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摘要:通过对哈大客运专线C30高性能混凝土的抗渗、抗氯离子渗透、抗裂性、耐腐蚀性、抗碱—骨料反应等指标进行试验,以确定哈大客运专线所用的C30高性能混凝土的配合比,同时介绍了高性能混凝土的现场施工以及提高混凝土耐久性的施工技术措施等。
关键词:哈大客运专线高性能混凝土应用
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0048-02
1 工程概述
哈大客运专线是当前我国为了缓解客运流量大的压力和提高客运质量所修建的“八纵八横”客运专线中的一条,且要求使用年限为100年,具有工期短、地质条件复杂、标准高等特点,因此混凝土的耐久性就显得尤为重要。
高性能混凝土的核心是保证混凝土的耐久性。混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、耐腐蚀性、抗冻性及抗碱—骨料反应性等。混凝土耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。耐久性对工程量巨大的混凝土工程来说意义非常重大,如果耐久性不足,将会产生非常严重的后果,甚至对未来社会造成极为沉重的负担。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因在于混凝土本身的内部结构。基于上述特点,高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。因此,高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手,以降低巨额的维修和重建费用。
2 C30高性能混凝土配合比的选取
2.1 原材料基本情况
原材料的选取根据“就地取材、质量合格、经济实惠”的原则进行筛选,其全项指标必须满足《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)及《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(铁科技【2005】101号)中的标准要求,具体情况如下。
2.1.1 水泥选用吉林亚泰鼎鹿水泥有限公司P.042.5级低碱水泥,其全项具体指标如表1所示。
2.1.2 粉煤灰选用哈尔滨三电建材原料有限责任公司的F类粉煤灰,具体指标如如表2所示。
2.1.3 细骨料选用榆树市大坡河沙,具体指标如表3所示。
2.1.4 粗骨料选用九台市二道沟石场5～25mm连续级配碎石(5～10mm∶10～25mm=15%∶85%),具体指标如表4所示。
2.1.5 外加剂选用山东菏泽联强建筑材料有限公司LQ-Ⅱ聚羧酸高性能减水剂,具体指标如表5所示。
2.1.6 水选用地下水,其技术指标满足《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)及《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)中拌合用水标准。
由于上述选择的细骨料及粗骨料碱活性均超过了＜0.10的标准规范,所以应采取有效措施控制混凝土单方碱含量不超过3.0kg/m3,如选用低碱水泥。
2.2 配合比设计
2.2.1 设计说明
哈大客运专线第二松花江特大桥工程钻孔灌注桩为C30高性能水下混凝土,设计使用年限100年,根据《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(铁科技【2005】101号)及施工技术要求,混凝土主要技术要求如下:
(1)工作性能:坍落度200±20mm,混凝土和易性、流动性好、不泌水、不抓底;
(2)耐久性指标:环境作用等级为T1,含气量≥2.0。抗裂性好,电通量＜1500C,碱含量≤3.0kg/m3。氯离子含量不超过胶凝材料总量的0.10%,胶凝材料抗蚀系数≥0.8。
(3)力学性能:根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设【2005】160号)规定,水下混凝土试配强度应提高10%,故C30水下混凝土试配强度为42.1MPa。
2.2.2 配合比选定
根据计算、试配、调整及强度、耐久性检验确定的设计配合比为(C∶F)∶S∶G∶W∶外加剂=(273∶117)∶760∶1094∶156∶3.9=(0.7∶0.3)∶1.95∶2.81∶0.40∶0.01,56d抗压强度为52.0MPa。
2.2.3 混凝土各项指标情况
(1)混凝土拌合物性能情况,如表6。
(2)单方混凝土总碱量计算:水泥、掺合料、外加剂、拌合水、总碱量为(273×0.59+117×0.7/6+3.9×0.8+156×0.0035)/100= 1.78kg/m3,符合标准不大于3.0kg/m3的要求。
