C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制

C50 预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制 摘 要 滨海新区海滨大道工程 C50 预制箱梁采用预拌混凝土公司供应的高性能混凝土 对混凝土各项性能指标要求高 除强度 施工性能外 还必须满足高性能混凝土耐久性能 指标 包括抗渗 氯离子扩散系数 弹性模量等 结合工程要求及混凝土公司实际情况 设计配合比时采用了两种类型的外加剂 通过过程中的严格控制 取得了较好效果 关键词 高性能混凝土 耐久性 预拌混凝土 交替使用 生产控制 1 工程概况工程概况 滨海新区重点基础设施工程 海滨大道是天津市的沿海高速公路 滨海新区南北交通主 干线 也是天津港货物运输的集疏港通道 海滨大道北段二期工程项目起自永定新河河口 南侧海滨大道疏港三线立交 K21 386 208 向北先后跨越疏港四线 规划港岛客运专线 和规划的永定新河主河道 沿线以高架桥的形式在海滩滩涂地向北延伸 在规划的海滨休 闲旅游区内先后与规划路相交 京港高速 规划路五 在约 K24 200 处跨越泰达控股填 海造陆的入海路 在 K27 处避让开贝壳堤缓冲区 最终在蛏头沽村东北侧 K30 506 808 接海滨大道北段高速公路主线收费站 利用海滨大道北段高速公路与河北 省沿海高速相接 本段路线全长 9 12 公里 其中桥梁长 8 6 公里 建成后将成为我国北方 最长的跨海大桥 工程大部分处于现状海挡以外的沿海滩地之中 桥梁采用 50m 简支 T 梁 结构 主线桥标准段采用 35m 先简支后连续小箱梁结构 主线桥异形段采用预应力现浇连 续箱梁结构 2 技术要求技术要求 1 1 使用环境及要求 D 级环境 设计年限为 100 年 1 2 C50 箱梁混凝土胶凝材料总量不宜超过 500kg m3 水灰比不大于 0 35 1 3 耐久性能 氯离子扩散系数 7d 7 28d 4 DRCM10 12m2 S 各种材料带入的碱含 量和不大于 3 0 kg m3 最大氯离子总量不超过总胶材 0 06 1 4 力学性能 弹性模量 3 45 104MPa 预应张力及抗压强度 4 5d 达到设计标准值的 100 1 5 工作性能 砼浇筑入模坍落度为 170 20mm 砼出机后 2h 坍落度不小于 120mm 砼 初凝时间大于 10h 含气量 3 3 原材料原材料 为保证工程质量需要 并充分利用地方资源 兼顾技术经济性合理等因素 选定混凝土所 用原材料 1 质量情况见各表 3 1 水泥 水泥采用天津振兴水泥有限公司生产的正通牌 P O42 5 级水泥 低碱型 表 1 正通水泥性能指标 凝结时间强度 MPa 抗压强度 MPa 抗折强度 MPa 比表面 积 m2 kg 安定性 碱含量 氯离子 氧化镁 三氧化硫 烧失量 指标 品种 初凝 min 终凝 min 3d28d3d28d 正通 P O42 5 168296 23 651 85 99 5 345 合格 0 440 0122 202 143 52 3 2 细集料 细集料采用福建闽江产洁净中砂 依据 JTGE42 2005 CECS48 93 标准检验 属于 区 类中砂 其它性能指标见表 2 表 2 闽江砂性能指标 品种 细度模 数 表观 密度 kg m3 堆积 密度 kg m3 含泥量 泥块含 量 坚固性 天然砂质 量损失率 轻物质以重 量百分比计 云母含 量 氯离子 含量 有机物 比色法 碱集料反 应 膨胀 率 硫酸盐及 硫化物含 量 砂 2 7259015500 50 020 00 00 003 合格 0 080 00 3 3 粗集料 粗集料采用河北三河产碎石 依据 JTGE42 2005 CECS48 93 标准 性能指标见表 3 表 3 石子性能指标 品种 颗粒级配 含泥量 泥块 含量 片状颗 粒含量 表观密度 kg m3 堆积密度 kg m3 坚固性质 量损失量 压碎 指标 有机物 碱集料反 应 膨胀率 空隙率 氯离子 含量 吸水 率 硫化物及 硫酸盐 碎石 5 20mm0 10 012790152006 合格合格 380 000 700 00 3 4 掺合料 河北唐山产粒化高炉矿渣粉 依据 GB T18046 2008 标准 其性能指标见表 4 表 4 矿粉性能指标 