黄解放

随着贵(阳)广(州)客运专线、长(沙)昆(明)客运专线等穿越云南、贵州、湖南山区的高速铁路工程的开工建设,山区高性能混凝土的施工控制中遇到的问题也逐一被关注。山区高性能混凝土施工最显著的特点就是施工环境较为复杂、混凝土拌合的原材料较为困难、现代化管理的手段应用受限制等。

本文根据某山区高速铁路项目的施工经验,对高性能混凝土的施工控制要点进行了论述,对类似工程有一定的借鉴意义。

1高性能混凝土的原材料控制

1.1 原材料选择标准

(1)水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,不宜使用早强水泥。

(2)细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂(细度模数2.6～3.0)。山区因河道运输较为困难,公路、铁路运输费用高昂,为控制施工成本,山区高性能混凝土一般选用质量符合《铁路混凝土工程施工技术指南》(铁建设【2010】241号6.3.3)要求的采用专门机组生产的人工砂。随着我国工程建设的迅猛发展,天然中粗河砂作为不可再生资源,其可供选择的范围越来越小,其质量管理和控制难度加大,天然砂的开采对环境破坏较大。由碎石生产的人工机制砂作为河砂的替代品,可较好地解决资源匮乏的难题,又可降低工程造价,可谓一举两得。

(3)粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石,也可采用碎卵石或卵石,不宜采用砂岩碎石,不得使用具有碱—碳酸盐反应活性的骨料。粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的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。粗骨料采用两级或多级配,其松散堆积密度大于1500kg/m3,紧密空隙率宜小于40%,吸水率小于2%(用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%)。

目前,我国粗骨料的生产水平仍较为落后,大部分碎石加工厂仍是由分散的小采石场生产,采用鄂式破碎机或中小型圆锥破碎机进行生产,由于破碎腔容量小和主要以挤压方式为主,自破碎能力弱,生产的碎石粒径不均匀、基本粒形差、含泥量高、针片状含量高(大于20%)。为确保高速铁路混凝土质量,铁道部要求使用年产量在100万m3以上的大型采石场的产品,采用大型圆锥破碎机及中、细碎反击式破碎机组成的二级破碎,取得能满足要求的碎石。

(4)矿物掺和料应选用品质稳定的产品。矿物掺和料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰。高速铁路高性能混凝土一般采用品质稳定的粉煤灰,C50以下的混凝土宜采用国标Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰,但烧失量不大于0.5%,细度不大于20%;C50及以上的混凝土宜采用国标Ⅰ级,但烧失量不大于3%。

矿粉作为高性能混凝土的矿物外加剂,较高的比表面积、适当的化学组成和较好的颗粒对提高混凝土性能十分有利。但比表面积增大,将增加矿粉生产成本,增大早期水化热;而矿粉的化学矿物组成与生产原料、工艺及淬冷工艺相关,控制难度较大。

(5)拌和用水可采用饮用水和无明显异味的天然水。用拌和用水和蒸馏水(或符合国家标准的生活饮用水)进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min,其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定。

(6)外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能明显提高混凝土耐久性能的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。

1.2 原材料储存与管理

高速铁路高性能混凝土一般要求采用集中拌合,拌和站占地一般为20～25亩,采用具有自动计量HSZ90以上的两台强制式拌和机,一般配置6个粉料储料罐,分别储存水泥、粉煤灰、矿粉(各2罐、以保证使用材料为已经检验合格材料),液体外加剂均采用罐装自动计量添加。

骨料堆场应事先进行硬化处理,料仓应设置遮雨棚等遮挡措施,并设置必要的排水条件以防止料仓积水。按要求分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。水泥、矿物掺和料等采用散料仓分别存储。水泥储装水泥过程中,采取措施降低水泥的温度或防止水泥升温。为确保矿粉、粉煤灰、水泥等粉剂的材料可追溯性,一般要求采用驻场签装。

混凝土原材料进场后,对原材料的品种、规格、数量以及质量证明书等进行验收核查,并按有关标准的规定取样和复验。经检验合格的原材料方可进场。对于检验不合格的原材料,按有关规定清除出场。及时建立“原材料管理台帐”,台帐内容包括进货日期、材料名称、品种、规格、数量、生产单位、供货单位、“质量证明书”编号、“复试检验报告”编号及检验结果等。“原材料管理台帐”填写正确、真实、项目齐全。

混凝土用水泥、矿物掺和料等采用散料仓分别存储。水泥储装水泥过程中,采取措施降低水泥的温度或防止水泥升温。为确保矿粉、粉煤灰、水泥等粉剂的材料可追溯性,一般要求采用驻场签装。

2混凝土拌合控制

2.1 施工配合比调整

混凝土批量生产前,应根据试验室配比和大堆料的级配、含水量换算施工生产配比。根据拌和站计量精度允许波动值确定施工生产配比的允许波动值。为确保施工配比的输入的准确性和严肃性,宜对试验人员和拌和站操作手分别授权,由试验人员输入施工配比,由拌和站操作手根据配比进行拌合操作。

