关于特大桥混凝土质量系统控制的思考.pdf

2 4 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 71 9 1 0 7 2 0 1 2 1 2 0 2 4 重庆建筑 Ch o n g q i n g Ar c h i t e c t u r e 关于特大桥混凝土质量系统控制的思考 O n S y s t e ma t i c C o n t r o l o v e r C o n c r e t e Q u a l i t y o f G r a n d B ri d g e 王俊如， 王瑞燕z ( 1 重庆城建控股( 集 团) 有限责任公 司， 重庆 4 0 0 0 1 3； 2重庆 交通大学 土木学院 ， 重庆 4 0 0 0 7 4 ) 摘要： 原材料品质控制、 配合 比参数设计与控制是影响混凝土性 能的重要 因素 ， 基 于系统控制的理 念， 保证混凝土品质与特大桥 结构的匹配性 ， 是 有效减 少特 大桥施工过程 中开裂的有效技术途径 。 对保证特大桥 结构的安 全性 、 耐久性具有重要 的工程 意义。 关键词： 特大桥 ； 混凝土品质 ： 系统控制 中图分类号： TU5 2 8 2 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 2 ) 1 2 - 0 0 2 4 - 0 3 Abs t r a c t ：Co n t r o l o v e r r a w ma t e r i a l q u a l i t y a n d d e s i g n a n d c o n t r o l o f mi x i n g r a t i o pa r a me t e r a r e t he i mp o r t a n t f a c t o r s i n fl u e n c ing c o n c e p e r t o r - m a l i c e Ba s e d o n t h e i de a o f s ys t e ma t i c c o n t r o l ， t o e n s ur e t h e ma t c h i n g o f c o n c r c q uMi t y a n d th e g r a n d b ri dg e s t r u c t u r e i s a n e ffe c t i v e wa y t o r e d u c e the c r a c k i n g o f t h e Md g e u n d e r c o n s t m i o n a n d i s o f s i g n i fi c a n c e t o s e c u r e the s a f e t y a n d d u r a b i l i t y &t h e g r a n d b ri d g e s t r u c t u r e K e y w o r d s： g r a n d b ri d g e ； c o n c r e t e q u a l i ty； s y s t e ma t i c c o n t r o l 引言 重庆既是 山城 也是江城 桥梁对跨越 山水起着重要作 用 。主城嘉 陵江和长江上 已建 、 在建 和拟建特大桥数 十座 ， 重 庆 也因此成 为中国的桥都 。然而近年来特 大桥施工过程 中屡 屡出现的裂缝 问题 g 1 起了建设各方对 混凝土及其性能 与桥 梁 结构匹配性 的高度关注 。从 系统 的角度控制混凝土质量 ， 保证 混凝 土品质与特大桥结构 的匹配性 ， 降低混凝 土开裂敏感性 。 对 结构的耐久性、 安全性具有重要 意义【 1 】 。 