活性指数 品种级别 7d28d 密度 g cm3 比表面积 m2 kg 三氧化硫 流动度比 烧失量 含水量 氯离子 碱含量 矿粉 S9580992 954630 12990 820 30 0120 68 3 5 外加剂 天津市诺德建筑材料有限公司生产的萘系高效减水剂 依据 JC473 2001 标准 其性能指 标见表 5 表 5 诺德 NDB 外加剂性能指标 坍落度保留值 mm 抗压强度比 型号 固含量 减水率 泌水率 含气量 水泥净浆流 动度 mm 30min60nim3d7d28d 氯离子 含量 碱含量 密度 g ml 硫酸钠 含量 钢筋锈 蚀 NDB4020 564 03 42082081921031071050 143 341 1902 72 无锈蚀 广州富斯乐有限公司生产的缓凝高效减水剂 Structuro300D1 依据 GB8076 1997 标准 其性能指标见表 6 表 6 富斯乐 structuro300D1 外加剂性能指标 凝结时间差 min抗压强度比 型号 固含量 减水率 泌水率 含气量 收缩率比 初凝终凝3d7d28d 氯离子 含量 碱含量 密度 g ml PH 值 钢筋锈 蚀 Structuro 300D1 1823 535 82 4103 143 1531481400 010 811 0395 37 无锈蚀 天津市鑫永强混凝土外加剂有限公司生产的 TM30 型防腐阻锈剂 依据 Q 12XJ4842 2006 标准 其性能指标见表 7 表 7 防腐阻锈剂 TM30 性能指标 凝结时间差 min 抗压强度比 名称 氯离子含量 碱含量 细度 PH 值 初凝终凝 3d7d28d 钢钢筋锈蚀 TM300 180 357 88 0117 103 无锈蚀 4 混凝土配合比设计混凝土配合比设计 由于该工程工期紧 混凝土强度及弹性模量要求 4 5d 达到设计值的 100 因此 掺合 料取代量就适当降低 对比二级粉煤灰及 S95 级矿粉的性能 矿粉减水效果强于粉煤灰 对强度的增长作用优于粉煤灰 且矿粉具有良好的粘聚性 泌水小 保水性好 选择矿粉 作为掺合料 2 箱梁的布筋较密 钢筋间距为 5 10cm 与波纹管之间间距为 2 5 12 5cm 因此要求混凝土的流动性要好 粗骨料粒径要小 故选择粒径 5 20mm 的连续级配碎石 粒形饱满圆润 针片状颗粒少 考虑到该工程其它部位 灌注桩 承台 系梁 墩柱 盖 梁 采用萘系外加剂 且混凝土搅拌站同时供应其它工程项目 因此在试配时选用聚羧酸 及萘系两种外加剂做配合比 根据原材料情况及技术要求 经过大量试配 3 4 根据施工和易性要求和混凝土各性能测 试结果得到如下配合比用于施工 4 1 混凝土配合比见表 8 表 8 预制箱梁 C50 高耐久混凝土配合比 Kg m3 及拌合物性能 编号水水泥矿粉砂石泵送剂 防腐阻 含气量凝结时间坍落度 mm 扩展度 mm h min 锈剂 初凝 终凝出机 2 h 出机 2 h 50 116043748684107112 139 72 113 05 14 30220155520380 50 216038897684107112 139 71 913 30 15 10230165530410 50 31604374868410715 829 71 712 55 14 30210160500400 50 41603889768410715 829 71 613 10 14 45220175520420 4 2 混凝土物理力学性能见表 9 表 9 混凝土物理力学性能 抗压强度 MPa 轴心抗压强度 MPa 弹性模量 104MPa 氯离子扩散系数 DRCM10 12m2 S 项目 编号 3d5d7d28d5d28d5d28d7d28d 抗渗情况 水 压 1 0MPa 50 140 052 555 068 048 756 34 034 806 693 46 无渗漏 50 237 851 954 371 346 557 83 865 156 713 40 无渗漏 50 341 053 256 269 853 161 64 585 366 483 28 无渗漏 50 440 252 855 772 550 362 94 385 446 313 02 无渗漏 5 生产应用及质量控制生产应用及质量控制 本工程供应的难点在于本公司聚羧酸系减水剂实际应用经验较萘系外加剂少 