自密实混凝土在桥梁施工中的应用

2010-08-15李冠东

山西建筑 2010年8期

李冠东

传统混凝土浇筑过程中一般采用人工进行振捣,当遇到结构配筋中有大量的普通钢筋时,给混凝土振捣带来很大不便,难以达到振捣效果。而自密实混凝土施工,混凝土不需振捣,投入人工、机具少,施工周期短,操作方法简单,混凝土施工质量容易保证。

1 工程概况

2007年由中铁三局六公司承建的太原市长风桥立交改造工程东侧立交工程,南北两座匝道桥梁全部采用非预应力现浇箱梁设计,梁体中配置大量的普通钢筋,箱梁内模施工完成后形成许多盲区,给混凝土灌注施工带来很大的困难;同时工期要求紧,箱梁混凝土浇筑几乎采用平行施工,需投入大量的人力、机具才能满足施工需求。综合考虑后,决定采用自密实混凝土进行箱梁混凝土施工。通过该工艺施工后全部梁体内实外美,得到建设单位、监理单位的一致好评。

2 自密实混凝土工作机理

根据公式τ=τ0+η◦Y(宾汉姆工程),在外力作用下混凝土拌合物内部产生的剪应力τ不小于阻止塑性变形能力即屈服剪应力τ0时,混凝土开始流动;η为混凝土拌合物内部阻止其流动的一种性能,称为塑性粘度;τ0,η为反映混凝土拌合物工作性能的两个主要流变参数。屈服剪应力τ0和塑性粘度η既是混凝土开始流动的前提,又是不离析的条件。制备自密实混凝土的原理是通过骨料、外加剂、胶凝材料和细掺剂的优选和配合比的优化设计,使τ0减小到适宜范围,同时又具有足够的塑性粘度,使骨料悬浮于水泥浆中,不出现离析和泌水问题,能自由流淌,充分填充模型内的空间,形成密实且均匀的结构,此外,混凝土拌合物的浆固比和砂率值对工作性能也有很大影响。

3 自密实混凝土施工工艺

3.1 自密实混凝土的配合比优化

3.1.1 优化原材料

1)骨料和水泥。为了保证自密实混凝土具有较好的流态,粗骨料要求质地坚硬、表面圆滑、针片状含量尽可能低,并控制最大粒径为16 mm～20 mm,细骨料宜选用形状光滑、细度模数控制在2.4～2.8之间级配良好的中砂或中粗砂;配制自密实混凝土的水泥品种和标号,根据强度和耐久性能要求选择。2)优质掺合料的使用。优质粉煤灰是目前常用的活性掺合料,通过其形态效应、界面效应、减水效应,改善混凝土拌合物的和易性,提高自密实混凝土的流变性能和抗离析性能。3)外加剂的选用。自密实混凝土对外加剂有较强的依赖性。依靠复合高效减水剂,对混凝土的流动性能有极大的改善。目前研制成功的第三代聚羧酸盐类高效减水剂具有极强的减水性能,减水率高达40%以上,并能够极大地改善自密实混凝土的流动性能,同时具有超强的粘聚性能和自密实性能,还具有良好的工作性能保持能力,有利于提高自密实混凝土的早期强度和改善自密实混凝土的抗收缩性能。

3.1.2 配合比优化

1)水胶比。配制自密实混凝土时须严格限制水胶比值,通过使用掺合料和高效减水剂来改善其流动性能,自密实混凝土的水胶比应严格控制在0.4以下。2)优化砂率。在保证自密实混凝土流动性指标的同时,应尽量降低砂率值,使其具有较好的抗变形能力,即较高的弹性模量指标。自密实混凝土的砂率一般宜控制在40%～45%之间。3)优化骨料级配。骨料参数对自密实混凝土工作性能的影响是不言而喻的,在配制自密实混凝土时,必须对骨料级配进行优化。4)自密实混凝土的强度。自密实混凝土的配制强度仍以28 d抗压强度 R作为其设计强度的控制指标,但由于自密实混凝土中掺加了高效减水剂和优质掺合料,故其设计强度无法与普通混凝土一样建立经验公式,必须考虑外加剂和掺合料的影响。对于使用不同品种高效减水剂的自密实混凝土,当采用与普通混凝土相同的配合比时,其28 d抗压强度一般可提高8%～20%,但由于掺加了大量掺合料,其早期强度较低,施工时需充分考虑这一特征。

