摘要：32m后张法超低高度预应力混凝土曲线梁的制造位列路内各梁型生产难度之最,C65高强混凝土弹性模量高,该混凝土与钢纤维混凝土交叉浇筑,成功实现了200m远距离泵送。 关键词：胶新铁路;超低高度梁;高强混凝土;钢纤维混凝土;泵送混凝土;施工工艺
1概述 铁路跨线地段以及平原河网地区需要建筑高度最低、施工简便、造价经济的超低高度梁,该梁型可大大降低路堤高度,经济效益显著。
32m超低高度曲线梁,混凝土设计强度等级C65,其水泥用量大、初凝时间短,要求必须加快浇筑进度,缩短施工周期。通过泵送流态混凝土,使钢筋密集,下料困难的问题得到很好的解决。
超低高度梁张拉时,为抵抗传力锚固阶段预应力对上缘混凝土产生过大的拉应力,而掺入少量钢纤维,增加了混凝土的抗裂能力。高强混凝土与钢纤维混凝土交叉施工,增加了浇筑难度。
配制高强混凝土,原材料选择是重中之重,其次是配合比设计,施工控制,这3点相互关联,互为制约,只有精心设计,精心组织,才能生产出优质梁。
2原材料选择
(1)水泥选择
高强混凝土的配制,宜使用高强度等级水泥,以便合理地控制水泥用量,避免水泥用量过大带来的弊端。经比选,用52.5级的水泥配制C65混凝土,完全满足规范要求。
具体是,前2片梁采用葛州坝水泥厂生产的三峡低热52.5级大坝水泥。该水泥特点:水化热小,温度上升慢,早期强度低,后期强度高,终张拉所需时间长,但因其水泥运距长,供应困难,强度发展太慢,影响台座周转。从多种因素分析后,改用山东水泥厂产“五岳”52.5级水泥。该水泥早期强度高,水化热较大,凝结时间快,初凝1.5h。因此在浇筑时,应采取措施,使混凝土初凝时间在3h以上。
(2)掺和料
因《预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁》(GB7418-87)中未列明允许掺用掺和料,且相关技术文件中也未说明,因比,在选用材料时不作考虑。
(3)细骨料
配制高强混凝土用砂,主要满足以下技术指标:①砂必须是非碱活性材料;②砂细度模数310～312,砂硬度高,级配曲线合理;③含泥量小于1%,不含泥块;④砂坚固性符合规范要求。经检测大沽河前朱毛砂,满足上述关键要求。
(4)粗骨料
在胶州梁场方圆120km范围内,有3个产地的碎石适宜配制高强度混凝土,经考察,选用距梁场120km的孟疃碎石,母岩为石灰岩,抗压强度142MPa,与混凝土强度比大于210倍,符合规范要求。生产工艺为锤击式破碎,滚筛分级,5～20mm级配良好,针片状,压碎指标值均满足规范要求,配制C65混凝土用碎石。配制前,全部用强制式搅拌机搅拌、冲洗,以彻底去除泥块和石粉。
(5)水
拌和、养护用水均采用饮用水。
(6)高效减水剂
配制高强混凝土,高效减水剂的选择是技术关键。经多家知名厂家筛选、分析,淄博NOF-1A价格适中,泌水性小,被选为制梁用减水剂。
3配合比设计
(1)32m超低高度曲线梁梁体混凝土配合比设计混凝土强度等级C65,弹性模量≥3170×104MPa,坍落度要求160mm左右。
混凝土试配强度必须按《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)表5.8.4的规定。因是新建梁场,尚未统计资料,混凝土强度标准差δ值在混凝土强度等级大于C40时为510MPa,经计算混凝土施工配制强度为73.2MPa。
水泥活性按强度保证值52.5MPa计算,确保保证率。利用水灰比与强度的线性关系式计算出水灰比为0.322。由于混凝土中集料总用量的变化范围很小,高强混凝土、高弹性模量混凝土石子用量范围更受限制,一般为1100～1180kg/m3,直接定出每m3混凝土的粗骨料用量,然后调整砂率。该配合比碎石用量取1140kg/m3。
根据《普通混凝土配合比设计规程》(JJG55-2000),高强混凝土最大水泥用量不应大于550kg的要求,求出最大用水量为550×01322=177kg。外加剂用量在018%～110%时为推荐最佳掺量,外加剂用量取中间值019%,按假定容重法,计算初步配合比。假定容重为2465kg/m3,C65混凝土每m3用料配合比为:水泥∶砂∶石子∶水∶外加剂=550∶593∶1140∶177∶4195。
试拌结果:当用水量为172kg时,坍落度达到175mm,按坍落度递减10mm,用水量增减215kg计算,实际用水量应为169kg/m3,水泥用量应为169÷01322=525kg,采用固定用水量法。分别选取水泥用量520、530、540、550相对应水灰比:01325、01319、01313、01307,分别计算配合比,并进行试拌调整,用绝对体积法计算单方材料用量,7d及28d强度(R)与弹性模量(E)见表1。
表1 混凝土强度及弹性模量
