预制高标号混凝土T梁施工与质量控制卢珍文.docx
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预制高标号混凝土T梁施工与质量控制卢珍文
预制高标号砼T梁施工与质量控制
卢珍文
(中铁二局集团公司第一分公司)
【摘要】本文介绍了湖北省京珠高速公路最长的特大桥----府沦河大桥上构T形梁预制50#高标号砼配合比的选定、砼的整个施工过程及如何搞好砼的质量控制进行了重点阐述。
【主题词】混凝土配合比选定施工过程质量控制
概述
随着我国桥梁高新技术的发展,高标号砼已被广泛应用于桥梁施工中。
高标号砼是一种非常复杂的非匀质材料,受施工及各种环境气候条件的影响较大,因其要求的强度高,施工的难度也比较大,所用水泥用量的增大,同时也带来一些不利因素也相应增多(如早期水化热偏高砼表面易产生微裂缝等),所以要选定科学合理的高标号砼配合比,不仅要考虑满足设计及施工工艺的要求,同时也要考虑控制好水泥的用量,提高经济效益。
由我单位承建施工的湖北省国道项目Ⅲ京珠高速公路府沦河大桥,是世界银行贷款承建的一项重要工程,全长5947.04m,计196跨,桥梁上构设计为预应力砼T形梁,总数2352片,砼设计强度等级为C50号,数量65754m3。
省指文件要求,大桥质量除必须符合《公路桥涵施工技术规范》外,目标是争创精品工程,全线创优。
针对这一艰巨施工任务,中铁二局京珠项目经理部成立以总工程师为首,各业务部门相互配合的QC小组,专题攻关T梁高标号砼施工技术,积极响应经理部提出的“创精品、保工期、拓市场、养人才”方针。
目的是通过良好的工程质量和快速的施工进度来赢得业主的好评,赢得市场。
本文就府沦河大桥施工中预制T梁高标号砼配合比的选定、施工现场砼的整个施工过程及施工过程中的质量控制作重点阐述。
1.合理配合比的选定
1.1选定配合比需要考虑的因素
高标号砼因其特殊的性质,在选材、环境气候及施工工艺方面都有其特殊的要求,结合湖北省指挥部对本项目的一些具体规定,在选定配合比时,需要考虑以下因素:
1.1.1材料的选择:
根据当地现有材料,本着就近选材及经济合理的原则,经试验之后确定选用符合高标号砼施工的优质材料。
1.1.2天气、温差的影响:
湖北的气候属于温暖地区,以晴热为主,夏天温度高时可达40℃,并可持续2~3个月,即使是在夜间施工时的温度也达到30多度。
冬天最冷时达-3℃。
夏季施工时高标号砼因其水泥用量大,水化热发展快,势必导致砼的早期温度较高,产生较大的内应力,容易在砼内部出现微裂纹,影响砼的质量。
规范规定,夏季砼入模时砼的温度不能超过32℃,冬天施工砼的入模温度不能低于5℃。
所以在本项目的T梁砼施工过程中需重点解决夏季的高温及冬季的低温对砼的影响。
1.1.3施工现场的控制:
砼施工过程中的各个工序的控制及各个工序之间的衔接,是决定砼成型质量的关键。
1.1.4精品工程要求:
京珠高速公路是世行贷款项目,国际标,严格按菲迪克条款管理,省指文件规定,湖北省京珠高速公路全线争创精品工程。
1.1.5外加剂的选择:
设计文件规定,T梁强度必须达到100%设计强度时,方可施加预应力,本项目T梁施工中考虑张拉的时间是4~5天,就要求在4~5天内达50Mpa以上。
只有通过掺加性能良好的早强剂,才能达到提高砼的早期强度的目的,同时加快施工循环,增加模板的周转,这是提高经济效益的一个根本措施。
1.2配合比选定
1.2.1材料选择
(1)水泥:
《公路桥涵施工技术规范》041-89规定,对于30#以上标号的砼选用的水泥标号为砼标号的0.9~1.5倍,50Mpa的砼按规定宜采用软炼强度为75Mpa的水泥,但目前我国没有这样高标号的水泥,只能选用525#水泥,通过掺加外加剂达到设计要求。
