混凝土预应力梁表面质量缺陷的成因与防治.pdf

第 3 7卷第 9期 2 0 1 0年 9月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i qu e De v e l o p me nt Vo 1 ． 3 7。No． 9 Se p． 2 01 0 混凝土预应力梁表面质量缺 陷的成 因与防治 曲长武付冲李广森 ( 中交 一航 局 第三 工程有 限公 司 ， 辽 宁 大连1 1 6 0 0 1 ) [ 摘要] 混凝土不但要注重内在质量 ， 而且外观质量 同样不能忽视 。对 于公路 工程的混凝 土其外 观的感观质 量更为 重要 ， 但是影响外观质量的因素是多 方面 的。因此 ， 浇筑优 良质量 的混凝 土 ， 不能疏 忽施 工中 的各 个环节 。 主要对 混凝 土预应力梁表面质量缺陷的成因进行分析并 防治。 [ 关键词 ] 混凝 土； 表面质量 ； 缺陷 f 中图分类号】T U 7 5 5 ． 6 [ 文献标志码] A [ 文章编号] 1 0 0 1 - 5 2 3 Xf 2 0 1 0 ) 0 9 - 0 0 5 4 - 0 3 l工 程 概 况 某高速公路大桥 由 8孔 ， 1 6 m跨径组成桥 长 1 4 8 ． 0 4 m， 路面宽 2 6 ． 0 m。结构类型桥墩基础为 扩大基础 。下部 结构 柱式墩 、 u型台。上部结构‘为 1 6 m预应力混凝土 空心板 。 另一座大桥由 5孔 ， 2 0 m跨径组成桥长 1 0 4 ． 0 4 IT I ， 路 面 宽 2 6 ． 0 m。结 构类 型桥墩基础为 钻孔灌注桩 基础 。下部结 构柱式墩、 柱式台。上部结构为 2 0 m预应力混凝 土空心板 。 两座大桥预应 力混 凝土 空 心板 上面 浇注 路 面混凝 土。 然后铺设沥青混 凝土路 面。1 6 m和 2 0 m 预应力 混凝 土空 心板采用 C 5 0混凝土 。1 6 i n空心板 1 9 2榀 ； 2 0 n a 空心板 1 2 0 榀 。另外还有其他天桥、 分离立交桥 、 互通桥等小桥 ， 预应力 混凝土空心板共 5 8 0榀 。混凝土数量 5 2 2 0 m 。 浇注后的混 凝土预应力梁表 面有 大面积 的云斑 、 砂线 。 部分地方有漏石 、 漏浆现象 、 表 面有 裂缝 。混凝 土表 面质量 较差 ， 严重影响了混凝土 的外观质量 。 2基 本情 况 2 ． I 原 材 料 水泥采用普通硅 酸盐 强度 等级 4 2 ． 5水泥 。细集 料 Ⅱ区 中砂。粗集料采 用 5—1 0 m m 和 1 O～2 0 m m 石灰 石碎 石 。 水采用 河水 ， 经检验 符合 《 公路 桥涵施 工技 术规 范》 的拌 和 用 水。外加剂采用复合高效减水剂。混凝 土配合 比如表 1 。 表 1 C5 0混 凝 土 材 料 用 量 水 泥／ 细集料／ 粗集料／ 水／ 外加剂／ 坍落度 材料名称 ( k g ／ m ) ( k g ／ m ) ( k g ／ m ) ( k g ／ m ) ( k rVm ) ／ mm 材料用 量 4 4 0 6 3 0 1 2 2 3 1 7 2 3 ． 5 2 7 0～ 9 O 2 ． 2混 凝 土搅 拌机 混凝土搅拌机采用 J S Y 5 0 0型双卧轴强制式混凝土搅拌 机 。主要技术参数如表 2 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0— 0 6—1 5 作者简 介： 曲长武 ( 1 9 6 5 - ) ， 辽宁 瓦房店人 ， 毕业于长 沙理工 大学 ， 本科学历 ， 工程师 ， 现 任中交 一航局第 三工程有 限公 司 广州分公 司经理 。 