2.2 原材料称量误差控制

混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,称量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计):胶凝材料(水泥、矿物掺和料等)±1%;外加剂±1%;粗、细骨料±2%;拌和用水±1%。为保证拌合设备的计量准确,除每隔半年请有相关资质的质量监督单位校验并出具合格证书外,施工单位还应在每次混凝土拌合前进行计量系统的自行校验,每周在监理监督下进行一次校验。

2.3 投料、搅拌方法

为保证高性能混凝土质量均匀、颜色一致,具有良好的流动性、黏聚性和保水性,采用二次投料法进行拌合,流程如下。

投入全部粉料(细骨料+水泥+超细掺和料)→搅拌均匀30s→(加入所需用水量+液体外加剂)→砂浆充分搅拌30s→投入粗骨料→继续搅拌至均匀60s。总搅拌时间不小于120s,也不宜超过180s。

因二次投料法搅拌时间比普通混凝土搅拌时间较长,有些施工单位为提高工效,盲目地减少搅拌时间或采取一次投料法进行搅拌,搅拌出的混凝土会出现和易性较差和混凝土强度较低等现象。为确保高性能混凝土施工质量,二次投料法必须严格执行且搅拌时间和顺序必须保证。

3高性能混凝土的施工阶段控制

3.1 混凝土运输

应采用混凝土运输车运送混凝土,确保浇筑工作连续进行。运输混凝土过程中,对运输设备采取保温隔热措施,防止局部混凝土温度升高(夏季)或受冻(冬季)。采取措施防止水份进入运输容器或蒸发,严禁在运输过程中向混凝土内加水。

山区施工条件普遍较差,因地势影响,施工便道较长,从拌合站到施工工点的运输时间以半个小时为宜。为确保混凝土运输顺畅,便道修建宜按山区三级公路修建标准修建,对软基地段进行加固,路面尽可能用混凝土硬化,可起到一劳永逸的效果。

3.2 混凝土浇筑

(1)浇筑混凝土前,检查钢筋保护层垫块的位置、数量及其紧固程度。构件侧面和底面的垫块至少为4个/m2,绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。

(2)混凝土入模前,测定混凝土的温度、坍落度和含气量等工作性能,只有拌和物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。

(3)混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m;当大于2m时,采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证混凝土不出现分层离析现象。

(4)混凝土的浇筑采用分层连续推移的方式进行,泵送混凝土的一次摊铺厚度不宜大于600mm,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝。

(5)应按事先规定的工艺路线和方式振捣混凝土,在混凝土浇筑过程中及时将浇筑的混凝土均匀振捣密实,不得随意加密振点或漏振,每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,一般不宜超过30s,避免过振。不得将振捣棒放在拌和物内平拖,也不得用插入式振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的混凝土拌和物。

3.3 混凝土养护

混凝土振捣完成后,尽量减少暴露时间,并用塑料薄膜紧密覆盖混凝土暴露面,防止表面水分蒸发。暴露面保护层混凝土初凝前后,卷起塑料薄膜,用抹子搓压表面至少二遍,使之平整后再次覆盖,注意覆盖物不要直接接触混凝土表面,直至混凝土终凝为止。

混凝土养护期间注意采取保温措施,防止混凝土表面温度受环境因素影响(如曝晒、气温骤降等)而发生剧烈变化。大体积混凝土施工前应制定严格的养护方案,控制混凝土内外温差满足设计要求。当设计无要求时,大体积混凝土内外温差不宜超过20℃。

3.4 高性能混凝土的质量检验

一般采用下述方法对实体混凝土质量进行检验。

(1)用肉眼或放大镜观察实体混凝土结构表面是否存在非外力裂缝。当混凝土表面出现非外力裂缝时,普通混凝土结构表面的裂缝最大宽度不得大于0.20mm,预应力混凝土结构不得出现结构性裂缝。

(2)采用无损检测方法进行混凝土保护层厚度的检测(当对混凝土保护层厚度检测结果有怀疑时,可采用局部破损的方法进行复核,复核结束后对破损部位进行及时修复),检验结果应满足设计要求。

(3)采用手提式混凝土渗透性测定仪测定结构表层混凝土56d龄期时抗水的渗透性,要求测定值不低于设计规定值或设定值(当设计无要求时),后者需在实验室通过对比试验确定。

(4)依据TB10426-2004对钻芯取样的具体要求,在现浇混凝土实体结构上随机钻芯抽取混凝土芯样。测定实体混凝土的电通量。测定结果应满足设计规定。

(5)在混凝土的试件成型后标准条件下养生至56d龄期时,进行抗冻性、抗渗性、抗压疲劳强度、Cl-渗透电通量试验。

2011年7月23日温州动车事故后,社会对高速铁路的施工质量更加关注,为确保山区高性能混凝土的施工万无一失,需从原材料控制、施工过程控制和管理环节加强。