机制砂流态混凝土在长寿大桥上的运用

吴晓锋

机制砂流态混凝土在长寿大桥上的运用

吴晓锋

对机制砂流态混凝土在长寿大桥工程中的应用进行了详细介绍,分别阐述了原材料的选择和混凝土配合比设计两方面内容,通过工程的使用情况和使用效果得出因地制宜采用机制砂能够配制出性能优良的流态混凝土。

机制砂,流态混凝土,配合比

长寿长江大桥是渝怀铁路全线控制工程之一。全桥混凝土总量 36 000m3,混凝土强度等级为 C 20～C40,混凝土采用泵送施工。长期以来,重庆地区天然砂资源十分匮乏,适合于配制泵送混凝土的天然砂要从外地调运,价格昂贵,运输不便;而当地的石灰岩资源非常丰富,为了减少工程成本,使工程优质如期完工,在经过大量试验的基础上决定在泵送混凝土中,采用机制砂作为细集料。

泵送流态混凝土,是指基体混凝土中,加入流化剂,经搅拌使混凝土的坍落度大于 200mm以上,能像水一样流动的混凝土拌和物,在混凝土泵的推动下沿输送管道进行运输和浇筑。因而要求混凝土不但要满足设计要求的强度、耐久性等,而且要求混凝土拌和物必须具有良好的可泵性。所谓可泵性,是指混凝土拌和物具有摩阻力小、不离析和粘塑性良好的性能。可泵性好的流态混凝土配合比,必须同时满足压送阻力与防止离析这两个条件的要求。因此,不是任何一种混凝土拌和物都能进行泵送施工的,因此在混凝土的原材料选择和配合比设计等方面都要慎重考虑,以期能配制出经济的、可泵性良好的混凝土拌和物。

1 原材料的选择

1.1 细骨料

在泵送流态混凝土中,骨料的选择是非常重要的。而细骨料对混凝土拌和物可泵性的影响比粗骨料大得多。混凝土之所以能在输送管中顺利流动,是由于砂浆润滑管壁和粗骨料悬浮在砂浆中的缘故,因而要求细骨料有良好的级配;另外细骨料中 0.315mm以下的细小颗粒含量也很重要。

机制砂是天然石灰岩经过人工分级破碎,筛分而得。与天然砂相比,石灰岩机制砂棱角较多,0.315 mm以下的颗粒含量较少,所以单独使用石灰岩质机制砂作为细集料配制的混凝土容易发生阻塞,不利于泵送。根据 JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技术规程规定：细集料宜采用Ⅱ区中砂,通过 0.315mm筛孔的砂含量,不应少于 15%;泵送混凝土最小水泥用量不低于 300 kg/m3。日本泵送混凝土施工规程规定细骨料中,通过 0.315mm筛孔的砂含量为 10%～30%,美国混凝土协会推荐的细骨料级配曲线建议为 20%。而对于较低强度等级的混凝土,从工程成本的角度考虑是不宜泵送施工的;为了改善混凝土的工作性能,节约工程成本,试验室在经过大量试验的基础上,认为采取合理的措施,利用机制砂为细骨料也能配制成性能优良的、可泵送的流态混凝土。

从图 1a),图 1b)两图比较可以清楚的看出,长寿机制砂属Ⅰ区粗砂,筛分曲线与JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技术规程推荐细集料最佳筛分曲线相差甚远,从理论上属不宜配制泵送混凝土的细集料。长寿桥机制砂主要技术指标见表 1。

表1 长寿桥机制砂主要技术指标

1.2 粗骨料

从粗骨料的选料上进行控制。选用 5mm～25mm连续级配的碎石,通过调整轧石机的筛孔孔径,使其筛分曲线接近最佳筛分曲线(粗骨料筛分曲线见图 2a),图 2b))。严格控制其针片状含量在 5%以内,小于JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技术规程规定的10%。