经试验比选了湖北华新普硅525#水泥和三峡牌普硅525#R水泥两种水泥,最后从水泥的成本和质量方面考虑,确定采用湖北华新普硅525#水泥,其各项技术指标均符合GB175-92标准。
所选用的水泥经多次抽检其各项技术指标如下:
(见表1)
华新普硅525#水泥各项技术指标
表1
细度
(%)
标准稠
度(%)
安定性
初凝
时间
终凝
时间
抗压强(Mpa)
抗折强度(Mpa)
3d
28d
3d
28d
2~4
24~28
合格
2h~4h
4h~6h
28~33
58~64
5.5~7.0
7.5~9.0
水泥每批进场按批号都要进行其各项物理指标的检定,3天强度出来之后,合格的水泥才能用于施工中。
(2)细骨料:
通过试验比选了白扬、蔡甸等几个地方的河砂,白扬河砂在成本上及质量上都较其它地方的砂有较大优势,且总体质量上较稳定,储备量也较大,确定选用白扬河砂,其级配属Ⅰ区或Ⅱ区,中砂,质地坚硬,质量符合《普通砼用砂质量标准及试验方法》JGJ52-92规定。
所选用的砂经多次抽检其各项指标如下:
(见表2)
白扬河砂各项技术指标
表2
细度模量
含泥量(%)
视比重(kg/m3)
堆积密度(kg/m3)
紧密密度(kg/m3)
2.4~2.8
<1%
2630~2640
1520~1540
1720~1740
砂抽检频率按200m3一次,如果砂的变化比较大,须增加抽检次数,经抽检合格的砂,才能用于施工中。
(3)粗骨料:
通过试验比选了丰山、龙泉等几个地方的碎石,只有龙泉的碎石更能满足施工高标号砼的要求,确定选用龙泉碎石,属5~31.5mm连续级配(见表3),其质量符合《普通砼用卵石、碎石质量标准及试验方法》JGJ53-92规定,同时结合省指文件要求,在本项目中对所选用碎石的部分指标作重点要求:
压碎指标小于10%,含泥量小于1%,孔隙率小于45%,针片状含量小于5%,强度指标大于砼标号的2%(120Mpa).碎石的抽检频率按200m3一次,须严格控制碎石的质量,每批碎石进场都要对其各项指标进行测定,不合格的碎石严禁用于T梁砼中。
龙泉碎石级配要求
表3
粒径(mm)
2.5
5
10
20
31.5
累计筛余(%)
95~100
90~100
70~90
15~45
0~5
(4)外加剂:
经过对十余个厂家的21种高效减水剂的性能试拌比较,先选定了5种性能较好的,在这个基础上又对这5种高效减水剂又作了大量的试验对比,最后从高效减水剂的性能及成本上考虑,确定选用江西武进生产的NF-1早强高效减水剂,其性能符合GB8076-1997标准,其早期强度发展较快(见表4),减水率达24%,一至三天砼抗压强度提高70~90%,7天提高50~70%。
施工期间每月定期一至二次抽检减水剂,检验其各项指标是否符合标准。
掺加NF-1与未掺砼的性能对比试验
表4
项目
名称
配合比
坍落度(cm)
3d强度(Mpa)
5d强度(Mpa)
不掺NF—1配合比
500∶716∶1074∶190
49
34
45
掺NF—1配合比
500∶716∶1074∶190∶3.00
170
40
53
(5)水:
选择井水。
因施工地段靠近的沦河水长年受水汛期的影响及上游的一些化工厂的污染源,水位、水质不稳定,就没有采用。
就地掘井取水,经过孝感环境监测站水质化验,符合砼施工用水标准。
1.2.2配合比选定
配选出科学、合理的理论配合比是保证砼施工质量的先决条件。
规范规定,高标号砼的水泥用量不宜超过500kg/m3,最大不超过550kg/m3,水灰比应控制在0.4以下,掺加外加剂。
据省指文件规定,京珠高速公路工程争创精品工程,在配合比选定时,强度标准差Sn的取值如下:
R
