高速铁路耐久性混凝土的配制与施工.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 6期 (总 第 2 7 2 期 ) Nu mb e r 6 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 RE ADY M D r E D C0NCRET E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 6 0 3 2 高速铁路耐久性混凝土的配制与施工 付兆 岗 ( 中铁十八局集团有限公 司 科研设计 院,天津 3 0 0 2 2 2 ) 摘要: 通过对高性能混凝土的试验研究, 结合京津城际铁路客运专线混凝土材料的选择、 配合比的
2、设计以及施工工艺的控制 , 系统的 阐述了高性能混凝土配合比设计要点和注意事项, 以及施工中混凝土质量缺陷的消除, 对同类工程颇具参考价值。 关键词 : 铁路 ;混凝土 ;施工 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 1 0 5 0 6 P r epa r a t i on of hi gh- s pee d r a i l wa y a nd c ons t r u c t i on o f dur a bl e c onc r e t e FU Zh a o - g a n g ( C
3、h i n a R a i l wa y 1 8 t hBu r e a u( G r o u p ) S c i e n t i fi c Re s e a r c h a n dDe s i g nI n s t i t u t e , T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Au t h o r s o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e r e s e a r c h wi th the b e ij i n g t i a n j i n i n t e
4、 r - c i t y r a i l p a s s e n g e r l i n e o f c o n c r e t e ma t e r i a l s e l e c t i o n , mi x d e s i g n, an d c o n s t r u c t i o n p r o c e s s t o c o n t r o 1 S y s t e ma t i c e x p o s i t i o n o fa h i g h - p e r f o r man c e c o n c r e t e mi x d e s i gn f e a t u r e
5、 s an d c o n s i d e r a t i o n s And q u a l i ty o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o j a o f s i mi l ar p r o j e c t s t o e l i mi n e d e f e c t s c o n s i d e r a b l e r e f e r e n c e v a l u e Ke y wor ds : r a i l wa y; c o n c r e t e ; c o ns t r u c t i o n 1 高性能混凝土 国内外现状与展
6、望 1 1 高性 能混 凝土 的涵 义 高性能混凝土一词是从英文( Hi g h P e r f o r ma n c e C o n c r e t e , HP C) 翻译过来的, 是近年来一些发达国家基于混凝土结构耐 久性设计提出的新概念的混凝土。 区别于传统混凝土, 高性能混 凝土把混凝土结构的耐久性作为首要的技术批标 , 目的在于通 过对混凝土材料硬化前后各种性能的改善 , 提高混凝土结构的 耐久性和可靠性。 1 2 国外高性能混凝 土的发展情 况与 国内高性 能混 凝 土 的现状 由于高性能 的混凝土密实性能好 , 变形小 , 抗渗 、 抗冻性能 和耐侵蚀能力均优于普通混凝土, 使