(3)每方混凝土引入的氯离子总含量计算:水泥、砂、碎石、掺合料、外加剂、拌合水引入的氯离子总含量为(273×0.022%+117×0.004%+3.9×0.012%+156×0.0042%)/(273+117)=0.02%,符合标准不大于1.0%的要求。
(4)电通量计算
计算结果:Q平均=786C
结果评定:该混凝土电通量小于1500C,满足设计要求。
3 高性能混凝土的施工
3.1 混凝土的搅拌
(1)总搅拌时间控制在120～180s之间。
(2)严格控制混凝土施工配合比。原材料严格计量,并且不得随意加减外加剂及水用量。
(3)注意各种材料投入搅拌机的顺序,采用一次投料法时,其投料顺序为砂、水泥、石;采用强制式搅拌机搅拌的加料顺序是先投入细骨料、水泥和粉煤灰,搅拌均匀后,再加入外加剂及所需用水量,待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料,并继续搅拌至均匀为止,上述每一阶段的搅拌时间不宜少于30s。
(4)冬季施工采用加热水时,水温不得高于80℃,且投料时水泥、粉煤灰不得直接与热水接触。
(5)控制干料总量。
(6)搅拌好的混凝土要卸尽,不得采取边出料边进料的方法。
3.2 混凝土的浇筑、振捣
混凝土振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。
混凝土浇筑一定要严格分层振捣,分层厚度不能超过30cm,浇筑尽可能连续进行。普通混凝土施工中多采用插入式振捣器,为避免漏振、过振现象的发生,振捣时应特别注意以下规定:(1)每一振点的振捣时间,应保证混凝土振捣密实,即表面泛浆,不再出现气泡。(2)采用插入式振捣器的移动间距,不宜大于作用半径的1.5倍;振捣器距模板的距离应保持5～10cm,并应尽量避免碰撞钢筋、模板、芯管、吊环、预埋件等;为使上下层混凝土结合成整体,振动器应插入下层混凝土5～10cm。
3.3 混凝土的养护
普通混凝土一般在浇筑后12h内开始养护。在气温高于5℃时一般采用洒水或蓄水养护即自然养护,如平均气温低于5℃,不得浇水,养护时间不能少于7d。对有防水及高耐久性要求的混凝土要延长养护时间,不能少于28d,且蓄水养护更优于洒水养护。混凝土表面不便浇水时,应涂刷保护层如薄膜养生液等。
4 提高混凝土耐久性的措施
4.1 掺入高效减水剂
在保证混凝土拌合物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减少水胶比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。研究表明,当水胶比降低到0.40以下时,消除毛细管孔隙的目标便可以实现,而掺入高效减水剂,完全可以将水胶比降低到0.40以下。
4.2 掺入高效活性矿物掺料
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。此外,还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用,对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。
4.3 消除混凝土自身的结构破坏因素
除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外,混凝土本身的一些物理化学因素,也可能引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土失效。因此,要提高混凝土的耐久性,就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、SO3、Cl-等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量,加强施工控制环节,避免收缩及温度裂缝产生,以提高混凝土的耐久性。
4.4 保证混凝土的强度
在混凝土能充分密实的条件下,随着水胶比的降低,混凝土的孔隙率降低,混凝土的强度不断提高。与此同时,随着孔隙率降低,混凝土的抗渗性提高,因而各种耐久性指标也随之提高。
在当前的耐久性混凝土中,除掺入高效减水剂外,还掺入了活性矿物材料,它们不但增加了混凝土的密实性,而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时,也大幅度地提高了混凝土的耐久性。
5 工程结语
耐久性混凝土在配制上的特点是低水灰比,选用优质原材料,除水泥、水和骨料外,必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂,减少水泥用量,减少混凝土内部孔隙率,减少体积收缩,提高强度,提高耐久性。
耐久性混凝土具有使用期限长、维修费用少等特点,在我国的铁路建设中得到了应用和推广。因此,在未来的铁路客运专线建设中,提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。
参考文献
[1] 高速与客运专线铁路施工工艺手册,杜永昌(主编),科学技术文献出版社(2006.10).
