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1、5 4 桥梁检测与加固 2 0 0 9 年第 2 期 高性 能混凝土在 温福铁路宁德特大桥 中的应 用 文 成海 中铁大桥局集团第二工程有限公司 江苏 南京 2 1 0 0 1 5 摘 要 结合温福铁路宁德特大桥工程 通过分析机 理 优选原材料 改善混凝土的耐久性 强度 工作性和经济 性 精心组织 精心施工 取得较好的效果 关键词 混凝土桥 高性能混凝土 耐久性 施工设计 1 概述 温福铁路 福建段 宁德特大桥设计速度 2 0 0 2 5 0 k m h 使用寿命 1 0 0年 地处海水 区严重腐蚀 环境 环境作用等级为氯盐环境 L 2 L 3 级 化学侵 蚀环境 H2 级 结构耐久性要求高
2、因此采用高性 能耐久 防腐蚀 混凝土 2 高性能耐久混凝土配合比设计原则 2 1 选用优质的原材料 2 1 1 水泥 水泥过细 水泥熟料 中 C A含量过高 将导致 水泥的水化速度过快 水化热过于集 中释放 表现为 混凝土的收缩增大 内外温差偏大 抗裂性下 降 对 混凝土耐久 性不 利 因此 应对 水 泥 比表 面积及 C A含 量 加 以 限制 要 求 水 泥 比表 面 积 3 5 0 m k g C A 8 0 水泥中的碱含量过高不仅容 易引发混凝 土的碱一骨料反应 而且增加混凝土的 开裂倾 向 不宜采用碱含量过高的水泥 要求碱含 量4o 0 6 宁德特大桥选用江苏双龙集团有限公 司的 P
3、 O 4 2 5级水泥 技术指标符合要求 2 1 2 掺和料 采用烧失量大的粉煤灰配制的混凝土工作性能 差 烧失量大意味着含碳量大 从而需水量大导致坍 落度损失大 不易捣实 强度效应差 t a特兰效应降 低 耐久性差 t i f f 孔 固化和致密效应降低 因此 对粉煤灰的烧失量应予 以重点控制 而对于细度不 必过于苛求 在混凝土中掺入矿渣能增加耐久性 矿渣越细 活性越高 收缩也随矿渣细度的增加而增加 所以太 细了也不好 从减少 昆凝土收缩开裂的角度出发 磨细矿渣的比表面积以不超过 5 0 0 m k g为宜 最 好不超过 4 5 0 r n k g 现在选用的矿渣 比表面积在 4 0 0 m
4、 k g左右 所 以 考虑采用双掺 即矿渣和粉 煤灰 的办法 利用二者的细度和活性差异使二者起 到互补作用 宁德特大桥选用的粉煤灰是漳州后石 电厂 F类 I级灰 选用的矿渣是福州新丰建材有限 公司的 9 5 级 技术指标满足要求 2 1 3 骨料 细骨料选用级配合理 质地均匀坚 固 吸水率 低 空隙率小的洁净天然 中粗河砂 各项指标均符 合耐久混凝土用细 骨料 要求 粗骨料选用级配合 理 粒形 良好 质地均匀坚 固 线膨胀系数小的洁净 碎石 在运输和装卸过程中 其级配可能发生变化 为了确保骨料具有 良好的级配 采用多级配石 如采 用二级配石或三级配石 宁德特大桥采用 5 1 6 mm 和 1
5、6 3 1 5 mm 的二级配碎石配制 C 5 0以下级别的混凝土 而 C 5 0 以上的混凝土用碎石是 5 1 6 mm 和 1 0 2 0 mm 的二级配碎石 使用过程 中对粗 骨料实行分级采 购 分级存贮 分级计量 配合 比试配时再确定各级 配碎石 的具体用量 以使骨料具有尽可能小的空隙 率 从而降低混凝土的胶凝材料用量 骨料的坚 固 性及有害物含量对混凝 土的耐久性影响较大 对骨 料中有机物 云母 轻物质 氯离子含量 等做 了严格 限制 水 混凝土中的碱 活性骨料是发生碱 一骨料 反应的 3个必要条件 缺一不可 为预防混凝土发 生碱一骨料反应 选用非碱活性骨料 宁德特大桥 选用的碎石是
