铁路32 m跨度RPC简支T梁预制工艺探讨

2010-01-29张劭明李小和

铁道标准设计 2010年11期

张劭明,李小和

(1.中铁丰桥桥梁有限公司,北京 100070；2.中铁六局集团有限公司,北京 100036)

1 概述

我国铁路T梁一直采用定型设计产品,每个跨度的梁外形尺寸是确定的。为适应特殊线路工况并满足桥下净空要求,20世纪90年代初曾设计使用过低高度简支T梁,但由于当时过分关注产品的经济性,对结构刚度储备考虑欠足,在应用中有过波折,后因多种原因在20世纪90年代末不用了。

经过多年的设计经验和工程实践的积累,根据我国铁路列车行车速度的进一步提高的要求,目前正在使用的标准图有《时速160 km客货共线铁路预制后张法简支T梁》(通桥(2005)2101)和《时速200 km客货共线铁路T形梁》(通桥(2005)2201),跨度有32、24、20、16、12 m 5种,梁体混凝土强度等级为C55。

近年来,随着我国国民经济的快速发展,铁路、公路和城市道路、房屋建筑等基础设施建设迅速,特别是在新一轮铁路建设高潮中,各种建筑物的交叉越来越多,相互影响和制约的矛盾逐渐突出,对铁路桥梁梁下净空及线路高程的限制越来越苛刻。如果能在特殊情况下适当降低梁体的结构高度,非常有利于解决既有建筑物对新建铁路制约的难题,同时,在保证桥下净空的前提下降低线路高程,能大量减少桥梁两侧的工程数量,降低工程造价。因此,低高度预应力混凝土简支梁有工程需求。

RPC(活性粉末混凝土)具有超高强度、高弹模、高耐久性、高延性等特点,可以从材料上解决低高度桥梁的应用问题。2008年,中铁六局承担了蓟港铁路北塘西至东大沽扩能改造工程,该工程设计采用RPC单线简支T梁计19孔,其中32 m梁14孔,24 m梁5孔。此前,国内仅有过少量预制跨度20 m RPC简支T梁的工程实例,大跨度的32 m、24 m梁生产制造尚无先例。

2 国内外RPC混凝土的发展简介

RPC(Reactive Powder Concrete)是活性粉末混凝土的简称,是继高强、高性能混凝土之后,在20世纪90年代中期通过采用常规的水泥等材料开发出的超高强度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的水泥基复合材料。它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性,使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减小到最少,获得超高强度与耐久性。原材料中活性组分由水泥、矿粉、细石英砂等构成。该材料已成为国际建筑工程领域的研究热点。

1993年,法国的BOUYGUES公司成功研制出了RPC,并与美国陆军工程师团合作生产出RPC制品,后来加拿大、韩国、美国和澳大利亚等国家在桥梁工程上均有应用。RPC的抗压强度可超过200 MPa、抗折强度达50 MPa、断裂能可达40 kJ/m2、弹性模量大于4.6×104MPa。

我国有关RPC研究主要在几所高校,在桥梁附属和主体结构中均有应用。如青藏铁路的部分人行道板、客运专线的管沟盖板。在桥梁主体结构方面,迁曹铁路试用了跨度20 m的活性粉末混凝土(RPC)预应力简支T梁。

3 RPC简支T梁的特点和制造难点

3.1 RPC与普通混凝土组分有较大的差异

本工程RPC梁采用的原材料如下。

(1)骨料。骨料采用三级配特制石英砂。

(2)专用混合料。目前RPC梁尚处于研制阶段,专用混合料由RPC梁的科研单位配制。

(3)高强度钢丝纤维。直径0.18～0.25 mm,长度12～14 mm,长径比不得小于40,抗拉强度不得低于2 860 MPa,弹性模量不得低于1.9 GPa,其余性能应满足《钢纤维混凝土》(JG/3064—1999)要求。钢纤维搅拌均匀有很大的难度,如何使拌和物均匀,钢纤维不结团是混凝土拌和需要解决的难点。

由于原材料组分的变化,对混凝土原材料质量控制、配合比试配,以及RPC拌和、浇筑、养护等,都提出新的高要求,存在新的难度。专用掺和料为袋装且比重小,高强度钢纤维比重大,造成搅拌站上料困难,对搅拌站如何进行改造,保证上料并称量准确,也是本课题重点解决的问题之一。

3.2 力学性能与普通混凝土相比差异较大

RPC梁设计抗压、抗拉强度都远高于普通混凝土,弹性模量相差不大,主要性能指标如下：极限抗压强度≥120 MPa；极限抗拉强度≥14 MPa；弹性模量≥43.8 GPa。

