山區高性能混凝土施工控制要點

黃解放

隨著貴(陽)廣(州)客運專線、長(沙)昆(明)客運專線等穿越云南、貴州、湖南山區的高速鐵路工程的開工建設,山區高性能混凝土的施工控制中遇到的問題也逐一被關注。山區高性能混凝土施工最顯著的特點就是施工環境較為復雜、混凝土拌合的原材料較為困難、現代化管理的手段應用受限制等。

本文根據某山區高速鐵路項目的施工經驗,對高性能混凝土的施工控制要點進行了論述,對類似工程有一定的借鑒意義。

1高性能混凝土的原材料控制

1.1 原材料選擇標準

(1)水泥選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,不宜使用早強水泥。

(2)細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂(細度模數2.6～3.0)。山區因河道運輸較為困難,公路、鐵路運輸費用高昂,為控制施工成本,山區高性能混凝土一般選用質量符合《鐵路混凝土工程施工技術指南》(鐵建設【2010】241號6.3.3)要求的采用專門機組生產的人工砂。隨著我國工程建設的迅猛發展,天然中粗河砂作為不可再生資源,其可供選擇的范圍越來越小,其質量管理和控制難度加大,天然砂的開采對環境破壞較大。由碎石生產的人工機制砂作為河砂的替代品,可較好地解決資源匱乏的難題,又可降低工程造價,可謂一舉兩得。

(3)粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹系數小的潔凈碎石,也可采用碎卵石或卵石,不宜采用砂巖碎石,不得使用具有堿—碳酸鹽反應活性的骨料。粗骨料的最大公稱粒徑不宜超過鋼筋的混凝土保護層厚度的2/3,且不得超過鋼筋最小間距的3/4。粗骨料采用兩級或多級配,其松散堆積密度大于1500kg/m3,緊密空隙率宜小于40%,吸水率小于2%(用于干濕交替或凍融循環下的混凝土應小于1%)。

目前,我國粗骨料的生產水平仍較為落后,大部分碎石加工廠仍是由分散的小采石場生產,采用鄂式破碎機或中小型圓錐破碎機進行生產,由于破碎腔容量小和主要以擠壓方式為主,自破碎能力弱,生產的碎石粒徑不均勻、基本粒形差、含泥量高、針片狀含量高(大于20%)。為確保高速鐵路混凝土質量,鐵道部要求使用年產量在100萬m3以上的大型采石場的產品,采用大型圓錐破碎機及中、細碎反擊式破碎機組成的二級破碎,取得能滿足要求的碎石。

(4)礦物摻和料應選用品質穩定的產品。礦物摻和料的品種宜為粉煤灰、磨細粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰。高速鐵路高性能混凝土一般采用品質穩定的粉煤灰,C50以下的混凝土宜采用國標Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰,但燒失量不大于0.5%,細度不大于20%;C50及以上的混凝土宜采用國標Ⅰ級,但燒失量不大于3%。

礦粉作為高性能混凝土的礦物外加劑,較高的比表面積、適當的化學組成和較好的顆粒對提高混凝土性能十分有利。但比表面積增大,將增加礦粉生產成本,增大早期水化熱;而礦粉的化學礦物組成與生產原料、工藝及淬冷工藝相關,控制難度較大。

(5)拌和用水可采用飲用水和無明顯異味的天然水。用拌和用水和蒸餾水(或符合國家標準的生活飲用水)進行水泥凈漿試驗所得的水泥初凝時間差及終凝時間差均不得大于30min,其初凝和終凝時間尚應符合水泥國家標準的規定。

(6)外加劑應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質量穩定、能明顯提高混凝土耐久性能的產品。外加劑與水泥之間應有良好的相容性。

1.2 原材料儲存與管理

高速鐵路高性能混凝土一般要求采用集中拌合,拌和站占地一般為20～25畝,采用具有自動計量HSZ90以上的兩臺強制式拌和機,一般配置6個粉料儲料罐,分別儲存水泥、粉煤灰、礦粉(各2罐、以保證使用材料為已經檢驗合格材料),液體外加劑均采用罐裝自動計量添加。

骨料堆場應事先進行硬化處理,料倉應設置遮雨棚等遮擋措施,并設置必要的排水條件以防止料倉積水。按要求分級采購、分級運輸、分級堆放、分級計量。水泥、礦物摻和料等采用散料倉分別存儲。水泥儲裝水泥過程中,采取措施降低水泥的溫度或防止水泥升溫。為確保礦粉、粉煤灰、水泥等粉劑的材料可追溯性,一般要求采用駐場簽裝。

混凝土原材料進場后,對原材料的品種、規格、數量以及質量證明書等進行驗收核查,并按有關標準的規定取樣和復驗。經檢驗合格的原材料方可進場。對于檢驗不合格的原材料,按有關規定清除出場。及時建立“原材料管理臺帳”,臺帳內容包括進貨日期、材料名稱、品種、規格、數量、生產單位、供貨單位、“質量證明書”編號、“復試檢驗報告”編號及檢驗結果等。“原材料管理臺帳”填寫正確、真實、項目齊全。

混凝土用水泥、礦物摻和料等采用散料倉分別存儲。水泥儲裝水泥過程中,采取措施降低水泥的溫度或防止水泥升溫。為確保礦粉、粉煤灰、水泥等粉劑的材料可追溯性,一般要求采用駐場簽裝。