粗骨料的粒径越小,孔隙率就越大,但只要适当的增加浆体体积,就能减小粗骨料对输送管管壁的阻力。保留粗骨料中不属于泥污的石粉,以增加混凝土拌和物中的细粉含量。

粗骨料的形状也会对混凝土拌和物的泵送性能产生影响,表面光滑、近似圆形的粗骨料比针片状的要好,因为针片状颗粒单位体积的比表面积近似圆形的大,也就需要更多的砂浆去包裹其表面。级配良好的粗骨料可在较小的用水量下制得流动性良好,不离析、泌水少的混凝土拌和物,并能在相应的成型条件下,得到均匀密实的混凝土。

长寿大桥粗、细骨料母材碱活性试验结果均合格。

1.3 粉煤灰

在混凝土中掺加一定量的粉煤灰,取代部分水泥,增大浆体体积,在节约工程成本的同时,改善混凝土拌和物的工作性能。

新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、空隙率等的影响。掺用粉煤灰对混凝土拌和物的好处之一就是增大浆体体积。有资料表明：同质量的粉煤灰的体积要比水泥体积大约 30%。当超量替代水泥时,多掺加的粉煤灰增大了细粉含量,增大了浆体—骨料比。大量的浆体填充了骨料间隙,包裹并润滑了骨料颗粒,从而使新拌混凝土具有更好的粘聚性。粉煤灰颗粒可以减少浆体—骨料的界面摩擦,起到滚珠轴承的作用,从而改善新拌混凝土的和易性。粉煤灰的掺入还可以补偿机制砂细骨料中 0.315mm以下的细屑的不足,中断砂浆基体中的泌水渠道的连续性,增强了新拌混凝土抗离析的能力。

优质的粉煤灰还具有一定的减水作用,在混凝土拌和物流动度不变的条件下,能减少一定量的拌和用水,提高混凝土强度。

流态混凝土中掺入粉煤灰,使单位体积的混凝土水泥用量减少。水泥用量少不仅是单纯的经济问题,而且还有技术优点。如：因水泥用量过大,大体积混凝土水化热引起的开裂危险;结构混凝土中水泥用量过大引起的干缩增大和开裂等问题。

长寿大桥采用华能重庆珞璜电厂的Ⅱ级粉煤灰,粉煤灰具体技术指标如表 2所示。

表2 粉煤灰技术指标 %

1.4 泵送剂

泵送剂不同于普通的减水剂,是一种复合外加剂,具有减水、缓凝、增稠、引气、减小坍落度损失的作用,是泵送流态混凝土中重要的组成部分。在使用前,应做泵送剂与水泥的相容性试验,选用与水泥有良好相容性的泵送剂。适宜的泵送剂和优质的粉煤灰同时使用能极大的提高流态混凝土的工作性能。

1.5 水泥

泵送流态混凝土对水泥无特殊的要求。长寿大桥水泥选用重庆腾辉地维集团生产的地维32.5R普通硅酸盐水泥。

2 混凝土配合比设计

长寿大桥施工环境复杂。最大垂直泵送高度70m,最大水平泵送距离 200m。要求混凝土拌和物坍落度大、流动性好、不泌水、抗离析能力强。应根据混凝土不同的强度等级、施工部位,设计出性能不同的混凝土配合比,以满足工程施工的需要。

表3 长寿大桥主要混凝土配合比 kg

根据骨料的情况、结合具体施工条件,混凝土配合比设计采用大砂率(最大 48%),固定粉煤灰用量的原则,确保混凝土拌和物中 0.315mm以下细小颗粒在450 kg/m3以上,以期在满足混凝土工作性能的同时,获得较大的经济效益(见表 3,表 4)。

表4 新拌混凝土拌和物工作性能

1号 ～4号配合比的混凝土拌和物和易性、保水性、粘聚性良好,相对压力泌水率S10小于JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技术规程所要求的 40%的指标,根据试验数据和以往的工作经验可以断定 1号～4号配合比均能满足泵送施工的需要。

坍落度和坍落度扩展值相比,坍落度扩展值指标不仅能反映混凝土拌和物的流动性,而且能在一定程度上反映出混凝土拌和物的流动阻力。在一定范围内,水泥用量越大,混凝土拌和物的流动阻力越大;砂率越大,混凝土拌和物的流动阻力越大。表现为泵送压力增大,混凝土压送量小;但是,水泥用量过少、砂率偏低,混凝土拌和物又容易离析,工作度变坏。这就要求配合比设计时在水泥用量和砂率之间找到一个平衡点,使混凝土拌和物具有较好的流动度的同时,也必须具有足够的粘聚性。

