自密实混凝土胶结堆废弃路面块挡墙应用研究.doc

自密实混凝土胶结堆废弃路面砼块挡墙应用研究摘 要：自密实混凝土流动性好、抗离析能力强，可不进行振捣或稍加振捣，即可实现密实填充的效果，凝结硬化后，稳定性能好，胶结能力强，力学强度高，在钢筋密集的钢筋混凝土结构和具有多级空隙砌体等对胶结材料的穿透性能要求高的结构中应用广泛。本文结合某滨江路提质改造工程中借用堆石混凝土工艺，以破碎的水泥混凝土路面块为堆石体，自密实混凝土胶结填充施工重力式挡墙。分别从原材料、工艺流程、试验和检测评定等环节探讨利用废弃路面块砌筑堆石混凝土挡墙的质量控制方法。结果表明采用破碎的水泥路面块堆石体变废为宝，资源再生利用，大大节约工程成本和降低工程废弃物对环境的负荷，同时，凝结硬化的可以降低圬工结构水泥用量，使圬工结构的总释热量和绝热温升显著降低，并能发挥对废弃水泥路面破碎块的对混凝土收缩的限制约束作用，抑制裂缝的产生与发展，从而满足施工质量控制要求。关键词：堆石混凝土挡墙；自密实混凝土；质量控制中图分类号：U418 文献标识码：A 0 前言重力式挡墙是以挡土墙自身重力抵抗作用于墙背上的土（水）压力并维持挡土墙在土压力作用下的整体稳定，具有支挡稳定，取材广泛、经济效果好等优点，是我国目前常用的一种墙式支挡构造物。工程中应用砂浆砌片石挡墙和混凝土挡墙多。建筑浆砌片石挡墙对高质量片石材料需求量大，适宜山区和丘陵等石材资源丰富地区采用，如果工程当地石材资源匮乏，则建设成本高。混凝土挡墙的水泥用量多，水泥水化释热量大，致使挡墙混凝土温升过大而极易出现结构开裂质量问题，该问题对大型普通混凝土挡墙尤其明显。堆石混凝土圬工砌体的材料学理念是结合大粒径的块（卵）石自然堆积时在颗粒之间留下一定的随机空隙，而具有良好自流动性和高抗离析能力的自密实混凝土能够充填饱满大颗粒骨架块（卵）石体之间的空隙，从而形成宏观均匀的自密实混凝土和骨架石料混合体。依靠堆体石的嵌锁和充填的自密实混凝土凝结硬化胶结而具有一定力学强度圬工构筑物。堆石混凝土中块（卵）石含量宜控制在55以上，自密实混凝土含量控制在45以下。堆石混凝土作为一种新型混凝土施工工艺，有着施工速度快、整体质量好、层间抗剪能力强、综合成本低等优点，适用于大体积的素混凝土、筑坝混凝土、钢筋间距密的钢筋混凝土以及石方缺乏地区的圬工砌体等，已经在宝泉抽水蓄能电站、四川宜宾向家坝水电站等工程中得以广泛应用，取得了良好的经济效益和工程效果，尤其在保证质量、缩短工期方面优势明显。1 原材料及工点概况堆石混凝土用的堆砌石料宜采用粒径大于15cm的块（卵）石粗颗粒矿质混合料，尽量选择方正颗粒，控制针片状和扁平状颗粒含量，杜绝颗粒之间面面接触，以保持块（卵）石材料之间的相互嵌锁。除此之外，块（卵）石材料大小颗粒之间应适当搭配，维持自然堆砌体具有合适的剩余空隙，确保自密实混凝土可以流动充填。充填胶结的混凝土选用设计强度等级的自密实混凝土，本次试验所用的水泥为工程当地产PO32.5水泥；粗骨料为工程当地510mm砾石，细集料用工程本地河砂，细度模数2.65（中砂），粉煤灰为II级粉煤灰；外加剂为聚羧酸系高效减水剂，自密实混凝土拌合物配比见表1。表1 自密实混凝土拌合物质量配合比（/kg）项目水泥粉煤灰石子砂水外加剂质量组成1923048148021603.07由挡墙工程实际，选挡墙的基础部位进行堆石混凝土工艺对比，其中K5+540K5+550段采用四周支立模板，试验仓位尺寸为2.4m10m0.7m，K6+000K6+010段四周采用砌面石墙代替模板，试验仓位几何尺寸为1.8m10m0.6m。试验段方量总和约30堆石混凝土，自密实混凝土预计大约需要14。