6、温福铁路霞浦盐 田隧道洞渣 选用的 砂是福安赛岐河砂 技术指标满足要求 粗骨料的最大公称粒径不宜超过混凝土保护层 厚度的 2 3 且不得超过钢筋最小间距的 3 4 配制 C5 0及 以上混凝土时 粗骨料最大公称粒径 圆孔 不应大于 2 5 mm 其松散堆 积密度 应大于 1 5 0 0 收稿 日期 2 0 0 9 一O 3 一O 9 作者简介 文成海 1 9 7 4 一 男 高级工程师 1 9 9 7年毕业于武汉 工业大学无机非金属材料专业 工学学士 第 3 期 高性 能混凝土在温福铁路宁德特大桥 中的应用 5 5 k g m 紧密空隙率宜小于 4 0 吸水率应小于 2 1 1 于干湿交替或冻
7、融破坏环境条件下的混凝土应 小于 1 当粗骨料为碎石时 碎石 的强度用岩石 抗压强度表示 且岩石抗压强度与混凝 土强度等级 之 比不应小于 1 5 施工过程 中碎石 的强度 可用压 碎指标值进行控制 2 1 4 b 3 I I 剂 b J 3 l 剂应采用减水率高 坍落度损失小 适量引 气 能明显提 高混凝 土耐久性且质量 稳定 的产 品 外加剂的性能品质 匀质性和与水泥 的相容性是成 功配制高性能混凝土的基本条件 混凝土中掺入少 量引气剂后 就能使每方混凝 土中引人数千亿个微 小气泡 使混凝土的抗冻融性能大大提高 引气剂 不仅能减少混凝土的用水量 降低泌水率 更重要的 是混凝土引气后 水在拌
8、合物 中的悬浮状态更加稳 定 因而可以改善骨料底部浆体泌水 沉陷等不 良现 象 经过对多厂家和多 品种的外加剂进行筛选 选 用福 1 1 1 t 先工程材料 有限公司生产 的聚羧酸系列 C X一8型 该外加剂通过铁道部质量监督检测 中 心铁建所和福建省工程质量检测中心等权威部门的 技术鉴定 可确保t l 3 O 3 剂的质量和使用安全性 2 1 5 拌合水 拌合水 的碱含量是新增要求 主要是 为了控制 混凝土的可溶性总碱含量 宁德特大桥拌合水符合 表 1 的技术要求 1 j 2 2 选用较低的水胶 比和较少的胶凝材料 胶凝材料主要是满足混凝土工作性和胶结强度 的需要 过高的胶凝材料用量 不仅可
9、使混凝土开裂 趋势增大 而且可能造成混凝土的泛浆分层 对混凝 土的耐久性反而不利 在此前提下 单方胶凝材料 用量应尽可能减少 但过少的胶凝材料用量对混凝 土的强度 耐久性和工作性能不利 因此胶凝材料用 量应不小于最小限值 参 照 混凝土结 构耐久性设 计与施工指南 结合我国铁路混凝土结构的具体情 况 将环境类别分为碳化环境 氯盐环境 化学侵蚀 环境 冻融破坏环境和磨蚀环境 作用等级分别为 3 4级 根据环境作用等级 可 以确定每方混凝土 的最大水胶 比和最小胶凝材料用量 在条件许可的 情况下 尽量选用较低的水胶比 减少单方用水量和 胶凝材料用量 有利于提高混凝土的密实性 降低混 凝土的渗透性并
10、减少收缩量 对提高混凝土的耐久 性非常有利 另外 降低水胶 比是发挥矿物掺和料 对混凝土强度贡献的重要条件 2 3 使用合理掺量的矿物掺和料 耐久混凝土 的保证措施 严格控制混凝土的 总碱含量和总氯离子含量 掺加矿物掺和料 在 水泥品质得到保障的前提下 使用大掺量矿物掺和 料 磨细矿渣和粉煤灰 但矿物掺和料掺量增加 也可能带来负面影响 如硬化初期对温 湿度的敏感 性 应充分考虑掺和料品质 水胶 比影响 l 3 I I 剂 的掺人效应 养护技术等要求 在预应力混凝土结 构中 对粉煤灰 的用量应适 当限制 一般 不应超过 3 O 2 4 严格控制混凝土的总碱含量和总氯离子含量 通过选用碱含量和氯离
11、子含量较低 的水泥 外 掺料 骨料 外加剂和水 严格控制混凝土的总碱含 量和总氯离子含量来提高混凝土的耐久性 3 高性能耐久混凝土配合比设计过程 按耐久性要求设计 的混凝土应满足工作性 强 度和长期耐久性的要求 其 中混凝土耐久性能的试 验周期 比较长 一般为 2 3个月 混凝土配合 比的 耐久性试验也不可能一次成功 所 以混凝土的配合 比试验应充分考虑这种情况 预留足够的时间 宁德特大桥预制箱梁配合比设计全过程如下 掌握耐久混凝土配合 比理论一选择原材料一试配观 测拌合物性能一配 比调整一重复试配一拌合物性能 测试一混凝土力学性能测试一整理资料 满足要求 时 一提交报告一监理审批一 铁道部质