序号水泥/kg砂/kg石子/kg水/kg减水剂/kg灰水比水灰比R7/MPaE7/MPaR28/MPaE28/MPa 1520 64011401694.683.0770.325 54.63.45x104 65.83.65x104 2530630 1140169 4.773.136 0.319 56.4 3.50x104 68.73.74x104 3540 6211140169 4.86 3.1950.313 58.83.61x104 74.2 3.98x1044550 611 1140169 4.95 3.254 0.30759.6 3.60x10474.8 3.91x104
由表1可知,当水泥用量达550kg/m3后,强度与弹性模量不再成比例增长;序号3配制C65梁体混凝土经济合理。
(2)C65桥面板钢纤维混凝土配合比设计钢纤维混凝土设计强度等级C65,设计弹性模量3170×104MPa,其主要目的是抵抗张拉时桥面受到的拉应力。
钢纤维混凝土的配制强度同梁体混凝土,在同水灰比条件下,钢纤维混凝土抗压强度比普通混凝土高10%,但其水泥多用10%。因此,水泥用量与梁体混凝土减水剂仍按0.9%掺加。
钢纤维在混凝土中的掺量占混凝土体积的1.3%～2.0%,掺入目的是增加抗裂性。要保证弹性模量满足设计要求,就要减小砂率,砂率减小后,钢纤维掺加量要小,结合拌和实际,每盘水泥用量200kg,钢纤维每袋20kg,当加入40kg钢纤维,每m3混凝土中钢纤维用量在108kg,每盘正好2袋,方便施工,钢纤维占体积比114%,在规定范围之内。
计算钢纤维混凝土配合比水泥用量同梁体混凝土,钢纤维混凝土在同水泥用量下抗压强度比普通混凝土高10%,因此,水灰比允许增大5%。用水量可在169～177kg内调整(表2)。
表2钢纤维混凝土配合比设计按砂率递减发试拌调整结果
序号砂率
/%水泥
/kg砂/kg 石子/kg 水/kg 钢纤维/kg外加剂/kg坍落度/mm 和易性R28/MPaE28/MPa 13654062111001691084.86120泌水68.83.81x104241540 70610151721084.86140粘聚性差76.33.86x104 346 540792929 172 1084.86160粘聚性好74.1 3.87x104 451 540878843172108 4.86170粘聚性好69.5 3.67x104
经分析测试结果,采用3号配合比,混凝土强度、弹性模量、坍落度均满足设计要求。
4施工控制
(1)制定施工细则要保证梁体混凝土的施工质量,试配合理的理论配合比是前提,合格的原材料是关键,施工控制也是至关重要的,这一点对高强混凝土更显得重要。按照全面质量管理方法,分析原因,寻找对策,针对原材料加强检查,混凝土的搅拌、浇筑、振捣、养护、拆模等工序,均按照规范作了严格的规定,并在施工前对工人进行了岗前培训。
(2)混凝土拌制准确计量是保证混凝土拌和质量的根本,为此,制定了严格的质量管理制度。前几盘,逐盘检查计量器具示值,使之保持精确。投料全部自动化,精度控制在规范允许范围之内。
(3)浇筑浇筑用泵送施工,先浇筑完梁体,然后浇筑桥面钢纤维混凝土,2种混凝土浇筑间隔约3.5h。首先选择夜间低温施工,其次掺适量缓凝剂,将初凝时间延长至4h以上。进料口坍落度160mm,输送200m距离,入仓坍落度达130～140mm,泵压在28MPa以下,可泵性较好。
(4)蒸养要求混凝土浇筑完毕后,静停6h,升温速度5℃/h,升至45℃后恒温,恒温24h,试压,当强度达53.5MPa时,停汽、降温,降温速度5℃/h,约需6h。
(5)初张拉和终张拉混凝土强度达53.5MPa即可初张拉,拆完模就可施行初张拉,在15～20d龄期对混凝土抗压强度和弹性模量进行检测,当强度达68.5MPa以上,弹性模量达3.70×104MPa以上时,进行终张拉。
5体会
(1)为保证梁体高强混凝土抗压强度和弹性模量满足设计要求,采用最大石子用量法设计梁体混凝土配合比办法是可行的。
(2)钢纤维混凝土为保证强度和弹性模量满足设计要求,突破了钢纤维混凝土常规砂率在50%～60%的限制,砂率降到了46%,保证了钢纤维混凝土的强度和弹性模量,拓宽了钢纤维混凝土的应用领域。
(3)钢纤维混凝土在低砂率状态下,成功进行了200m远距离泵送,查阅资料,未见先例,实现了技术突破。
参考文献:
[1]朱清江主编.高强高性能混凝土研制及应用.北京:中国建材工业出版社,1999.
[2]雍本编著.特种混凝土设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,1993.
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