人工自然堆石法，除在砌面片石替代模板法施工时，面石执行浆砌片石标准外，其余的堆石料仅要求粒径不小于15cm，强度合格，外形可适当指标放宽；对于影响堆石混凝土施工质量的自密实混凝土则要求用拌合楼集中拌制生产，混凝土搅拌车运输，梯形流槽辅助自然流入，自堆石体顶面灌注入仓。2 质量控制试验堆石混凝土试验分为自密实砼流动性试验、堆石料剩余空隙率试验及堆石混凝土充盈度试验等。2.1自密混凝土工作性检验自密实混凝土在自身重力作用下，即使存有致密钢筋，亦能够顺畅流动、完全充填模板，无需附加振动或者仅需要轻微振动，即可获得良好均质的硬化体的混凝土。混凝土的自密实性能包括流动性、抗离析性和填充性。试验采用坍落扩展度试验和V型漏斗试验进行检验，试验室试配及现场扩展度情况见图1所示，相关测试结果如表2所示。从扩展度测试时施工和易性的情形及试验测值显示，无论是试验室试配及现场取样的自密实混凝土均具有优异的流动性和自密实性能，在自重的作用下，迅速坍落扩展成规则的圆盘形，且现场自密实取样试样的保水性和抗离析性能相对优异。试验室样现场样 图1 自密实混凝土坍落扩展度试验表2 自密实性能检测及硬化力学强度项 目新拌混凝土流动性硬化混凝土抗压强度/Mpa坍落度/mm扩展度/mmV漏斗通过时间/ s7d28d试配样2606506.813.429.7现场样2786807.014.230.32.2质量控制与现场工艺堆石混凝土工艺流程按如图2所示的程序进行，严格遵照工艺流程进行堆石混凝土施工，在每一个施工环节根据各自的工艺特征做重点控制。1）支模板：现场支立的模板是否精确牢固是确保砌体圬工结构施工质量的首要环节，堆石料充填的自密实混凝土流动性大，模板的变形或在边角位置的漏孔，自密实混凝土倾注流淌引起质量事故。因为硬化的自密实混凝土的密度与普通混凝土差异不大，所以在进行堆石混凝土立模时，对自密实混凝土所产生侧压的要求，可按普通混凝土对待，并考虑到自密实混凝土流动性大的特点，加强边角和接缝位置的处理，预防漏浆。模板应加强固定，防备在堆石时，模板松动变形；如果选择砂浆砌片石替代支立模板，则要求外围的砂浆砌片面石的墙厚不小于50cm，并足以以抵抗堆石时的撞击和混凝土流态时所产生的静水压力。2）堆砌石料入仓：将经过分选，粒径在15cm以上的块（卵）石，人工或者机械自然堆入仓面，人工堆石体稳定，嵌锁紧密，机械堆石速度快，块间空隙大，建议采用“机械辅助，人工堆石法”施工，堆石时应避免相邻石块的表面紧贴接触，形成大面积的面-面接触形式，自密实混凝土流淌通过困难，形成原生缝隙，造成堆石挡墙整体性不良，承载能力低。堆石体积率适中最佳，堆石体积率过小不利于成本控制，堆石体积率过大时自密实混凝土难以密实填充；与此同时，严格控制每层的堆石厚度，根据本项目现场试验，堆石的厚度原则上不超过2m。有一点需要说明，采用支立模板施工时，模板与面石块之间亦应该无大面积的密贴接触。基底承载能力验槽自密实砼拌制与预检支模板首层堆料入仓自密实混凝土运输现场工作性抽样复验自密实混凝土逐点顺序浇筑浇筑点规划及流槽搭建抛石搭接处理层间施工冷缝抛石混凝土圬工质量检验 图2 堆石混凝土工艺流程图3）规划浇筑点，搭建浇筑流槽：自密实混凝土的浇筑是堆石混凝土质量控制的一个重点和难点，虽然自密实混凝土的流动性好，但其仍然属于大粘度流体并受混凝土拌合物中骨料的粒径大小和级配组成的影响，其充填性能受多种因素的综合影响，在浇筑施工时，应根据堆石现场情况合理规划浇筑点和浇筑顺序，争取自密实混凝土在浇注时惯性流动和初始压力下，一次性灌饱满堆石体的空隙，严禁往复多次浇筑，浇注点应均匀分布于全仓面，相邻两浇注点间距大于2m。4）自密实混凝土浇筑：搭建专用拌合楼集中生产自密实混凝土拌合物，以搅拌罐车运送至现场，由搭建的流槽倾溜入仓，控制流槽的斜坡和流槽截面尺寸，流槽坡度小，则混凝土流动平缓，初始速度小，灌注时间长，流槽坡度大，则混凝土涌流速度大，容易出现浇筑点自密实混凝土外溢。