900T铁路预制箱梁混凝土施工控制

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  【摘 要】 900T铁路预制箱梁是近几年铁路客运专线中普遍采用的一种新梁型,由于箱梁体积比较大,混凝土为高性能无收缩混凝土,因此混凝土施工过程就成为此类箱梁所有施工过程中难度最大、要求最高的一个环节。本文根据工程实践,对混凝土在施工中的控制进行了详细说明。
  【关键词】 900T铁路预制箱梁;混凝土;施工控制
  1 引言
  900T铁路预制箱梁结构体积较大,设计要求为100年使用寿命,对于这种具有特殊要求的大体积高性能混凝土工程的施工,可根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》等相关标准来指导我们进行。所谓高性能混凝土,就是对混凝土强度等以往技术指标要求的同时特别强调了决定混凝土耐久性的几个方面:1.C50混凝土胶凝材料总量不宜高于500kg/m3;2.混凝土碱含量应小于3.5kg/m3;3.混凝土中氯离子总含量不应超过胶凝材料的0.01%;4.混凝土含气量不应小于2.0%;5.混凝土的养护,这几方面的控制可以对混凝土的耐久性有很大的提高。另外在保证箱梁整体性的同时防止其在不同部位产生裂缝,围绕这一主题从以下几个方面进行说明:
  (1)混凝土原料的选用和检验的控制;
  (2)配合比的选定及运用的控制;
  (3)混凝土的拌制和运输的控制;
  (4)混凝土浇筑及振捣的控制;
  (5)混凝土的养护的控制
  2 工程概况
  福厦铁路客运专线福清制梁场主要生产32米、线间距5米的双线铁路标准箱梁,混凝土理论方量为318.1立方米,梁长32.6米,梁高3米,顶板宽度13.4米,底板宽度5.74米。拌和站与制梁台座最远距离300米,120m3/h拌和机2台,装载机2台,HBT80C型地泵4台;HG28F型布料机2台,汽车泵1台,8方砼运输车4台,提浆整平机1台。
  3 施工控制
  3.1材料技术要求
  (1)水泥:采用江西万年青P.O42.5普通硅酸盐水泥,各项性能指标如下表:
  检测项目 细度(%) 标准稠度用水量(%) 初凝
  时间 终凝
  时间 安定性 3天抗折强度(Mpa) 3天抗压强度(Mpa) 碱含量(%) CL-(%) CaO
  (%) MgO
  (%) SO3
  (%)
  检测结果 1.4 27.8 157min 220min 合格 5.8 29.9 0.45 0.04 0.69 1.88 2.33
  (2)矿物掺和料采用品质稳定的产品。粉煤灰采用漳州益材公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰,矿粉采用福建大地管桩有限公司生产的S95级矿粉,各项性能指标如下表:
  检测项目 细度(%) 烧失量(%) 需水量比(%) Cl-含量(%) 碱含量(%) SO3含量(%) CaO含量(%) 胶砂流动度(%) MgO(%)
  粉煤灰检测结果 7.5 1.22 96 0.012 0.480 0.66 2.35
  矿粉检测结果 420 0.48 96 0.01 0.462 0.105 107 12.6
  (3)细骨料选用级配合理,质地均匀,坚固性吸水率低,空隙率小的洁净天然中粗砂;本项目所采用的细骨料为闽候闽江白沙砂场中砂,性能指标如下表:
  检测项目 表观密度kg/m3 堆积密度kg/m3 空隙率(%) 含泥量(%) 细度模数(%) 坚固性(%) 轻物质含量(%) 碱活性 CL-(%) 云母含量(%)
  检测结果 2630 1540 41.4 0.8 2.8 2 0.2 非碱
  活性 0.004 0.27
  (4)粗集料选用黄晶岭碎石场生产的二级级配,5~10mm和10~20mm的按质量比4:6掺配,级配合理、粒形良好、质地均匀;其各项指标均能满足混凝土的设计规定,其各项性能指标如下表:
  检测项目 表观密度kg/m3 堆积密度kg/m3 空隙率(%) 含泥量(%) 针片状含量(%) 压碎指标(%) 坚固性(%) 硫化物及硫酸盐含量(%)