7、用寿命长。 因此 , 建造经久 耐用的工程必须用高性能混凝土。 国外已有很多应用实例 , 如 2 0世纪 9 0年代, 美国、 加拿大、 日本、 挪威 、 前苏联各国、 德国、 澳大利亚等, 成为应用最多的国家。 近几年我国也开始研究和 应用高性能混凝土 , 最早是上海南浦大桥配制 C 4 0混凝土泵送 高达 1 5 4 m的工程, 以及杭州湾大桥和现正在建的铁路客运专 线铁路工程施工的混凝土都按 1 0 0年使用年限设计的高性能 混凝土。 2 高性 能混凝 土的配制 配制高性能混凝土 , 从原材料上, 除了常规的水泥、 砂 、 石 和水这四种材料外, 必需使用化学外加剂和矿物细掺料, 一共
8、是六种必不可少的材料 , 而且后两种可 以是 一种也 可 以是多种 复合, 这在选材上就要求与水泥具有 良好的相容性 , 多种的外 收稿 日期:2 0 1 1 - 1 2 1 1 加剂之间( 或细掺料之间) 要求合理匹配, 使具有黄金搭配 , 叠 加效应的效果 , 增加了选材的复杂性; 从配合比上 , 为了适应高 耐久、 高强的要求 , 使用的是低用水量( 根据经验初步确定外加剂与细掺料的掺量, 通过流动 性的试验调整 , 和抗裂性的对比试验确定基准配合比, ( 3 ) 再经过强度与耐久性试验调整 , 确定实验室理论配合 比, 最后通过含水率的换算确定施工配合比。 2 2 3 配制的三大技术关
9、键 在配合比设计过程中2次试验调整是很重要的两个阶段, 要解决好两次试验调整, 必需掌握 3大技术关键。 ( 1 ) 合理使用各种外加剂的技术, 包括外加剂的选用, 各种 外加剂间的复合 , 9 t, J J n 剂的最佳掺量 , 如何达到与水泥间的相 容性良好, 混凝土坍落度经时损失小的要求。 ( 2 ) 合理使用掺合料的技术, 包括掺合料的选用, 各种掺合 料间的复合, 掺合料的掺量 , 可选确定不同的方案, 通过流动 性, 抗裂性, 强度与耐久性对比试验, 进行优选。 ( 3 ) 卓有成效地控制混凝土开裂和防裂的技术 , 包括原材 料选用, 水化热控制 , 配合比参数( 水胶比, 用水量
10、) 的控制 , 施 工中温度的控制, 养护措施的保证等。 2 3 配制高性能混凝土时粉煤灰掺入量选择 ( 1 ) 为了提高混凝土的耐久性, 改善混凝土的施工性能和 抗裂性能, 混凝土中应适量掺加优质粉煤灰、 磨细矿渣粉或硅 灰等矿物掺合料。 不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土的性能 通过试验确定。 一般情况下 , 矿物掺合料的掺量不宜小于胶凝材 料总量的 2 0 。 当混凝土中粉煤灰掺量大于 3 0 时, 混凝土的水 胶比不宜大于0 4 5 。 预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝 土的粉煤灰的掺量不宜大于 3 0 。 ( 2 ) C 3 0 及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于 4 0 0 k
11、g m , C 3 5 , - -C 4 0 混凝土不宜高于4 5 0 k r n 3 , C 5 0 及以上混凝土不宜高 于 5 0 0 k g m 。 ( 3 ) 不同环境条件下钢筋混凝土及预应力混凝土结构的混 凝土的水胶比、 胶凝材料用量应足规范的规定。 ( 4 ) 当化学侵蚀介质为硫酸盐时, 除了配合比参数应满足 规范的规定外 , 且胶凝材料 的抗蚀系数 K应小于 0 8 0 。 2 4 高性能混凝土配合 比设计步骤 2 4 1 试配强度的确定 高性能混凝土试配强度必须超过设计要求的强度标准值 以满足强度保证率的需要 , 其超出的数值应根据混凝土强度标 准差而定 。 混凝土配制强度按下
