.27=147kg
5. 胶凝材料拌和用水量
泌水系数MW=(441+70+29)/300-1=0.8
W1 =2/3×147+1/3×147×(1-0.8)=108kg
6. 胶凝材料浆体体积的计算
V浆体=441/3100+70/2200+29/2700+108/1000=0.292m3
7. 砂子用量及用水量
mS=1820×36.5%/(1-8.6%)=727kg
砂子用水量
W2=727×5.7%=41kg
8. 石子用量及用水量
mG= (1-0.365-0.292)×2854-727×8.6%=913kg
W3=913×3.5%=32kg
9. 预湿骨料用水量
W2+W3=41++33=74kg
C50混凝土配合比设计计算结果见表11-4。
表11-4 C50混凝土配合比(kg/m3
水泥 粉煤灰 硅灰 碎石 减水剂 膨胀剂
441 70 29 727 913 6.97 182 41
11.3.3 混凝土拌和物性能试验
  对以上配合比进行混凝土拌和物试验,经过大量的试验,混凝土配合比的拌和物性能见表11-5。
表11-5 C50钢管拱等混凝土拌和物性能结果
坍落度(mm) 泌水率(%) 表观密度(kg/m3 含气率(%) 凝结时间
初始 1h后 初凝 终凝
255 250 0 2420 2.3 11h35min 14h25min
  根据混凝土拌和物性能试验结果,配合比的拌和物性能满足要求。
  坍落度测定与工作性调整:按上述材料称量搅拌后经和易性及坍落度测定,工作性能良好,坍落度测定255mm,满足施工要求。
11.3.4 混凝土力学性能试验
  按照上述配合比成型的混凝土试件经过标准的养护龄期后,试验结果见表11-6。
表11-6 C50垫石、梁体、索塔、墩身等混凝土力学性能试验结果
抗压强度(MPa) 弹性模量(GPa)
3d 7d 28d 3d 7d 28d
39.4 52.2 61.5 28.7 36.5 39.8
  根据上述混凝土配合比的工作性能,进行综合分析混凝土力学性能试验,继续进行耐久性试验。
11.3.5 混凝土耐久性试验
  根据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424—2018, 《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005—2010的要求及《铁路混凝土》TB/T3275—2018的要求规定,C50钢管拱等混凝土的电通量小于1000C。该选定配合比实测龄期56d电通量797C,满足规范要求。
11.3.6 混凝土中碱含量、氯离子及三氧化硫含量
  混凝土碱含量包括水泥、矿物掺和料、外加剂及水的碱含量之和。其中,矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱计算,粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6,矿渣粉的可溶性碱量取矿渣碱量的1/2,硅灰的可溶性碱量取硅灰碱量的1/2。当设计年限为100年时潮湿环境下混凝土最大碱含量不应超过3.0kg/m3。钢筋混凝土中由水泥、矿物掺和料、骨料、外加剂和拌和用水等引入的氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.06%,混凝土中三氧化硫含量不应超过胶凝材料总量的4.0%。
11.3.7 混凝土泵损产生的原因及预防措施
1. 混凝土泵损产生的原因主要包括四个方面
  (1)砂石骨料吸水引起的泵损。由于砂石骨料含有一定的孔隙,同时含有一定的细粉,在混凝土搅拌的过程中,由于搅拌叶片快速旋转,配制混凝土的浆体在搅拌机中由于离心力的作用浆体非常均匀,混凝土拌和物在进入泵斗时,浆体包裹在砂石骨料表面,流动性非常好,由于混凝土拌和物处于无外力状态,水分无法快速进入砂石骨料中较小的孔隙。当进行泵送施工时,混凝土拌和物进入泵管,由于泵管是封闭的,混凝土拌和物在泵送压力下前进,受到很大的外力挤压,这时混凝土拌和物中的游离水分在外力作用下挤进了砂石骨料的孔隙,导致混凝土拌和物中水分的缺失,变干了,在混凝土泵管出口看到的混凝土拌和物失去了流动性,形成了泵损。造成这种问题的核心原因是砂石骨料太干,孔隙较多,吸水率较高。