表 2 J S Y S O 0型混凝土搅拌机技术参数 出料容 进料容 生产率 骨料最大 项 目 量／ L 量／ L ／ ( m ／h ) 粒径／ mm 技术参数 5 O O 8 o o 2 5— 2 8 8 O／ 6 0 供水系统由水泵 、 吸水管 、 上水管、 喷水管 、 引水杯组 成。 控制供水量采用 J S 1 1 J 时间继时器可 以延 时 0— 9 9 ． 9 s 。 2 ． 3预 应 力 混 凝 土 空 心 板 跨径 1 6 m预应力混凝土空心板宽 9 9 c m、 高 8 0 c m。减 掉芯模尺 寸 ， 两侧壁厚各 l 6 c m。顶 面与底 面混凝土厚度 各 1 2 c m 。 跨径 2 0 m预应力混凝土空心板宽 9 9 e ln 、 高9 0 c m。减掉芯 模尺寸， 两侧壁厚各 1 8 c m。顶面与底面混凝土厚度各 1 2 e m。 2 ． 4施 工 工 艺 用铲车把粗 、 细集料装进集料斗 。混凝土配合比输入计 算机 自动计量。混凝土搅拌 时间 1 8 0 s 。采用 0 ． 5 m 的锥型 立式集料 斗装混凝 土 ， 用龙门 吊车把混凝土浇注入 模。先浇 注芯模底层 的混凝 土。然后安装 芯模 ， 浇 注侧墙 、 顶板 混凝 土。混凝土振捣采用 4 , 5 0 m m的高频振捣棒 ， 空心板 的两端 四块模板上各安一 台附壁式振 捣器 。混凝 土表面用 小型平 板振捣器振捣 。用铁抹子把混凝 土抹 光。 3原 因分 析 3．1 混 凝 土 3 ． 1 ． 1 水 泥 混凝土在浇注 时泌水率较大 ， 我们 分别选 取甲厂生 产的 普通硅酸盐 5 2 ． 5水泥 、 普通硅酸盐 4 2 ． 5 R型水泥 。乙厂生 产 的普通硅酸盐 5 2 ． 5水泥 、 普通硅 酸盐 4 2 ． 5 R型水泥进行 对 比试验 。结果如表 3和表 4 。 试 验 结 果 分 析 1 ) 甲乙两厂生产 的 P ． 0 5 2 ． 5水 泥的标准稠度 和凝结时 间基本 一样 。 2 ) 甲乙两厂生产的 P ． 0 4 2 ． 5 R型水泥的标准稠度相差 1 ． 0％ 。凝结时问初凝相差 3 2 m i n ， 终凝相差 3 9 ra i n 。 3 ) 掺复合高效减水 剂 ， 甲乙两厂生产 的 P ． 0 5 2 ． 5水泥 第 3 7卷 曲长武 ， 等 ： 混凝土预应 力梁表 面质量缺 陷的成 因与防治 第 9期 表 3 不 同等级水 泥的标准稠度及 凝结时 间 标准稠 初 凝 终 凝 厂家 品种 安定性 度／ ％ ( h： m i n ) ( h ： m i n ) 普通水泥 2 5 ．2 1 ： 3 9 2 ： 3 5 合格 5 2 ．5 甲厂 普通水泥 2 7 ．0 2 ： 1 3 3 ： 1 4 合格 4 2 ．5 R 型 普通水泥 2 5 ．4 1 ： 3 7 2 ： 2 5 合格 5 2 ．5 乙 厂 普通水泥 2 6 ．0 1 ： 4 l 2 ： 3 5 合格 4 2 ．5 R 型 表 4掺 外 加 剂 对 水 泥 的 影 响 标准稠 初 凝 终 凝 外加 厂家 品种 安定性 度／ ％ ( h： m i n ) ( h ： min ) 剂／ ％ 普通水泥 2 1 ．O 2 ： 1 1 3 ： 1 1 合格 0 ． 8 5 2 ．5 甲厂 普通水泥 2 2 ．O 3 ： 5 0 4 ： 5 1 合 格 O ． 8 4 2 ．5 R 型 普 通 水 泥 2 1 ．