12、式计算: 厶, 0 , k + 1 6 4 5 o 【 2 ) 式中i 。 混凝土试配强度, MP a ; , 混凝土立方体抗压强度标准值, M P a ; 混凝土强度标准差 , q P a 。 不小于 C 5 0级时 , 取 6 , 其余取 5 。 2 4 2 水胶比( 或水灰比) 低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一, 它关系到能够 保证混凝土的密实度, 防止含腐蚀性气体渗入 , 从而达到耐久 性。 混凝土强度仍与水胶比及使用的水泥强度成线性关系 , 仍 然符合保罗米公式理论, 只是因掺加的磨细掺合料改善了胶凝 材料的级配, 混凝土内密实, 胶结强度提高。 根据混凝土所处的 环境条件 ,
13、将计算得出的结果与规范规定比较, 计算值如小于 规定值时, 取计算值, 如大于规定值则取规定值进行下步计算。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m W C o = 盘t : ( 3 ) , 4。 日 ,g yc WI C o 盘 ( 4 ) A B k 式中: 计算得的基准水灰比; A、 曰分别为系数, A取 0 4 6 , 曰取 0 0 7 ; 水泥强度等级值 , MP a ; 水泥强度等级值的富余系数, 按实际统计资料确定; 水泥 2 8 d 抗压强度实测值, MP a ; f 2 4 3 单位用水量 ( 1 ) 在和易性允许的条件下 , 混凝土的单位用水量应尽可
14、 能小。 高性能混凝土最主要的还是考虑高效减水剂的质量和用 量以及掺合料的关系。 ( 2 ) 掺减水剂混凝土单位用水量 : m = m ( 1 8 ) ( 5 ) 2 4 4 单位胶凝材料用量 : ( 6 ) W Co 水泥用量: m ( 1 一 ) ( 7 ) 粉煤灰用量: m K ( 8 ) 式中: 计算的基准水泥用量 , k g ; 粉煤灰掺量, ; 粉煤灰超量系数; m 立方米混凝土中水泥用量, k g ; m F 立方米混凝土中粉煤灰用量, 。 2 4 5 初步砂率 S 根据混凝土不同使用部位 , 泵送混凝土灌筑按 3 4 3 8 , 水下灌注混凝土按 4 0 - 4 5 选用。 3
15、 4 6 胶浆量 即水泥与掺合料加水和含气量的体积。 J= + + m ( 9 ) pc PF 式中符号意义同上。 2 4 7 初算骨料用量 ( S + G) = ( 1 0 0 0 一 V , ) s S p + p 。 ( 1 - S P ) 】 ( 1 0 ) s = ( S 十 G) S ( 1 1 ) G = ( S + G) ( 1 - ) ( 1 2 ) 2 4 8 求出掺粉煤灰后, 水泥和粉煤灰总量超出计算基准胶材 量 G n 的体积 V : + 一 ( 1 3 ) Pc pF P c 式中: p c p 水泥和粉煤灰的密度。 2 4 9 计算掺粉煤灰后胶材体积超出基准胶材体积
16、时的应用 砂量 : r mS - V r p 。 ( 1 4) 2 4 1 0 计算掺粉煤灰后混凝土的实际砂率 S p : S v = S 一 m s- V F p s ( 1 5 ) S ( 1 6 ) m +m o 式中: 胶浆体积; P s , P 。 分 别为砂、 石表观密度。 2 4 1 1 配合 比 ( 水泥 +粉煤灰) : 砂: 石: 水 = ( m c + m F ) : m 。 : m G : m 2 5 高性能混凝土配合比试验结果 京津城际C 5 0 级高性能混凝土试验配合比、 材料用量及混 凝土物理眭能试验结果, 见表 1 3 。 表 1 C 5 0级混凝土试验配合比材料
17、用量表 配合比 表观密度 坍落度 泌水率 含气量凝结时间 ra i n 编号 ( k g m ) mm 初凝 终凝 表 3 C5 0级混凝 土物理性 能试验结果表 3 高性能混凝土施工 高性能混凝土要求密实性能好, 变形小 , 抗渗、 抗冻性能和 耐侵蚀能力均优于普通混凝土。 混凝土施工要对整个工艺进行 全面控制 , 包括模板的选用与支立、 各种原材料品质 、 配制量、 拌合、 灌筑、 捣固、 养生等工艺要有个控制范围, 使浇筑的混凝 土尺寸准确 、 棱角分明、 表面平整光滑、 颜色一致 、 强度符合设 计要求、 内部密实不渗水。 3 1 模 板 ( 1 ) 选用表面平整、 光洁度好的钢制模板