  检测结果 2640 1630 38 0.3 4.6 3.9 2.0 0.26
  (5)外加剂采用南昌创新外加剂有限公司生产的LCX-9型高效减水剂,具有减水率高、掺量少、坍落度损失小、适量引气的产品,各项性能指标都能满足混凝土耐久性的设计要求,其各项性能指标如下表:
  检测项目 减水率
  (%) 泌水率
  (%) 含气量
  (%) 抗压强度比28d(%) 碱含量
  mg/L Cl-(%) Na2SO4
  (%) 收缩率比(%) 水泥净浆流动度(%)
  检测结果 32.1 15.1 5.0 138 2.72 0.104 1.97 105 282
  (6)拌合水采用梁场内一号井水,其性能指标符合高性能混凝土耐久性的设计要求,各项性能指标如下表:
  检测项目 PH值 不溶物mg/L 可溶物mg/L 氯化物mg/L 硫酸盐mg/L 碱含量mg/L 抗压强度比28d(%)
  检测结果 7.14 152 116 23 168.6 11.6 97.0
  3.2设计配合比
  经过多次试验和比选,最终确定了C50高性能混凝土理论配合比,以每立方混凝土材料用量表示:
  砼标号 配合比(kg)
  水泥 粉煤灰 矿粉 砂 大石 小石 外加剂 水
  C50 252 58 174 663 650 433 5.082 145
  在正式打梁前,我们又通过浇筑一批试验梁来确定施工配合比,试验梁的模型为1m3标准的立方体。然后又完全按照制梁条件在制梁台座上浇筑一段1.5m长的试验梁,待达到预期效果后方开始正式制梁。   3.3混凝土拌制和运输
  3.3.1混凝土拌制
  (1)混凝土采用拌合站集中拌制,严格按照配合比(试验室对砂石料进行含水率测定,根据理论配合比开具《混凝土施工配料通知单》)进行配料、称量,配料误差控制在允许范围内搅拌前要检查计量等设备是否正常,合格后方可搅拌。原材料投料顺序为:砂→水泥及掺和料、复合型外加剂→水→碎石→外加剂。
  (2)配制混凝土拌合物时,水、水泥、掺合料、外加剂的称量应准确到±1%粗、细骨料的称量±2%(均以质量计)。混凝土拌合物配料采用自动计量装置,粗、细骨料的含水量应及时测定,并按实际测定值调整用水量、粗、细骨料用量;禁止拌合物出机后加水。
  (3)前3盘每盘测定坍落度,稳定后每20盘测一次。
  (4)混凝土入模温度控制在5~30℃。混凝土含气量控制在2~4%。混凝土塌落度控制在180~220mm
  (5)混凝土拌制速度应和灌注速度密切配合,拌制服从灌注,以免灌注工作因故停顿而使机内储存混凝土。施工中还应考虑到泵送性能、初凝时间、工作度等因素。
  (6)炎热季节搅拌混凝土时,宜采取措施控制水泥的入搅拌机温度不大于40℃(必要时用深井水中淋水泥罐进行降温)。采取在骨料堆场搭设遮阳棚、采用低水温搅拌混凝土等措施降低混凝土拌合物的温度,或尽可能在傍晚和晚上搅拌混凝土,以保证混凝土的入模温度满足要求。
  (7)总搅拌时间不宜少于120S,也不宜超过180S,采用混凝土运输车运送混凝土时尚应考虑运输途中搅拌的时间。
  (8)减水剂采用溶液加入,为充分发挥减水剂的作用,在拌和时其溶液宜用后添法,加入减水剂后,混凝土拌和料在搅拌机中持续搅拌时间不得少于30S,减水剂的含水量应计入拌和总用水量中。
  开盘后的第一盘混凝土应适当增加胶凝材料。前三盘试验室应逐盘测试混凝土的坍落度、观测和易性并适当调整用水量,直到混凝土和易性及坍落度均符合配合比的要求为止。
  3.3.2混凝土运输
  (1)混凝土运输采用4台混凝土罐车运输,2台混凝土泵车进行泵送,2台布料机(1台汽车泵备用)进行水平布料。
  (2)混凝土运输车到达泵车受料斗前时,使运输车高速旋转20~30s,再将混凝土喂入泵车受料斗。
  (3)泵送混凝土前,应先泵送清水,后泵送约1m3水泥砂浆,以润滑管道,泵送出来的砂浆用罐车运至指定地方或封闭地面用,不得用于梁体浇筑。砂浆泵送之后可泵送混凝土拌合物,直至出现均匀连续拌合物后方可将布料口移入模内进行混凝土浇筑。开始泵送时,混凝土泵应处于慢速、匀速并随时可反泵状态。泵送速度,应先慢后快,逐步加速。同时,应观察混凝土泵的压力和系统的工作情况,待各系统运转顺利后,方可以正常速度进行泵送。