通过试验研究,制定合理的工艺控制措施,既能使RPC梁满足力学性能要求,又能使RPC梁具有良好的工作性能,保证预制质量,是我们应该达到的目标。

3.3 截面特征有差异

针对蓟港铁路专门设计的道砟桥面预应力RPC简支T梁,与该线普遍采用的通用简支T梁相比,梁高减小700 mm,下翼缘(底板)加宽180 mm,梁重略有减轻。详见表1和图1、图2。

表1 RPC简支T梁与通桥简支T梁、主要技术参数

图1 32 m RPC简支T梁截面(单位：mm)

图2 32 m 2101简支T梁截面(单位：mm)

由于32 m跨度RPC梁首次试制,采用的原材料与普通混凝土有很大的差异,无论从原材料、工装设备、拌制、浇筑、养护都是全新的课题,需要认真研究。另外,为方便抹面以及保护桥面防水层,RPC梁顶面20 mm厚设计采用细石混凝土,浇筑时桥面的厚度控制也有一定难度。如何保证上层混凝土厚度均匀、界面平整、混凝土数量精准以及两层混凝土的有效衔接,也是需要解决的问题之一。

4 RPC简支T梁预制工艺要点

4.1 配合比的选定

本梁体RPC设计抗压强度为120 MPa,弹性模量设计值43.8 GPa。根据设计要求和研究单位的成果,结合浇筑工艺要求的(160±20)mm坍落度,原材料选择如下。

(1)水泥采用品质稳定、强度等级42.5级、符合国家标准的低碱普通硅酸盐水泥。

(2)骨料为半透明、白色的高品质石英砂,SiO2含量大于98%,泥土含量不应大于0.5%,骨料采用三级配,其余技术指标符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)要求。

(3)外加剂选用RPC增强剂,并与所用水泥及复合掺和料具有良好的适应性能。

(4)高强度钢纤维直径0.18～0.22 mm,长度12～14 mm,强度大于2 860 MPa,其他性能指标满足《钢纤维混凝土》(JG/T3064)的要求。

(5)科研单位针对RPC专门配置的专用掺和料,这种掺和料的SiO2含量大于85%,流动度比90%以上。

材料选定后,根据科研单位提供的建议配合比,在试验室进行试配搅拌,对各龄期强度、弹性模量等力学性能和耐久性指标进行了试验,后又进行了模拟梁体的工艺试验,确定了拌和工艺及施工配合比。

4.2 工艺装备的配置

RPC的强度及弹性模量高,梁体高度又低(24 m跨RPC梁高仅1.3 m),需要重新配置钢模,其设计制造既要能保证梁体各部尺寸,又要方便安装与拆卸。

4.3 拌和设备改造

由于计量精度比预制T梁要求高,拌和时间长,现有拌和站不能满足掺和料和钢纤维上料的要求,需对拌和站进行改造,以保证称量准确、上料连续、搅拌均匀。

(1)针对石英砂干燥、容易从缝隙中漏出的问题,对原来的储料仓仓门进行了密封处理,更换了闸板阀,保证了石英砂计量的准确性。

(2)针对专用混合料的悬浮状,设置了专门的上料和计量平台,将传送带出料口和中途缸进行密封处理,减少其沿程损失,并有效避免扬尘。

(3)针对钢纤维进料和计量困难,设置了专门的进料平台和振动装置,在保证钢纤维进料顺畅的同时,可使其由交织状变为分散状,减少钢纤维在搅拌过程中的结团现象。

当还是孩子的时候，他曾试图用一只旧的禄莱可德（ROLLEICORD）相机拍摄上帝。有人告诉他一位拉比曾见过上帝。威特金拜访了这位拉比，但是没有见到上帝。到哪儿去找上帝呢，他问自己。是如基督教所训示的，在人群之中？那么又在什么人之中呢？难道没有可能，上帝恰恰是通过那些在身体或精神上迥异于主流人群的人来示现自身？实际上，乔-彼得·威特金的创作核心，反映的正是类似这样的哲学思考。

生产厂家无法提供散装掺和料,由于掺和料密度小、质量轻,为减少掺和料在输送、倾倒过程中质量损失,对平皮带、斜皮带以及平台出料口进行了封闭处理。

(4)针对单方配比中减水剂用量大,增大了剂秤容量,尽量减少搅拌过程中二次配料或多次配料的不利影响。

(5)搅拌机采用强制式卧轴搅拌机,原材料计量采用电子计量系统,总搅拌时间不得短于7 min。