12、量监督检测 中心 桥基站 验证 有要求时 4 高性 能耐久混凝土的检测 首先是新拌混凝土的性能检测 包括和易性 坍落度 泌水率 含气量等 混凝土凝结硬化后 的抗 裂性 强度 弹性模量 电通量等 另外 通过各种手 段测试混凝土性i i 工作性 强度 耐久性 温差控制 表 1 拌合 水的品质 指标 5 6 桥梁检测与加固 2 0 0 9年第 2 期 等 是否能达到设计要求 宁德特大桥桩基 墩台 梁体等配合比设计所测混凝土的坍落度 泌水率 含 气量 抗裂性 强度 弹性模量 电通量等均能满足规 范要求 配合比试件和实体浇筑试件 5 6 d电通量 值全部小于 1 0 0 0 C 最小值只有 3 0 0
13、C 5 高性能耐久混凝土施工 采用 7 5 m h双 卧轴强制式搅拌机拌制混凝 土 搅拌机的功率大 效率高 混凝土拌合物质量均 匀也相对稳定 其电子计量系统更有效地保障了拌 合物的质量稳定 控制新拌混凝土的出机温度 防止混凝土早期 受冻或入模温度过高 在本地区 冬季温度一般在 0 以上 白天温度稍 高 是混凝 土施 工的有利 时 间 夏季 在高温下拌和 浇筑和养护会损害混凝土 的质量和耐久性 过热会使坍落度损失过快 拌合物 用水量增大等 因此 炎热天气施工对混凝土的最 高温度和浇筑作业应有限制 按规范 混凝土的人 模温度不宜大于 3 0 一般高温环境时 在拌合水 中加入冰块 以降低新拌混凝土的
14、出机温度 在酷 热季节禁止浇筑混凝土 降低混凝土拌合物温度的主要措施 用冷水 或冰水 冷却 水泥温度 用冷却水喷洒 浸泡 或冷风降低骨料温度 对搅拌和运输设备进行遮 阳 隔热处理 夜间浇筑 混凝土的收缩在浇筑早期最为 明显 且 随龄期 的增长 混凝土的收缩率会逐渐减少 当新鲜混凝 土浇筑于已硬化混凝 土表面时 由于 2种混凝土的 收缩不能同步 新浇混凝土往往 由于收缩受到 已硬 化混凝土的限制而开裂 这种现象在 2种混凝土温 差过大时更为明显 控制混凝土的各种温度主要是 为了防止温差过大引起混凝土产生裂缝 混凝土养 护要注意湿度和温度 2 个方面 养护不仅是浇水保 湿 还要注意控制混凝土的温度
15、变化 在湿养护的 同时 应该保证混凝土表面温度与内部温度和所接 触的大气温度之间不出现过大的差异 采取保温和 散热的综合措施 可以防止温降和温差过大 混凝土潮湿养护通常采用喷水或保水方法 或 用湿砂土 湿麻袋覆盖 在遮阳防晒条件下进行混 凝土潮湿养护 往往 比向混凝土外露面洒水养护还 有效 密封薄膜养护在水源不足时是很好的保湿养 护手段 但应注意薄膜密封前混凝土表面必须处于 饱水状态 拆除模板或撤除保温防护后 如表面温度骤降 混凝土就可能会产生龟裂 只有当混凝土任何部位 的温度都处于逐渐下降状态时才能撤除保温防护 大体积混凝土不能降温过快 因为当混凝土内外存在 温差时 表面骤冷的混凝土产生裂缝
16、的可能性很大 混凝土温度控制 的原则 升温不要太早和太 高 降温不要太快 混凝土 中心和表面之间 新老混凝土之间以及混凝土表面和大气之间的温差 不要太大 温度控制 的方法和制度要根据气温 季 节 混凝土内部温度 构件尺寸 约束情况 混凝土 配合 比等具体条件来确定 6 高性能耐久混凝土施工应注意的问题 混凝土拌制前 应测定砂 石含水率 根据测试 结果和理论 配合 比提出施工 配合 比并进行 首盘鉴 定 运输过程中 应确保混凝土不发生离析 漏浆 严重泌水及坍落度损失过多等现象 混凝土灌注过 程 中 应随时对混凝土进行振捣并保证使其均匀密 实 不过振 漏振 控制混凝土浇筑时的人模温度 拆 模时的温度及养护过程 中的温度 应制定明确 的控 制方案并有效地实施 混凝土掺加矿物掺和料 混 凝土硬化初期对温 湿度较为敏感 易发生 自收缩而 产生裂纹 所以 混凝 土浇筑捣实后应及时注意温 度变化 在湿养护的同时 应该保证混凝土表面温度 与内部温度和所接触的大气 温度之间温差不大于 2 O 采取保温和散热的综合措施 防止温降和温 差过大 混凝土任何部位的温度都处于逐渐下 降状 态时 才能撤除保湿防护