C20~C35 >C35 Sn(Mpa) 4.0 5.0 6.0 T梁50#砼的Sn值取为6.0Mpa,强度保证率为95%; 砼的试配强度为: Rp=R+tSn =50+1.645*6=59.87Mpa 因武汉全年的气温相差较大,夏季高温时与冬季低温时不能使用同一个配合比,在选定配合比时就需要按冬季和夏季分别选定配合比。 28天强度要达到60Mpa,4~5天要达到50Mpa,用525R水泥配制的配合比,每方水泥用量为565kg时,其28天强度只能达到56Mpa,4天只达到35Mpa,在用水量为190时,其坍落度只能达到5cm,不能满足设计及施工工艺要求,且水泥用量超过规范规定,只有掺加性能优良的处加剂来满足施工工艺要求。 在确定选用江苏武进生产的NF-1高效减水剂之后又进行了20多次的试拌对比,选定的冬季施工配合比为: 水泥: 砂: 石: 水: 减水剂=450: 759: 1138: 170: 2.7 =1.00: 1.69: 2.53: 0.38: 0.006(坍落度为10.0cm) 配合比每m3水泥用量为450kg,不超过500kg/m3,满足规范要求。 T梁属于配筋较密,断面高且狭长的薄壁钢筋砼结构,按规范规定,砼入模时其坍落度选用7~9cm,考虑到砼与钢筋及模板的接触面较大,选定配合比时采用40%的砂率,使砼能达到内实外美。 基准配合比3天抗压强度是42Mpa,5天抗压强度是52Mpa(能满足张拉要求),28天抗压强度是61Mpa。 在冬季施工配合比的基础上,又进行多次的试拌,比选出夏季施工配合比为: 水泥: 砂: 石: 水: 外加剂=442: 778: 1119: 170: 3.315 =1.00: 1.76: 2.53: 0.385: 0.0075(坍落度为12.0cm) 此基准配合比合比3天抗压强度是44Mpa,5天抗压强度是54Mpa,28天抗压强度是61Mpa由于夏天的温度相对较高,坍落度的损失较大,所以在选定配合比时的坍落度就偏大些,以满足砼运至浇注点时的入模坍落度。 所选定的配合比由工地试验室现场取各材料的样品再次进行复核,经证实无误,方可用于施工中。 2.施工控制: 2.1工序控制 砼的施工过程包括砼的配料、搅拌、运输、浇注、养护和拆模等工序,严格控制好砼施工的每道工序是提高砼施工质量的重要手段。 2.1.1配料及搅拌过程 配料要做到两点: (1)各项材料与理论配合比所选材料相符; (2)计量准确,砂石计量准确到1%,减水剂、水、水泥精确到0.5%。 在府沦河大桥的T梁砼施工中,配料方式采用两台电子配料机(陕西生产的HPW-1200C型电子配料机,配料精度可达0.5%,经湖北孝感市计量所检定合格,每半年检定一次,同时在施工过程中随时自校或定期自校),同时给四台拌合机供料(两台750L自落式搅拌机,两台500L强制式搅拌机)。 当砼开盘前及砼施工过程中,工地试验人员都要负责检查水泥、砂、石、减水剂等各项材料与理论配合比所使用的材料是否相符,以及配料机械计量是否准确,同时现场测定砂石含水率及减水剂的浓度,确定施工配合比,在砼拌制及出料过程中,注意观察砼的含砂率、和易性是否正常,在砼出料时测定坍落度,规范规定,坍落度要做到每盘都要测定。 每片梁的试件取样要具有随机性、代表性,能反映T梁砼的真实施工情况,用于控制T梁张拉的试件,放置在梁体上与梁体同条件养护。 2.1.3运输: T梁高标号砼的运输主要考虑到尽量避免延长时间,减少坍落度的损失,从砼搅拌站到制梁场,最远的运输距离是250m。 在刚开始施工时,曾考虑用三种运输方式: 砼罐车运输、平车运输及自御汽车运输。 经过现场的多次使用测定,比较出平车和自御汽车还比较适宜制梁场的砼运输。 罐车运输存在一个缺点就是因T梁砼水泥用量比较大,在掺加外加剂后,砼状态比较粘稠,吸附力较强,倒出很慢,且罐车内壁粘附较多,倒不干净,往往运至浇注地点时,坍落度的损失已比较大,对砼的入模质量影响较大。 