1特大桥对混凝土性能 的要 求 随着特大桥结构设计承载 力提 高 ， 设 计跨度增加 加之桥 梁景观设计 的要 求也越来越高 桥梁 的结构 形式及内部应力 体 系日趋复杂 ， 结构断面尺寸更多地表现出大体积特征 混凝 土 的早期水 化放 热、 强度发展过程 、 变形 等对 桥梁结构 的早期 开裂 、 耐久性等都 将产 生重要的影 响 ： 同时 ， 环境条件 的恶化 也对结 构的耐久性产生不利的影响 ，这就对 用于桥梁结构 的 混凝 土材料 的技 术性能提出了更高 的要 求。用于特大桥 的混 凝 土 ， 应根据 不同结构 部位及施 工工艺等 ， 对混凝土拌和物 工 作性 能、 力学性能 ( 特别是长期强度 ) 、 耐久性 、 体积 稳定性 、 开 裂敏感性等有重点地予以设计和保 证。 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 9 2 4 作者简介 ： 王俊如1 9 6 2 一 )，男 ，四川内江人 ， 本科 ， 高级工程师 ， 主要从事桥梁 结构施 工与管理 工作 。 王瑞 燕( 1 9 6 7 一)，女 ，四川宜宾 人 ， 工学 硕士 ， 教授 ， 主要从 事土木工程材料研究工作。 2混凝土在特大桥结构应用 中存在 的主要 问题 近年来 。特 大桥 混凝土结构施工过程 中出现 开裂的现象 屡见不鲜 ，如何从系统的角度提高混凝 土与桥梁结构的匹配 性 ， 需要设计 、 施 工 、 混 凝土生产企 业乃至水泥 及外加 剂等 生 产企业各环节共同关注 。就混凝土材料而言 ， 在特大型桥梁结 构 的应用中存在 的问题主要有以下几方面 。 2 1水泥品质与特大 桥结构混凝 土品质及施 工要求 匹配 性 不佳 作为混凝土 的重要组成材 料 。水泥的品质与混凝 土综合 技 术性 能有着密切 的关联性 。我国建国以来对水泥标准 进行 了4 次修订 ， 修订的过程也反映了水泥品质 的变化过程 。水泥 品质变化 的趋 势是 ： 水泥 熟料 中早强成 分C 3 S 、 C 3 A增多 ， 水泥 细度进 一步增大 。 E E 臀 堪 鞫 舟 E j 冒 憾 翱5 啦 广 = ： I - _J 高效减水 剂掺量， 幅 斌 鞫5 舟 擦 螭 翱 5 舟 高效减水剂掺量 高效减水剂掺量， 高效减水 荆掺量， 图1水泥细度对水 泥与减水剂相容性的影响圜 g呈 E山 恻 2 0 1 2 N O 1 2第1 1 卷 总第1 1 0 期 关于特大桥混凝土质量 系统控制 的思考 道桥工程 2 5 糕 蛊 茁 碟 朱 楚 凸- 世 耀 刊 9 ； l l 水泥比表面积 ( m2 k g ) 图2水泥细度对水 泥开裂敏感性的影响回 ， 0 t 一 。 ，二= ， 三 度 衰 退 ， 鼹退 ： 一 - i f 一 水泥7 M一 粗磨， 代C 3 s( 慢水化 水泥 l一细磨 ( 快水化 ) 水 泥 兰 l l 盖 4 篓 面 布 镤 嚣 商 _ 1_ 7 M -一 I 估计值( Wa g n e r x O 1 8 ) ， 单位 为m2 k g 特大桥结构普遍采用高性能混凝土 ， 泵送施工。以目前 的 技术 条件 ， 实现混凝 土高性能的技术措施 是双掺技术 ， 即大掺 量的活性掺和料 ( 或复合掺和料 ) 和高效外加 剂。通过高效外 加 剂改变混凝土拌和物 的流 变性 能 ， 降 低水胶比 ： 通过掺人大 掺量 矿物掺和料改变水化产 物组成以提高耐久 性。双掺技术 在对 混凝土性 能有益改 善 的同时 ，也带 来 些负面 的问题 ： ( a ) 组分 多 ， 掺 和料本 身的质量 波动 ， 增加 了施 工过程控 制难 度 ； ( b ) 若 混凝土搅拌 时间不够 ， 存 在拌和物 匀质性 问题 ： ( c ) 大掺 量矿物掺 和料使胶 凝材料 中S O 不足而引起凝 结过程 变 化 、 体积 不稳定等 的问题。 