从表 3,表 4中 2号,4号配合比可以看出：4号配合比每立方米水泥用量较大,坍落度两者接近,但 4号配合比坍落度扩展值却较 2号配合比小。说明 4号配合比混凝土拌和物内聚力较大,流动阻力也较大。

添加混凝土泵送剂时间,宜在混凝土搅拌均匀后。采用后添加泵送剂的方法,可以提高流化效果、减小坍落度损失。在一定温度范围内,混凝土拌和物的凝结时间越长,混凝土的经时损失越小。

3 机制砂流态混凝土在实际工程中的运用

从以上 1号～4号配合比在工程的使用情况和使用效果来看(见表 5),配合比的设计是合理的。

表5 1号～4号配合比混凝土各龄期抗压强度 MPa

3号配合比主要用于工程的水下混凝土施工。水下混凝土施工采用导管法施工,共灌注水下混凝土 8 200m3。浇筑中混凝土工作性能良好,混凝土浇筑顺利。经超声波检测,检测结果显示：20根水下桩桩身完整,混凝土匀质性良好。各项指标均达到Ⅰ类桩标准。

表6 混凝土现场抽样试验结果汇总表

2号配合比浇筑混凝土 15 000m3。其中,一次性浇筑混凝土强度等级为C25、体积 2 500m3的承台两个。由于混凝土泵送剂中复合了超缓凝剂,混凝土凝结时间控制在 22 h～24 h。超缓凝剂的掺入使混凝土中水化热释放减慢,水化热峰值削减,有利于混凝土内部热量散失而降低混凝土内外温差,避免温度裂缝产生。温度监测结果显示：混凝土内部最高温升出现在混凝土入模74 h后,内部最高温升 56℃,持续 23 h,混凝土表面最高温度35℃,混凝土内外最大温差 21℃。拆模后,混凝土表面未发现因水化热而引起的裂纹。

1号,4号配合比在泵送施工中均使用正常,混凝土拌和物工作性能良好。

工程各部位混凝土强度均依据TB 10425-94铁路混凝土强度检验评定标准评定,评定结果均满足设计要求(见表6)。

机制砂流态混凝土生产管理与普通混凝土生产管理没有本质的不同。但值得注意的是,机制砂流态混凝土在对各种原材料每批次检验的同时,还要加强对现场骨料,特别是细骨料的控制管理。因为机制砂流态混凝土砂率较普通混凝土砂率大,当细骨料表面含水率变化为 1%时,坍落度变化约 40mm～60mm,抗压强度也随之发生变化。所以,在正常情况下应每 6 h测定一次细骨料表面含水率;当天气发生变化时,应加大测定频率,以便及时调整施工配合比中的拌和用水和细骨料的重量;当粗骨料粒径和细骨料细度模数超出规定范围时,应及时调整施工配合比中的砂率。应每班随机监测混凝土坍落度、坍落度扩展值的变化,使混凝土坍落度、坍落度扩展值变化在可控范围内;建立混凝土质量管理图,当发生混凝土质量波动异常情况时,及时分析、判断原因,采取措施,防患于未然。工程应用实践表明：因地制宜的采用机制砂,掺用适量的粉煤灰,辅以适宜的泵送剂完全能够配制出经济的、性能优良的流态混凝土,为今后进一步研究机制砂在混凝土中的运用奠定了良好的基础。

[1]李玉印,李玉海,魏冬辉.建筑用人工砂在混凝土中的应用[J].山西建筑,2010,36(18)：152-153.

Application on themachine-made sand flow ing concrete in Changshou Bridge

WU Xiao-feng

This paper specifically introduces the application of artificial-sand flowing concrete in Changshou Bridge,and respectively expounds two angles of raw material selection and concretemixing proportion design.Through engineering utilization and effects,it concludes that it can prepare good flowing concrete by using artificial-sand.

artificial-sand,flowing concrete,mixing p roportion

TU528.53

A

1009-6825(2011)03-0107-03

2010-09-28

吴晓锋(1965-),男,工程师,中铁大桥局集团第五工程有限公司中心试验室,江西 九江 332001