18、或有加固系统的 】 O7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 涂胶板。 模板支承系统 , 在计算荷载作用下, 按受力程序分别进 行验算 , 确保其强度、 整体刚度和稳定性, 安装时接缝要严密不 漏浆。 对于塑性混凝土 ,模板支承力与混凝土灌筑方法及混凝 土的初凝时间有关, 见式( 1 7 ) 所示: 8 = 9 8 l in g K ( 1 7 ) 式中: 6 混凝土灌筑后初凝前对模板产生的压力, k N; K不同的灌筑方法对模板的冲击系数: 输送泵灌筑 1 0 , 吊斗灌筑取 1 1 1 _ 3 ( 视混凝土落差高度不同) ; m 混凝土灌筑初凝前累计灌人模板内的
19、混凝土量。 按式( 1 8 ) 计算: 4 0 f 吾 ) 式中: 混凝土体积宽, m; 每层灌筑混凝土厚, m; t 、 t 2 分 别为混凝土初凝时间和每层混凝土灌筑时间, mi n o ( 2 ) 模板隔离剂 , 可选用隔离剂, 也可用工业油类在现场自 配。 混凝土模板隔离剂品种繁多, 最常用的有乳化机油类隔离 剂和甲基硅树酯类隔离剂。 乳化机油模板隔离剂产品很稠, 使 用时用水冲淡 , 用于钢模时 1 份乳化剂加 5 份清水, 搅均后喷 涂。 该产品脱模容易, 便于涂刷 , 制品表面光滑 , 使用时注意钢 筋不要黏油。 甲基硅树酯模板隔离剂是用甲基硅树酯加固化剂 和适量的稀释剂配制而成
20、 , 该产品涂于模板表面坚硬光滑 , 涂 一 层可重复使用 4 6次, 但产品价格较高, 适用于不受碰撞的 衬砌台车, 小模板由于多是人工拆模, 易碰坏板面, 故一般不采 用。 在现场 自配混凝土模板隔离剂, 可用机油 1 份加柴油 3份 混合搅拌均匀后, 用布蘸本剂擦于模板即可, 效果同于乳化机 油模板隔离剂。 模板涂抹隔离剂前 , 应将模板面的圬物清除干 净再涂刷隔离剂。 3 2 混凝土施工配料拌合 ( 1 ) 配料 : 配料时计量设备在使用前应进行校核, 按配合比 配料的允许误差( 以质量计) 不超过规范的规定。 ( 2 ) 拌和: 混凝土拌和应均匀 , 每盘最短拌和时间应符合规 范要求
21、。 3 3 混凝土的灌筑与捣 固 3 3 1 混凝土灌筑 ( 1 ) 搅拌站距离灌筑地点尽量近一些, 避免长距离运输混 凝土坍落度损失大。 如用输送泵灌筑混凝土, _台输送泵应配两 台以上输送车, 保证混凝土连续泵送。 ( 2 ) 混凝土灌筑布料应均匀, 按每灌筑 3 0 c m厚度捣固 1 次, 灌筑时应有专用的布料工具整平 昆 凝土后再振捣。 3 3 2 混凝土捣固 混凝土振捣采用模内插入式振捣器 , 振捣器距模板 2 0 c m 左右, 垂直决速插入混凝土内, 每在一个位置上的振动时间, 应 保证混凝土获得足够的密实度, 并要注意不要振动过度 , 防止 混凝土表面出现砂面。 振捣器拔出混
22、凝土时速度要慢, 保证振动 棒周围的空气能够跟随振动棒引出。 每层混凝土振捣过后要用捣固铲沿模板插边, 将模边滞留 的气泡排出。 3 3 - 3 混凝土养护 ( 1 ) 混凝土浇筑完毕并初凝后 , 应尽快加以复盖保湿, 保持 混凝土表面湿润, 混凝土保湿养护 日期不少于 2 1 d 。 ( 2 ) 混凝土养护也可在浇筑完毕并初凝后喷洒或涂刷养护 】 08 剂进行养护。 或包裹塑料布( 其内事先浇淡水使之形成蒸气) 密 闭养护。 3 3 4 混凝士拆模 混凝土灌筑后的拆模时间, 由技术人员根据混凝土达到拆 模强度掌握, 按 混凝土及钢筋混凝土施工验收规范 执行。 3 4 混凝土质量控制和检查(
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