  (2)胶凝材料化学反应引起的泵损。在现实环境中,配制的混凝土拌和物工作性良好,在泵送的过程中,由于泵压的作用,混凝土拌和物中失去部分水分,使胶凝材料浆体内部各组分接触更加紧密,同时由于黏度变大导致混凝土拌和物在泵管中流动的阻力变大,摩擦生热,加速了胶凝材料的水化反应进程,部分水分和胶凝材料提前水化,使混凝土拌和物失去流动性,表现为泵损。胶凝材料发生化学反应和浆体温度的提高是产生这个问题的关键。
  (3)泵送过程泵的排量过小引起的泵损。在混凝土拌和物泵送施工过程中,许多操作工人喜欢将排量开到30%~40%,这时混凝土拌和物在泵管中没有充满输送管,泵管中存在一定量的空气,在泵送过程中,泵管是封闭的,由于泵压的作用,管中的空气受到巨大的冲力,朝一个方向运动,带走了砂石骨料表面的浆体,同时在浆体与砂石骨料分离的界面形成负压,使砂石骨料表面的水分快速蒸发,最终在泵管出口看到的混凝土拌和物失去了流动性,出现石子和浆体分离,石子完全没有浆体的情况。如果在泵送过程中将排量开到60%~70%,在泵送过程中泵管中充满了匀质性的混凝土拌和物,泵送过程中混凝土拌和物在泵的推动压力下前进,摩擦阻力很小,没有水分蒸发和浆骨分离现象,就不会出现泵损。
  (4)施工现场管路配合因素。由于受到现场环境制约,有相当一部分混凝土泵送施工管路的布排不合理,接头和弯管过多,管路漏气,导致管路阻力过大,引起混凝土拌和物失水和摩擦生热,影响泵送效率,导致混凝土拌和物失去工作性,形成泵损。
2. 解决泵损问题的思路和方法
  (1)针对砂石骨料在压力作用下吸水引起的泵损问题,主要通过预湿骨料,使砂石骨料吸饱水分,实现在混凝土拌和物泵送过程中不再吸水解决泵损问题。
  (2)针对胶凝材料化学反应引起的泵损,通过在外加剂中添加缓释性母液保坍补偿由于时间原因引起的坍落度损失,通过添加缓凝剂延缓胶凝材料化学反应保持混凝土拌和物的状态,从而解决泵损问题。
  (3)针对操作引起的泵损主要通过增加泵送排量,排除混凝土输送管道内部气体,实现满管泵送,预防混凝土拌和物在泵管内因为水分蒸发和浆骨分离,从而解决泵损问题。
  (4)针对现场施工和布管不合理引起的泵损问题,主要通过减少连接弯头,增加气密性,实现连续泵送施工解决。
  为此,在现场进行了试验,情况小结:在拌和站试生产了4立方米混凝土,测量了出机坍落度和扩展度,用罐车慢转3h后测量了坍落度和扩展度,外加剂使用的是减水性母液和保坍性母液复配的产品,掺量1.1%,通过生产试验看,混凝土拌和物保坍效果较好,能够实现一次泵送后坍落度和扩展度满足二次泵送的条件,但装入接料小车的混凝土拌和物有轻微离析,出现少量浆体上浮现象。
3. 施工前建议
  为了解决由于环境温度、湿度、砂子级配和含泥量的微量变化对混凝土工作性的影响,在正式施工前,提前2h用拌和站的原材料试拌一车混凝土进行转罐试验,然后在现场用地泵将这车混凝土打入另一个罐车进行模拟试验,观察泵送后能够满管流出,坍落度和扩展度在泵出后仍然能够保持不变或者可以继续泵送就行。
11.4 工程应用
11.4.1 施工现场
  施工现场如图11-2所示。
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图11-2 施工现场
11.4.2 拌和物性能
  在混凝土生产过程中,随机地抽取机车,观察在运输与施工过程中混凝土拌和物坍落度及其损失值,并对含气量进行检测,检测结果见表11-7。
表11-7 混凝土拌和物性能数据
混凝土强度等级 坍落度(mm) 扩展度(mm) 含气率(%)
0 30min 1h 2h
C50 255 255 250 245 550 2.3
11.5 总结
  C50钢管拱等混凝土在广州南沙港铁路项目中大范围使用,由于合理地使用胶凝材料和外加剂掺量,使得混凝土运输车运送到施工现场时,坍落度损失极小,工作性能良好,不离析,不泌水,黏聚性好,在泵送过程中基本没有堵泵现象,易于泵送,得到了监理及建设单位的一致好评。本次工程应用常规原材料、合理的配合比,实现了混凝土生产成本的下降和工作性能的提高,取得良好的效果。
  作者:倪晓燕 王耀文 胡紫日
信息来源:混凝土视频网 
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