从拌合场至最远浇注距离有150m,用自御汽车运输至浇注地点,倒入料斗,再由龙门吊吊至梁体上浇注,整个运输过程需8~15min,坍落度的损失在1~4cm,夏天高温时,坍落度出料时控制在12cm左右,运至浇注点,还有8~9cm,完全可满足浇注工艺要求。 冬天或不是高温时期的砼坍落度损失要小些,在1~2cm,坍落度出料时的坍落度控制在10cm左右,也可满足施工工艺要求。 整个施工现场场地平坦,砼运输至浇注地点不出现砼离析、分层现象。 2.1.4浇注及振捣: 浇注及振捣是施工中关键且复杂的工序,对砼质量的好坏起着十分重要的作用,它必须保证砼有良好的密实性和整体性,以满足设计所需的强度和耐久性等各项指标。 工地现场采用变频附着式振动器和插入式捣固器配合振捣。 变频式附着式振动器又分为普通附着式振动器和高频附着式振动器,其性能及优缺点简介如下: A、普通附着式振动器: 震动频率低(2800~3000r/min),震幅大,效率低且重量大(38~60kg/台)。 安装辅助时间长,但对大颗粒骨料效果显著,粗次振动效果好。 B、ZF150~250KZ高频附着式振动器与BPB150~250KVA配套电源: ①.激震频率高(9000r/min),激震力大(11.5KN)。 ②.重量轻(21kg/台),使用方便,效率高,装卸一台仅需30秒钟。 ③.震幅小,对钢模板的损坏小、寿命长,其使用寿命为普通震动器的8倍以上。 普通附着式振捣器对砼的粗振效果比较好,在砼下料时能在短时间内使砼能基本塌平,而高频率附着式振捣器对砼拌合物中的复振效果显著,通过对砼的复振,能充分将砼中的气泡、水泡等逐渐排出。 为了充分发挥捣固器的优点,在砼捣固中采用高频率、低频率及插入式振捣器相结合的复合振动。 附着式震动器部署如图1: 图1 图1: 一片5m长边模上捣固器的配置 2.1.5砼浇注方式: 因T梁腹板高而狭窄、钢筋密,特别是波纹管变坡位尤为突出,如果砼浇注方法不对,难免在波纹管爬坡地段出现蜂窝、麻面、水纹,甚至砼断层。 T梁砼浇注时,将梁体划分为采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区分段进行(见图2)。 按常规方法浇注从Ⅰ到Ⅱ区至Ⅲ区结束,则在Ⅲ区易出现分层等不良现象,Ⅰ、Ⅱ区不易出现,分析Ⅰ、Ⅱ区不出现分层等的主要原因是: T梁砼浇注从Ⅰ区端头开始到Ⅱ区端头结束。 砼开始浇注时,因T梁腹板断面由宽变窄,腹板内砼从断面宽处下料到腹板底部,在震动器振动作用下,砼向前挤压流动,接触面由宽变窄,沿波纹管由下向上冒出,砼中的水泥浆带动砼中的砂粒、碎石往上挤压流动,砼不易产生离析等现象,故此段砼很容量捣固密实,不会出现波纹管阻挡砼而导致分层。 分析Ⅲ区出现不良现象的原因: 当砼从Ⅱ区浇注到Ⅲ区时,因Ⅲ区腹板断面开始由窄变宽,如果砼施工采用与Ⅰ、Ⅱ区相同的方向时,波纹管下部分砼是在强力振动作用下从波纹管上向下漏,很容易因梁体内波纹管和钢筋的堵塞,砼中的水泥浆成分先漏下去,碎石落得较慢,这样砼容易产生离析,砼的状态不好,导致T梁表面产生蜂窝、麻面,甚至分层。 相反,如果采用砼浇注从Ⅱ区到Ⅲ区交界时,采用从Ⅲ区端头重新开始向Ⅱ区浇注,其原理与Ⅰ、Ⅱ区相同,就不会出现上所述不良现象. Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 图2: 梁区段划分图式 2.1.6T梁砼浇注施工: 由附着式捣固器位置安装图可知,高频率与低频率附着式捣固器对T梁马蹄及腹板下部的振捣作用显著而对腹板上部作用微小。 为解决腹板中、上部的振捣,砼捣固时采用插入式震动器协助附着式震动器共同作业的施工方法。 