  当混凝土泵送出现压力升高且不稳定、油温升高、输送管明显振动等现象而泵送困难时,不得强行泵送,并应立即查明原因,采取措施排除。可先用木槌敲击输送管弯管、锥形管等部位,并进行慢速泵送或反泵,防止堵塞。
  (4)混凝土泵开始工作后,中途不得停机。特殊情况下,停机时间超过15min,应每隔4~5min开泵一次,使泵机进行正转和反转两个方向的运动,同时开动料斗搅拌器,防止料斗中混凝土离析。
  (5)混凝土泵送完毕后应立即用清水清洗管道,直到管道排出清水为止。
  3.4混凝土浇筑和振捣
  混凝土在入模前要在现场检测混凝土的坍落度、入模温度和含气量,另外还要测环境温度和模板温度,使模板温度不大于30℃。混凝土入模温度控制在5~30℃。混凝土含气量控制在2~4%。
  3.4.1混凝土浇筑
  (1)砼浇筑前以及浇筑过程中,仔细检查模板、支架、钢筋、预埋件的加固情况和保护层垫块位置、数量等,并指定专人进行重复性检查。
  (2)混凝土浇筑:一次成型,灌筑时间控制在6h以内,振捣以插入式振捣棒为主,附着式振捣器(安装在侧模及端模上)为辅。
  (3)浇筑顺序:从一端向另一端,斜向分段、水平分层、两侧腹板对称、连续浇筑。同一断面混凝土灌筑顺序为先腹板根部后底板,再腹板上部,最后顶板应从翼缘板边两侧由外向内对称浇筑。每层混凝土的浇筑高度30~40cm,每层连续推移,上下两层浇筑间隙时间不超过90min,防止出现施工缝。梁体混凝土灌筑顺序如下图所示:
  (4)底腹板混凝土灌注时,将混凝土从顶板沿腹板布料,振捣至底板,确保混凝土在下料过程中不离析和不污染箱梁内模系统(顶板上腹板上方的两侧用木板或蓬布进行覆盖)。在梁端部加厚部分进行一次浇筑完腹板。对于3m的渐变段的斜坡,在混凝土终凝前采取人工收坡,抹平压光。
  (5)考虑到箱梁内模上浮及底板混凝土的密实,内模不封底,但为防止灌注腹板时混凝土拌合物的大量挤出,又要给腹板混凝土下陷予以阻力以达到腹板的密实,因此在内模侧面拐角初加放压浆板。压浆板宽度为30~50cm。
  (6)在灌筑腹板混凝土时,由有经验的人在箱梁内用小锤敲击内模,检查混凝土密实情况,对混凝土填充不密实的地方,随时采取措施,确保混凝土填充密实。
  (7)混凝土浇筑完后,采用提浆整平抹面机将混凝土浇注至设计标高后随即进行第一次抹面收平,并且做好桥面流水坡及底版汇水坡。端边墙、内边墙进行第一次抹面收平时要抹出棱角。第一次抹面收平从一端向另一端。在初凝前进行第二次赶压抹面收平,以保证顶板尺寸,并防止裂纹产生。
  3.4.2混凝土振捣
  (1)用Φ70和Φ30型振捣棒沿保护层混凝土插入,清除表面气泡。插入式振捣器在振捣过程中严格控制布振间距和振捣时间,注意快插慢拔。在腹板混凝土灌注时,一定要严格控制分层厚度,上下层混凝土间歇时间不超过下层混凝土初凝时间。   (2)插入式振捣器的移动间距不大于作用半径的1.5倍,并与侧模保持5~10cm的距离。插入式振捣器每次插入下层砼的深度宜为5~10cm。附着式振捣器分布在侧模外侧,两层梅花形布置,高度分别为底模以上90cm和180cm,纵向间距为180cm。
  (3)附着式振捣器由有经验的人员专人指挥,短振勤振,以砼不再下落,不出现气泡,表面呈现浮浆为度,一次振捣时间不得大于20秒,导振区约20秒,下料区约30秒,重振区约40秒,一般振区约20秒。灌注上层砼时,不得开启下层已筑好砼部分的外部振捣器。
  3.4.3浇筑过程中混凝土的性能和坍落度的控制
  (1)坍落度的控制:在生产过程中,由于高性能混凝土具有很高的粘聚性,在输送过程中对泵管的摩阻力较大。浇筑底板过程中:坍落度适当放大,入模坍落度控制在200~220mm左右;浇筑腹板时:坍落度可适当减小以免底板翻浆过多,本次施工中腹板坍落度控制在190~200mm范围内;在浇筑顶板时:坍落度控制在190mm左右;混凝土通过振捣,没出现泌水,浮浆现象;有利于现场混凝土收浆。
  (2)施工中现场混凝土的各项性能都能达到耐久性混凝土的要求,以下表格中所列出的数据为一跨箱梁混凝土浇筑过程中采集的七组样本数据,其性能指标举例如下:
  入模温度℃ 26.6 27.1 25.9 25.4 25.7 23.8 22.4