生产过程的 细节缺少预控 这也是本次设计配合比采用两种不同类型外加剂的原因之一 通过实际供 应发现了一些问题 经及时采取措施 保障了混凝土的供应进度及工程质量 也在总结经 验的过程中制定了专项生产技术方案 在生产中遇到的情况 处理及进一步的控制措施如 下 5 1 避免两种类型外加剂的混用 本公司设立一条生产线 HZS180 型 作为海滨大道工程专用 由于同时供应的其它部位高 性能混凝土 灌注桩 承台 系梁等 采用萘系外加剂 若供应箱梁时采用聚羧酸外加剂 配合比生产时 应将搅拌机 罐车彻底洗刷干净 否则与残留萘系减水剂混合后 将导致 混凝土工作性能极差 初始采用聚羧酸供应时 出机混凝土坍落度均在 210mm 左右 但和 易性及流动性差 到达施工现场后只有 100 120mm 而且几乎没有流动性 振捣时振动棒 拔出后孔洞不易弥合 原因 1 搅拌机及罐车洗刷不彻底 2 聚羧酸与萘系为两种截然 不同的外加剂 对比其性能不难发现萘系 PH 值在 9 5 左右 属碱性 而聚羧酸外加剂 PH 值为 5 5 左右 属弱酸性 易发生反应 处理措施 1 将状态异常混凝土降级作临建使用 2 再次生产时 两种外加剂严格分开使用 生产时固定生产线 固定搅拌运输车及泵车 清洗干净 3 由于聚羧酸外加剂的弱酸性 与铁制容器长期接触会发生反应 影响其质量 必须采用单独的聚乙烯塑料罐盛装 另需单独的 PVC 管道和计量装置 4 若生产任务较为 繁重时 为提高生产效率 全部采用萘系外加剂 5 2 坍落度控制 预制箱梁对于外观的要求较高 因此 对于混凝土质量的稳定 尤其是坍落度的稳定和均 匀性 对于减少水纹 云斑 色差甚至孔洞 浮浆过厚等缺陷起到重要作用 现象 1 聚羧酸外加剂掺量少 减水率高 生产时对用水量极为敏感 当用水量有波动 增减 3 5Kg 时 坍落度变化显著 轻微泌水或无扩展度 应对措施 1 增加骨料含水率的 检测频次 保证生产用水量准确 针对砂子含水建议每个工作班或连续供应过程中每两小 时测一次 增加频率 保障用水量的准确度 石子方面 最好是直接干筛 本站在供应前 期 为保证石子质量 采用水洗 2 3 遍 存放一周晾干 但在实际生产过程中 大堆石子 外部干燥但内部仍然较湿 且不同层面含水也不均匀 对坍落度的稳定性影响较大 后改 为直接干筛 效果较好 2 不授予机操人员调整用水量权限 现象 2 计量有误差 出现超掺情况 出机混凝土坍落度偏大 经过搅拌和运输 到施工现 场时有轻微离析状 检测其基本性能时 有泌水及板结等现象 作为试验用混凝土 浇筑 时不易振捣 上部板结严重 拆模时有粘模现象 试验箱梁底部有明显水纹 内部侧面则 有蜂窝现象 外观较差 应对措施 1 延长搅拌时间 保证搅拌均匀性 2 与外加剂厂 家沟通协调 将外加剂掺量由设计的 1 2 提高至 2 0 减小相对误差 降低计量敏感度 3 升级生产控制系统的管理软件 更换传感器 保障计量精度 1 5 3 浇筑施工控制 天津地区夏季平均温度超过 25 最高气温超过 38 白天供应混凝土坍落度损失较大 导致施工操作时间变短 影响施工效果 外观差 原因分析 1 气温高 砂石等集料经暴 晒后温度更高 出机混凝土温度达到 30 35 加速了水化反应 2 工人高温作业影响施 工效率 偶尔有箱梁混凝土浇筑收尾时 上部混凝土因失水过快 己无法振捣 造成蜂窝 麻面以及面层开裂等质量问题 应对措施 1 针对混凝土夏季施工特点和诸多不利因素 与施工方沟通后 调整夏季预制箱梁混凝土浇筑时间 于每天早晨 6 点前和下午 8 点钟以 后时段施工 以此控制混凝土温度 保证质量 2 施工工艺的改进 在箱梁外模侧面设置 附着式振捣器 采用插入式振捣器与附着式振捣器相结合振捣方法 提高工作效率和振捣 效果 3 提高外加剂的调试频率 考虑外加剂与水泥等主要胶凝材料及气温变化等因素的 匹配 及时调整外加剂的配方 以满足施工性能为标准 通过总结前期供应出现的问题并及时采取措施 保障了后续供应的箱梁混凝土良好的和易 性及施工性能 拆模未出现任何型式的裂缝 无泌水而造成的砂线 云斑也很少 外观良 好 得到相关各方一致好评 6 结论及期望结论及期望 1 高性能预制构件的混凝土供应宜在施工现场建立搅拌站 由预拌混凝土公司供应 由 于考虑运距 交通及气温等因素 技术难度较大 成本增加 对质量控制和经济效果均不 利 2 不宜以坍落度为控