2混凝土拌合控制

2.1 施工配合比調整

混凝土批量生產前,應根據試驗室配比和大堆料的級配、含水量換算施工生產配比。根據拌和站計量精度允許波動值確定施工生產配比的允許波動值。為確保施工配比的輸入的準確性和嚴肅性,宜對試驗人員和拌和站操作手分別授權,由試驗人員輸入施工配比,由拌和站操作手根據配比進行拌合操作。

2.2 原材料稱量誤差控制

混凝土原材料應嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量,稱量最大允許偏差應符合下列規定(按重量計):膠凝材料(水泥、礦物摻和料等)±1%;外加劑±1%;粗、細骨料±2%;拌和用水±1%。為保證拌合設備的計量準確,除每隔半年請有相關資質的質量監督單位校驗并出具合格證書外,施工單位還應在每次混凝土拌合前進行計量系統的自行校驗,每周在監理監督下進行一次校驗。

2.3 投料、攪拌方法

為保證高性能混凝土質量均勻、顏色一致,具有良好的流動性、黏聚性和保水性,采用二次投料法進行拌合,流程如下。

投入全部粉料(細骨料+水泥+超細摻和料)→攪拌均勻30s→(加入所需用水量+液體外加劑)→砂漿充分攪拌30s→投入粗骨料→繼續攪拌至均勻60s。總攪拌時間不小于120s,也不宜超過180s。

因二次投料法攪拌時間比普通混凝土攪拌時間較長,有些施工單位為提高工效,盲目地減少攪拌時間或采取一次投料法進行攪拌,攪拌出的混凝土會出現和易性較差和混凝土強度較低等現象。為確保高性能混凝土施工質量,二次投料法必須嚴格執行且攪拌時間和順序必須保證。

3高性能混凝土的施工階段控制

3.1 混凝土運輸

應采用混凝土運輸車運送混凝土,確保澆筑工作連續進行。運輸混凝土過程中,對運輸設備采取保溫隔熱措施,防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。采取措施防止水份進入運輸容器或蒸發,嚴禁在運輸過程中向混凝土內加水。

山區施工條件普遍較差,因地勢影響,施工便道較長,從拌合站到施工工點的運輸時間以半個小時為宜。為確保混凝土運輸順暢,便道修建宜按山區三級公路修建標準修建,對軟基地段進行加固,路面盡可能用混凝土硬化,可起到一勞永逸的效果。

3.2 混凝土澆筑

(1)澆筑混凝土前,檢查鋼筋保護層墊塊的位置、數量及其緊固程度。構件側面和底面的墊塊至少為4個/m2,綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲頭不得伸入保護層內。

(2)混凝土入模前,測定混凝土的溫度、坍落度和含氣量等工作性能,只有拌和物性能符合設計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。

(3)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m;當大于2m時,采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現分層離析現象。

(4)混凝土的澆筑采用分層連續推移的方式進行,泵送混凝土的一次攤鋪厚度不宜大于600mm,間隙時間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。

(5)應按事先規定的工藝路線和方式振搗混凝土,在混凝土澆筑過程中及時將澆筑的混凝土均勻振搗密實,不得隨意加密振點或漏振,每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,避免過振。不得將振搗棒放在拌和物內平拖,也不得用插入式振搗棒平拖驅趕下料口處堆積的混凝土拌和物。

3.3 混凝土養護

混凝土振搗完成后,盡量減少暴露時間,并用塑料薄膜緊密覆蓋混凝土暴露面,防止表面水分蒸發。暴露面保護層混凝土初凝前后,卷起塑料薄膜,用抹子搓壓表面至少二遍,使之平整后再次覆蓋,注意覆蓋物不要直接接觸混凝土表面,直至混凝土終凝為止。

混凝土養護期間注意采取保溫措施,防止混凝土表面溫度受環境因素影響(如曝曬、氣溫驟降等)而發生劇烈變化。大體積混凝土施工前應制定嚴格的養護方案,控制混凝土內外溫差滿足設計要求。當設計無要求時,大體積混凝土內外溫差不宜超過20℃。

3.4 高性能混凝土的質量檢驗

一般采用下述方法對實體混凝土質量進行檢驗。

(1)用肉眼或放大鏡觀察實體混凝土結構表面是否存在非外力裂縫。當混凝土表面出現非外力裂縫時,普通混凝土結構表面的裂縫最大寬度不得大于0.20mm,預應力混凝土結構不得出現結構性裂縫。

(2)采用無損檢測方法進行混凝土保護層厚度的檢測(當對混凝土保護層厚度檢測結果有懷疑時,可采用局部破損的方法進行復核,復核結束后對破損部位進行及時修復),檢驗結果應滿足設計要求。

(3)采用手提式混凝土滲透性測定儀測定結構表層混凝土56d齡期時抗水的滲透性,要求測定值不低于設計規定值或設定值(當設計無要求時),后者需在實驗室通過對比試驗確定。

(4)依據TB10426-2004對鉆芯取樣的具體要求,在現澆混凝土實體結構上隨機鉆芯抽取混凝土芯樣。測定實體混凝土的電通量。測定結果應滿足設計規定。

(5)在混凝土的試件成型后標準條件下養生至56d齡期時,進行抗凍性、抗滲性、抗壓疲勞強度、Cl-滲透電通量試驗。

2011年7月23日溫州動車事故后,社會對高速鐵路的施工質量更加關注,為確保山區高性能混凝土的施工萬無一失,需從原材料控制、施工過程控制和管理環節加強。