砼采用斜向分层进行浇注,按其和易性能成自然坡度。 当砼料斗下料时,先开普通附着式震动器振动,至砼拌合料全部进入腹板基本塌平之后停止振动。 开动高频率附着式震动器,使腹板内的砼拌合料迅速排气、提浆,表面平坦、泛浆、停止下沉时停止振动。 在整个振捣过程中,普通及高频附着式振捣器实行交叉分段振捣,普通附着式震动器的振捣时间约为20秒左右,高频率附着式震动器的总的振捣时间为40秒左右,也可根据砼的和易性进行具体调整。 在砼已经基本密实之后,隔十多分钟之后再进行振捣1~2次十几秒钟,能让砼内的气泡等充分排尽。 当一段腹板砼拌合料灌满以后,再用插入式捣固器沿腹板进行震捣,相邻插入点间距不得大于40厘米,在捣固时应注意快插慢提,不能在砼中留有空洞,不得碰撞钢筋与波纹管,在梁的端头部位须加强插入式捣固器的振捣。 2.1.7养护: 砼的硬化过程,就是水泥进行水化作用的过程,在砼的拌合成型时,砼拌合物中所含水分已足够进行水化作用的需要,但在正常情况下,空气中相对湿度较小,特别是炎热的夏季,磔水分会不断被蒸发掉,造成砼由表及里逐渐脱水,如不及时加强早期养护,砼极易产生干燥收缩裂纹,同时因失水太多,还阻滞了砼的继续硬化甚至停止下来,严重影响砼的质量,所以应使砼处在一个良好的硬化环境,采用湿热处理,加速其水化作用,促进胶凝材料的硬化。 冬季气温较低,施工难度较大,一般采取控制砂石干燥(必要时加热),拌和水采用两套加热装置,循环使用,水温达到75℃左右,拌制出的砼温度在10~22℃之间,砼灌注完毕后,及时搭设暖棚,内生炭火,上安置有水的铁锅,一方面暖棚内的温度可上升,同时水的蒸气可满足砼水化所需要的湿度,保持其环境温度在35~38℃之间。 下步准备考虑使用蒸气锅炉在冬季施工时对砼进行养护。 2.1.8冬季砼热工计算: Tb=[a(tsWs+tgWg+tcWc)+btwWw+b(PsWsts+PsWsts)-B(PsWs+PgWg)]/[a(Wc+Ws+Wg)+bWw+b(PsWs+PgWg)] Tm=0.16(Tb-Td) Tc=(αt+0.032n)(To-Ta) 式中: Tb----砼拌合物合成后的温度(℃),Tb≥Tm+Ts+Tc Tm----砼拌和物在搅拌过程中的热量损失(℃) Ts----砼拌和物在运输、浇筑过程中的热量损失(℃) Td----搅拌棚内温度(℃) (其它符号的名称略,详见JTJ041-89的13.2.8条) 计算一盘砼冬季施工时从配料至浇筑成型的温度损失情况: 一盘砼的材料用量为: 水泥: 砂: 石: 水: 外加剂 =200: 338: 506: 76: 1.2 现场测定水泥的温度为20℃,砂、石的温度各为5℃,砂含水为2%,石含水为0%,拌合水加温至75℃,室外气温为5℃,将各符号的数值代入公式中,算出: Tb=22.3℃,Tm=2.88℃,Ts=1.72℃ Tb>Tm+Ts+Tc=2.88+1.72+5=9.6℃(满足施工要求) 经现场进行砼的温度测定,砼入模的温度是13.2℃,基本与计算的相稳合,达到冬季施工对砼入模温度大于5℃的要求。 夏季一般安排夜间进行施工,保证砼入模前的温度不超过32℃,砼浇注完毕,初凝后及时用麻袋覆盖,洒水,保持砼表面湿润,养护7~14天。 3.社会效益方面 3.1强度稳定情况方面: 从现在已施工的1300片梁的强度资料显示,砼的强度比较稳定,强度值在55~63Mpa之间,张拉的强度一般在4~5天达50Mpa以上。 3.2经济效益方面: T梁的配合比经过优化设计,每方至少节约水泥110kg,经济效益可观,且砼通过掺加高效减水剂之后,其和易性提高,更有利于T梁内实外美。
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