流槽斜角及尺寸应视现场堆石体耗料速度动态调整。当当前浇注点出现流淌不动，混凝土向四周溢流急剧扩展时，则迅速移至下一浇注点进行浇注，浇注点次序按照单方向前进，浇注点覆盖整个仓面，不得采用往复来回式浇灌，现场浇注情形见图3。 5）层间施工冷缝的处理：每层堆石体的自密实混凝土浇注完成，及时迅速抛入大小不一的石块部分嵌入混凝土中，用以增强与下一层堆石体之间的施工冷缝位置的层间粘结力。6）为确保堆石混凝土外观美观，浇注混凝土堆石的同时用人工间歇性敲击外侧面模板，充分排出附着于模板壁的气泡，增加混凝土外观光洁度。 图3 浇注施工现场情况 拆模后 图4拆模后效果实况 图5 流动远端密实情况3 质量检测验收3.1混凝土强度自密实混凝土的力学性能检验遵照普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）中规定方法进行，测试标准试块7d、28d龄期时抗压强度标准值，如表2所示。3.2自密实混凝土充盈度按如下方案检测堆石混凝土的密实度，各检测手段配合使用，结果相互印证，综合评定堆石混凝土砌体的密实充盈程度。所采用的检测方法有：在堆石密集处或浇注点流动远端预埋柱型桩，在混凝土初凝前拔出桩管，检测柱桩内混凝土的密实度；选择试验仓面浇注点远端或可能出现缺陷的薄弱位置实施开挖揭露，目测查验自密实混凝土在堆石料中的密实饱满度；随机抽选仓面部位进行钻孔取芯，由钻取的芯样推断堆石混凝土的密实度，取芯一般安排在浇注7d左右进行，龄期太短，芯样成型不好，龄期太长，则钻进苦难；用超声仪对堆石混凝土挡墙实施全面体检，检测堆石混凝土挡墙的密实程度和存在内部缺陷。3.3堆石混凝土挡墙质量堆石混凝土圬工结构评定按直接法和间接法分别进行。直接法是通过钻取数量满足统计分析基本要求的堆石混凝土芯样，切割制备圆柱体试样，测试其抗压强度，芯样强度值即为堆石混凝土强度；间接法是通过测得的自密实混凝土强度结合堆石混凝土中自密实混凝土的充盈程度检测结果间接推定堆石混凝土强度，即：堆石混凝土的自密实混凝土充盈度95时，则堆石混凝土的强度等级可按自密实混凝土的强度计算。如图4、图5分别为模板法施工的堆石混凝土挡墙拆模后外观情况和流动远端开挖检测密实度情况照片，从图中可以看出，堆石混凝土外观光洁，流动度远端密实性良好。4 结论与建议现场取样的自密实混凝土的坍落度值278mm，扩展度高达680mm，V型漏斗通过时间为7s，自密实性能良好，有效确保了堆石混凝土的顺利施工和施工质量。浇注混凝土时，得益于自密实混凝土优异的流动性、高抗离析和自密实特性，即使在浇注点远端的堆石底层，在自重作用下能够通过底部流淌穿越充盈堆石体之间的空隙。对比筑模法和浆砌片面石替代模板法施工堆石混凝土，对于挡墙截面尺寸大时，浆砌片面石法有优势，当堆石体截面面积较小时，用模板法施工速度快，综合技术优势更明显。无须振捣或仅实施轻微振捣的情形下，自密实混凝土可实现对堆石料空隙的填充密实，仓面拆模后的密实度外观以及砌石试验段远端随机抽样开挖内部密实情况揭露得以证实。采用立模法进行堆石混凝土施工时，为保证墙面平整和堆石混凝土圬工结构的耐久性，必须确保保护层厚度不小于3cm，同时应避免面块石与模板间以大面积密贴接触。堆石混凝土挡墙原材料的技术指标宽松，施工工艺简单，工期短，过程控制参数简单有效，成品质量易于保证，是一种值得推广采用的新型支挡构造物。为降低堆石混凝土建造成本，就地取用施工现场符合技术要求的片石或卵石集料，按照堆石混凝土中堆石料的粒径和粒形的技术要求分选使用，大幅度降低堆石材料费后，将更具市场竞争力和工程应用价值。参考文献：1 金峰, 安雪晖, 石建军等.堆石混凝土及堆石混凝土大坝J.