3.2 操作要点

3.2.1 自密实混凝土的搅拌要点

1)搅拌时每盘计量允许偏差不超过2%。2)准确控制拌和用水量,仔细测定砂石中的含水率,每工作班测两次。3)投料顺序:投入粗骨料、细骨料、喷淋加水 W1、水泥、掺合料、剩余水 W2,搅拌30 s后加入高效减水剂,搅拌90 s后出料。

3.2.2 自密实混凝土的运输要点

1)罐车装入混凝土前应仔细检查并排除车内残存的刷车水。2)自密实混凝土的运送及卸料时间控制在2 h以内,以保证自密实混凝土的高流动性。

3.2.3 自密实混凝土的浇筑要点

1)检查模板接缝不得有大于1.5 mm的缝隙。2)泵管使用前用水冲净,并用同配比碱石砂浆冲润泵管,以利于垂直运输。3)卸料前罐车高速旋罐90 s左右,再卸入混凝土输送泵,由于触变作用可使混凝土处于最佳的工作状态,有利于混凝土自密实成型。4)保持连续泵送,必要时降低泵送速度。5)自密实混凝土浇筑时,尽量减少泵送过程对混凝土高流动性的影响,使其和易性能不变。6)浇筑过程中设置专门的专业技术人员在施工现场值班,确保混凝土质量均匀稳定,发现问题及时调整。7)浇筑时在浇筑范围内尽可能减少浇筑分层(分层厚度为1 m),使混凝土的重力作用得以充分发挥,并尽量不破坏混凝土的整体粘聚性。8)使用钢筋插棍进行插捣,并用锤子敲击模板,起到辅助流动和辅助密实的作用。9)自密实混凝土浇筑至设计高度后可停止浇筑,20 min后再检查混凝土标高,如标高略低进行复浇,以保证达到设计要求。

3.2.4 自密实混凝土的养护要点

1)自密实混凝土浇筑完毕后,梁面采用无纺布进行覆盖,柱面采用双层塑料包裹,以防止水分散失,终凝后立即洒水养护,不间断保持湿润状态。2)养护时间不少于14 d,混凝土表面与内部温差小于25℃。

4 技术特点

1)根据流变理论,通过对骨料、外加剂、胶凝材料等组分的合理选择与配合比优化,可使混凝土在骨料自重下不用振捣自行密实,有良好的工作性能。硬化的自密实混凝土具有良好的力学性能和耐久性能。2)混凝土生产质量控制应保证原材料的质量及骨料的精度。混凝土入泵前必须确保坍落度在250 mm～270 mm,扩散度不小于600 mm。3)自密实混凝土技术在一些特殊工程、特殊条件下可发挥普通混凝土不可替代的作用,在普通混凝土结构中也可大量应用。4)自密实混凝土无需振捣,只需少量的人工机具配合。5)能保证安全质量;施工速度快,施工方法简单,易于施工人员掌握;工作面施工人员配置少;机械配置程度要求不高。

5 综合效益分析

5.1 经济分析

1)自密实混凝土增加了粉煤灰用量,外加剂费用也比普通泵送混凝土略高,但水泥用量减少了,经测算两者在材料成本上基本持平。2)自密实混凝土节省了振捣设备,减少了机械费用、电能费用及人工费用。3)自密实混凝土在城市市区和居民住宅中可以连续施工,缩短工程建设周期。4)采用自密实混凝土,初步测算每立方米混凝土节约约为20元,全国每年使用20亿m3混凝土,若大量采用该技术,每年节约资金非常可观。