褂 酱 避 6 月 1 年 2 年 5 年 1 0 年 2 5 年5 0 年 室外暴露时间 图4 S O3 含量对 砂浆体积稳定性的影响 图3水 泥细 度及矿物组成对混凝土长期发展的影响离 图 1 结 果表明 ， 水泥 的细度增 大 ， 水泥与减 水剂 的相容 性 降低 ： 图2 结果 表明 ， 水泥 细度 增大 ， 水泥 开裂敏 感性 随之 增 大 ： 图3 结果 表明 ， 水泥细度 增大 ， 水泥 中早强成分 增加 ， 混凝 土早期强度高 ，但后期强度 增长缓慢 ，甚至出现 后期强度衰 退 。 在 目前的市场条件下 混 凝土生产及桥梁施 工各方对水 泥的选择是被动的甚至建设各方常常忽略水泥品质对混凝 土性 能的影响 ， 在施 工过 程中一旦 出现 开裂等问题 都 习惯性 地从 外加剂 、 混 凝土配合 比 、 搅 拌站 、 施 工方等找 原 因。事实 上 ， 水泥品质与混凝土生产 、 施 工的适应性对特大桥结 构开裂 的影响非常大。我国现行通 用硅酸盐水泥质量标 准对水泥细 度 、 早 期强度等 指标只有下 限要求 ， 但 无上限控 制 ， 导致 普通 型和 早强 型水泥在性能上基本 没有实质区别 ，市场供 应的水 泥以早强型水泥为主。水泥 品质 的变化趋势 ， 导致水泥品质与 特大桥混凝 土的高性能匹配性 不佳 ，这在很大程度 上影响了 混凝土品 质与特大 桥工程结构 的适 应性 这也是造成 目前特 大桥结构施 工过程 中开裂的重要原 因之一。 国内外大 量研究 结果表明 近年来 结构不断增多 的早期开裂和过早劣化现 象 与水泥品质变化趋势有关。 2 2活性掺和料的影响 图4 表明 ， 在砂浆 混凝土 中掺人大掺量活性掺和料 ( 图4 胶 凝材料 中矿渣和粉煤灰总掺量为4 0 ) ， 应对胶凝材 料体系 中 的S O 3 i 差行优化以提高体积稳定性 。 2 3集料 质量对混凝土性能的影响 混凝土 中用量最多的原材料 是集 料 集料在混凝 土中的 重要作 用是稳定 体积。 由于 国内大多数砂石生产企 业不执行 砂石标准 ， 也无人监管砂石 质量 ， 相关 工程 技术人员对砂 石材 料在混凝土 中的重要 作用认识不够 ， 与发达 国家相 比 ， 国内的 集料普遍粒形差、 级配不良、 空隙率高、 含泥含粉量较大。集料 质量的这种差异 导致我国混凝土 中的水泥 用量和拌和水 用量 比发达国家至少多用2 0 以上 ， 集浆 比减 小也使混凝土体积 稳定性变差 ， 开裂敏感性高 ： 这也是 导致特 大桥混凝土施 工过 程中结构开裂的重要原 因。 图5 集料 体 积 含 量 对 混 凝 土 收 缩 的 影 响 _ ， 一 一 一 Jn 一 关于特大桥 混凝 土质量 系统控制的思考 重庆建筑 Ar c h i t e c t u r e 从图5 可 以看出 ， 混凝 土中集料体积含 量增 大 ， 混凝 土收 缩值减小 ， 体积稳定 性提 高。 l E 豁 塔 v - 与 1 。 临 砂率， 图6砂率对混凝土断裂能的影响 砂 率， 图7砂率对混凝土断裂韧度的影响 图6 、 图7 表明 ， 提高混凝 土中粗集料 的体 积含量 ， 由于粗 集料 的桥锁作用 ， 有利于提高混凝土 的断裂能和断裂韧度 ， 对 混凝土结构 中裂缝的发展具有 阻裂作用。 因此 ， 对 用于特大桥混凝土 中的集料 ， 应保 证其具有 良好 的粒形 和级配 ， 从 而降低混凝 土中胶凝 料用量 ， 降 低浆集 比 ， 降低混凝土开裂倾向 ， 提高混凝土抗裂性 能。 2 -4商品混凝土交付验收问题 特 大桥梁结构 中普遍使 用商 品混凝土 ，这就将 混凝 土的 生产和施工人为地分成了两个控 制节段。商品混凝 土一般以 拌和物工作性g U 2 8 d 强度为交付和验收指标 。 而仅这 两方 面的 技术要求 ，满足不了现场施 工对 混凝土在桥梁结构 中的行为 控制。