  入模坍落度℃ 220 220 210 220 210 200 200
  含气量(%) 3.6 3.7 3.5 3.4 3.4 3.5 3.6
  3.5混凝土养护
  由于梁场所处为福建地区中东部,四季气候湿润温暖,一年中最高温度39℃、最低温度8℃,一天中早晚最大温差不大于8℃,所以我们没有采用蒸养措施,主要以自然洒水养护结合养护剂养护。养护控制是高性能混凝土施工控制中的一个关键环节,由于高性能混凝土水胶比小、密实度大,砼表层水分蒸发后内部毛细管难以补充,造成表面干燥缺水,形成干缩裂纹。
  (1)混凝土初次收浆抹面完成后,及时对混凝土暴露面(顶板和低板腔内顶面)可用塑料薄膜进行紧密覆盖,尽量减少暴露时间,防止表面水分蒸发。暴露面保护层混凝土初凝前,揭开薄膜。再次用抹子搓压表面,使之平整后覆盖土工布后洒水。这个阶段要进行不间断洒水养护。
  (2)当梁体经初张拉移出制梁台座后,进行顶板、箱内底板洒水养护和外侧腹板喷涂养护剂养护。养护次数根据环境温度而定,初始阶段白天一般为3次,夜间为一次。养护剂只喷洒一次,如遇大风或其他原因使养护剂脱落,要及时补充。
  自然养护时间从灌注完开始计,不少于14天。
  (3)在对梁体进行自然养护的同时,对随梁养护混凝土试件进行洒水养护,使试件与梁体混凝土强度同步增长。梁体养护用水与拌制梁体混凝土用水相同。
  (4)梁体养护期间,采取措施保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差、箱内与箱外温差不超过15℃。定时对各项温度进行测定。
  以下是对任意一片梁的6个测温部位统计整理的梁体内混凝土温度,测温时间为2007年5月9日~5月10日
   项目
  测点 升温最高所经历的时间(h) 最高值℃ 最低值℃ 温度差℃
  1 22 50.2 23.9 26.3
  2 18 50.5 23.7 26.8
  3 18 41.2 22.1 19.1
  4 16 42.6 22.1 20.5
  5 16 51.9 22.4 29.5
  6 16 48.5 21.9 26.6
  用于施工控制的混凝土试件与梁体同条件养护。用于28天强度评定的混凝土试件,按标准养护条件进行养护。
  4 结束语
  福厦铁路客运专线福清制梁场通过以上施工标准和方法对此类箱梁混凝土进行了严格的质量控制。实践证明:无论从保证工程质量、加快工程进度,还是降低工程造价等各方面均具有较强的先进性,从而为企业创造了良好的经济和社会效益。
  (1)箱梁无论从外观和整体性都达到了预期的要求,养护方法得当使梁体没有出现收缩裂缝,经过对箱梁的各项试验指标进行检测均在标准范围内。
  (2)每片梁的混凝土浇筑时间均控制在5~6小时以内,既保证了混凝土得到充分的振捣,又有效的节省了工作时间和提高了工作效率。
  (3)通过对混凝土配合比的反复试验和必选,最终确定了用料最省、性能最优的混凝土配合比方案。另外在浇筑中严格控制水泥用量,减少不必要的浪费。这些都大大降低了工程成本,为企业带来了经济效益。
  (4)业主在多次综合考察评定中,组织全线监理和施工单位的有关人员进行现场观摩,相互交流成功经验,从而为企业赢得了较高的声誉。
  参考文献:
  [1]《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》铁科技函[2005]120号
  [2]《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设[2005]157号
  [3]《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005
  [4]《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
  [5]《铁路混凝土工程质量验收补充标准》铁建设[2005]160号
  [6]《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基[2005]101号
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