[2] 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准(铁建设【2005】160号),中国铁道出版社(2006.11).
[3] 山西建筑,2007年6月.
关键词:哈大客运专线高性能混凝土应用
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0048-02
1 工程概述
哈大客运专线是当前我国为了缓解客运流量大的压力和提高客运质量所修建的“八纵八横”客运专线中的一条,且要求使用年限为100年,具有工期短、地质条件复杂、标准高等特点,因此混凝土的耐久性就显得尤为重要。
高性能混凝土的核心是保证混凝土的耐久性。混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、耐腐蚀性、抗冻性及抗碱—骨料反应性等。混凝土耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。耐久性对工程量巨大的混凝土工程来说意义非常重大,如果耐久性不足,将会产生非常严重的后果,甚至对未来社会造成极为沉重的负担。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因在于混凝土本身的内部结构。基于上述特点,高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。因此,高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手,以降低巨额的维修和重建费用。
2 C30高性能混凝土配合比的选取
2.1 原材料基本情况
原材料的选取根据“就地取材、质量合格、经济实惠”的原则进行筛选,其全项指标必须满足《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)及《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(铁科技【2005】101号)中的标准要求,具体情况如下。
2.1.1 水泥选用吉林亚泰鼎鹿水泥有限公司P.042.5级低碱水泥,其全项具体指标如表1所示。
2.1.2 粉煤灰选用哈尔滨三电建材原料有限责任公司的F类粉煤灰,具体指标如如表2所示。
2.1.3 细骨料选用榆树市大坡河沙,具体指标如表3所示。
2.1.4 粗骨料选用九台市二道沟石场5～25mm连续级配碎石(5～10mm∶10～25mm=15%∶85%),具体指标如表4所示。
2.1.5 外加剂选用山东菏泽联强建筑材料有限公司LQ-Ⅱ聚羧酸高性能减水剂,具体指标如表5所示。
2.1.6 水选用地下水,其技术指标满足《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)及《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)中拌合用水标准。
由于上述选择的细骨料及粗骨料碱活性均超过了＜0.10的标准规范,所以应采取有效措施控制混凝土单方碱含量不超过3.0kg/m3,如选用低碱水泥。
2.2 配合比设计
2.2.1 设计说明
哈大客运专线第二松花江特大桥工程钻孔灌注桩为C30高性能水下混凝土,设计使用年限100年,根据《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(铁科技【2005】101号)及施工技术要求,混凝土主要技术要求如下:
(1)工作性能:坍落度200±20mm,混凝土和易性、流动性好、不泌水、不抓底;
(2)耐久性指标:环境作用等级为T1,含气量≥2.0。抗裂性好,电通量＜1500C,碱含量≤3.0kg/m3。氯离子含量不超过胶凝材料总量的0.10%,胶凝材料抗蚀系数≥0.8。
(3)力学性能:根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设【2005】160号)规定,水下混凝土试配强度应提高10%,故C30水下混凝土试配强度为42.1MPa。
2.2.2 配合比选定
根据计算、试配、调整及强度、耐久性检验确定的设计配合比为(C∶F)∶S∶G∶W∶外加剂=(273∶117)∶760∶1094∶156∶3.9=(0.7∶0.3)∶1.95∶2.81∶0.40∶0.01,56d抗压强度为52.0MPa。
2.2.3 混凝土各项指标情况
(1)混凝土拌合物性能情况,如表6。
(2)单方混凝土总碱量计算:水泥、掺合料、外加剂、拌合水、总碱量为(273×0.59+117×0.7/6+3.9×0.8+156×0.0035)/100= 1.78kg/m3,符合标准不大于3.0kg/m3的要求。
(3)每方混凝土引入的氯离子总含量计算:水泥、砂、碎石、掺合料、外加剂、拌合水引入的氯离子总含量为(273×0.022%+117×0.004%+3.9×0.012%+156×0.0042%)/(273+117)=0.02%,符合标准不大于1.0%的要求。
(4)电通量计算