一但 结构 出现裂缝等问题 ， 谁更应该为工程 质量负责成 为一个无法进行责任划分 的难题。 3特大桥混凝土质量 的系统控制 混凝土 的性 能是混凝土在 具体工程 中表现出 的行 为 对 工程特点和服役环境具有很强的针对性。混凝土的高性能不 是只要有配合比就能生产出来的， 而是由包括原材料控制、 拌 和物 生产制备 、 设计 、 施工全过程控 制来实现 的 ， 需要 从设计 、 施 工、混凝土搅拌站及各原材料 生产等整个工程所 有环 节系 统控 制才能保证 。就混凝土材料而 言 ， 为保证混凝土具有与特 大桥 结构相匹配的技术性能 ， 应从严格控 制原材 料质量出发 ， 确保混 凝土配合 比参数满足 高性能 混凝土设 计参数 要求 ， 从 而实现特大桥混凝 土质量 的系统控制。 ( 1 ) 用于 特大桥 的水 泥 ， 在满 足现 行 通 用硅 酸盐 水泥 GB 1 7 5 2 0 0 7 国家标准前提下 ，建议细度 不大于3 5 O mz k g ， 熟 料中C 3 S 含量不大于5 5 、 C 3 A含量不大于8 。配制特大桥 C 5 0 、 C 6 0 混凝土时 ， 优先选择P 0 4 2 5 等级水泥 。必要 的时候 应对用于特大桥水泥 的早期强度 上限、水化热等提 出明确 的 要求14 1 。 ( 2 ) 水泥中的碱含量控制不仅是为了预防混凝 土碱 一 集料 反应 ， 同时碱 含量会影响混凝土 开裂敏 感性 ， 低碱含 量的水泥 其开裂敏感性小。 用于特大桥的水泥 ， 碱含量( 以N a 0计1 不大 于0 6 。 ( 3 ) 用于特大桥 的水泥 ， 在现 行水泥 国家 标准 基础 上 ， 应 对其与外加剂相容性、 开裂敏感性等进行检验和控制。 ( 4) 掺入较 大掺量活 性掺和料 配制特 大桥高性 能混凝 土 时 ， 应同时考虑掺和料 的大量掺入对胶凝材料体 系中S O。 的稀 释作用及 由此产生 的对 混凝 土拌 和物凝时 间、体积 稳定性的 影响。胶凝材料体系中的S O 含量应与C 含量 、碱含量相匹 配 。 ( 5 ) 集料作为混凝土 的重要组 成材料 ， 对混 凝土 的体积稳 定性 有重要作 用 同时集料 的桥锁作 用对 提高混凝土 的断裂 韧度 、 阻止微 裂缝 的发展有重要作用。用于特大桥混凝土 的集 料应选用级配 、 粒 形良好 的坚洁集料。在满足砂石材料相关标 准基础 上 ， 用于特大桥 的粗 集料 ， 松装空 隙率不 宜大于4 2 ， 以保 证 特 大桥 混 凝 土 中浆 集 比 不大 于 3 5 ： 6 5 ，砂 率 不大 于 4 5 ，从而保证特大桥高性能混凝土 的体积稳 定性等与结构 相匹配的综合技术性能 。 ( 6 ) 对商品混凝土的验收 ， 仅按混凝土拌和物工作性和 2 8 d 强度验 收难 以满 足特 大桥混凝 土施工对混 凝土 品质的要 求 ， 应将 单方混凝 土用水量 、 浆集 比 、 砂率等 指标列 人商品混 凝土验收要求 参考 文献 ： 【 1 l 阎培渝 ， 廉慧珍 用整体论方法分析混凝土 的早期 开裂 及其对策【 J 】 建筑技术 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 1 5 1 8 【 2 1 廉慧珍 ， 韩素芳 现代混凝土需要什么样的水泥【 J 1 水 泥 2 0 0 6 ( 9 ) ： 1 31 8 I 3 】 廉慧 珍 砂石 质量是影响混凝土 质量的关键 【 J 】 混凝土 世界 2 0 1 2 ( 8 ) ： 2 8 3 2 【4 】 王俊如 ， 王瑞燕， 刘强 石板坡长江大桥复线桥高性能 混凝土质量控 J l J 重庆建筑 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 7 1 O 责任编辑 ： 孙苏