计算结果:Q平均=786C
结果评定:该混凝土电通量小于1500C,满足设计要求。
3 高性能混凝土的施工
3.1 混凝土的搅拌
(1)总搅拌时间控制在120～180s之间。
(2)严格控制混凝土施工配合比。原材料严格计量,并且不得随意加减外加剂及水用量。
(3)注意各种材料投入搅拌机的顺序,采用一次投料法时,其投料顺序为砂、水泥、石;采用强制式搅拌机搅拌的加料顺序是先投入细骨料、水泥和粉煤灰,搅拌均匀后,再加入外加剂及所需用水量,待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料,并继续搅拌至均匀为止,上述每一阶段的搅拌时间不宜少于30s。
(4)冬季施工采用加热水时,水温不得高于80℃,且投料时水泥、粉煤灰不得直接与热水接触。
(5)控制干料总量。
(6)搅拌好的混凝土要卸尽,不得采取边出料边进料的方法。
3.2 混凝土的浇筑、振捣
混凝土振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。
混凝土浇筑一定要严格分层振捣,分层厚度不能超过30cm,浇筑尽可能连续进行。普通混凝土施工中多采用插入式振捣器,为避免漏振、过振现象的发生,振捣时应特别注意以下规定:(1)每一振点的振捣时间,应保证混凝土振捣密实,即表面泛浆,不再出现气泡。(2)采用插入式振捣器的移动间距,不宜大于作用半径的1.5倍;振捣器距模板的距离应保持5～10cm,并应尽量避免碰撞钢筋、模板、芯管、吊环、预埋件等;为使上下层混凝土结合成整体,振动器应插入下层混凝土5～10cm。
3.3 混凝土的养护
普通混凝土一般在浇筑后12h内开始养护。在气温高于5℃时一般采用洒水或蓄水养护即自然养护,如平均气温低于5℃,不得浇水,养护时间不能少于7d。对有防水及高耐久性要求的混凝土要延长养护时间,不能少于28d,且蓄水养护更优于洒水养护。混凝土表面不便浇水时,应涂刷保护层如薄膜养生液等。
4 提高混凝土耐久性的措施
4.1 掺入高效减水剂
在保证混凝土拌合物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减少水胶比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。研究表明,当水胶比降低到0.40以下时,消除毛细管孔隙的目标便可以实现,而掺入高效减水剂,完全可以将水胶比降低到0.40以下。
4.2 掺入高效活性矿物掺料
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。此外,还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用,对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。
4.3 消除混凝土自身的结构破坏因素
除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外,混凝土本身的一些物理化学因素,也可能引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土失效。因此,要提高混凝土的耐久性,就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、SO3、Cl-等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量,加强施工控制环节,避免收缩及温度裂缝产生,以提高混凝土的耐久性。
4.4 保证混凝土的强度
在混凝土能充分密实的条件下,随着水胶比的降低,混凝土的孔隙率降低,混凝土的强度不断提高。与此同时,随着孔隙率降低,混凝土的抗渗性提高,因而各种耐久性指标也随之提高。
在当前的耐久性混凝土中,除掺入高效减水剂外,还掺入了活性矿物材料,它们不但增加了混凝土的密实性,而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时,也大幅度地提高了混凝土的耐久性。
5 工程结语
耐久性混凝土在配制上的特点是低水灰比,选用优质原材料,除水泥、水和骨料外,必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂,减少水泥用量,减少混凝土内部孔隙率,减少体积收缩,提高强度,提高耐久性。
耐久性混凝土具有使用期限长、维修费用少等特点,在我国的铁路建设中得到了应用和推广。因此,在未来的铁路客运专线建设中,提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。
参考文献
[1] 高速与客运专线铁路施工工艺手册,杜永昌(主编),科学技术文献出版社(2006.10).
[2] 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准(铁建设【2005】160号),中国铁道出版社(2006.11).
[3] 山西建筑,2007年6月.