2 2 ： 3 7 3 ： 3 0 合格 0 ． 8 5 2 ．5 乙厂 普通水 泥 2 O ．8 2 ： 3 5 3 ： 3 2 合格 O ． 8 4 2 ．5 R 型 的标 准 稠 度 基 本 相 同 。凝 结 时 间 初 凝 和 终 凝 分 别 相 差 2 6 mi n 和 1 9 mi n 。 4 )掺 复合 高效减水 剂 ， 甲 乙两厂 生产 的 P ． 0 4 2 ． 5 R型 水 泥的标 准稠度相差 1 ． 2 ％。初凝时 间相 差 1 h 1 5 m i n 、 终凝 时 间 相 差 1 h 1 9 mi n 。 3 ． 1 ． 2混 凝 土 我们 对两个水泥厂 生产 的两种 强度 等级 的水 泥分别 进 行混 凝土的泌水率试验 。其 结果如表 5 。 表 5不 同厂 家混凝土的泌水率 水泥 5～ 1 0i n l n 1 0～ 2 0l u 瑚 砂率 坍落 外加 泌水 水泥品种 用量／ 碎石 占百 碎石 占百 ／ ％ 度 剂 蛊 ( k g ／ m ) 分数／ ％ 分数／ ％ ／ ％ ／ ％ 甲厂 5 2． 5 3 3 0 4 0 6 0 3 6 7 0 0 ．8 2 ． 1 4 普 通 水 泥 乙厂 5 2． 5 3 3 0 4 0 6 0 3 6 8 0 O ．8 2 ． 4 5 普通水泥 甲厂 5 2． 5 4 4 0 4 0 6 0 3 7 ．5 l 1 7 0 ． 8 0． 5 7 普通水泥 乙厂 5 2． 5 44 0 4 0 6 O 3 7 ．5 1 l 0 O ． 8 0． 9 3 普通水泥 甲 厂 5 2 ． 5 4 4 0 3 0 7 0 3 7 ．5 1 1 O O ． 8 0 ． 0 7 普通水泥 乙厂 5 2 ． 5 4 4 0 3 0 7 0 3 7 ．5 l 1 0 0 ． 8 0 ． 0 6 普通水泥 从试验结果 可以看出 ： 1 ) 乙厂生产的普通 硅酸盐 5 2 ． 5水 泥 配制 的混 凝土 泌 水率大于 甲厂 生产 的普通硅酸盐 5 2 ． 5水 泥 。 2 )混凝 土 中掺入 复合 外加 剂 后可 以降低 混凝 土 的泌 水率 。 3 )当水 泥 用 量 在 4 4 0 k g ／ m’ ，砂 率 为 3 7 ． 5 ％ ，5～ 1 0 mm碎 石 占 4 0 ％ 、1 0—2 0 mm 碎 石 占 6 0 ％ 时 ， 混 凝 土 的 泌水率 是 0 ． 5 7 ％ ～ 0 ． 9 3 ％ 。 4 )当水 泥 用 量 在 4 4 0 k g ／ m ，砂 率 为 3 7 ． 5 ％ ，5～ 1 0 m m碎石 占 3 0 ％ 、1 0—2 0 m m碎 石 占 7 0 ％ 时，两种水 泥 配制 的混凝 土泌水率是 0 ． 0 6 ％ 、0 ． 0 7 ％ ，仅相差 0 ． O 1 ％ 。 5 )旋窑水 泥厂 生产 的水 泥熟 料 质量 越 高 ，掺 入水 泥 中的非 活性 混合材料也越 多。 乙厂 生产 的普通硅 酸盐 5 2 ． 5 水泥 中掺人 7％ 左 右的火山灰混合材料 ，对 混凝土 的泌水 ． 性 也 有 一定 的 影 响 。 3 ． 2骨料的含水率 首先混凝 土在搅拌之 前 ，细集 料 和粗集 料都 进行含 水 率 的测 定。根据 含水 率 的大小 计 算工 地 现场 施 工配 合 比。 在施工 中由于汽车运 进含水 率 比较大 的细集料 时 ，开 铲车 的司机往往不注意 ，图方便 随意将新 进 的细集料 铲人 集料 斗 中 ，使混凝 土的坍落度增大 。 其 次 ，当下雨 以后 ，混凝 土 浇注 数量 较大 时 ，料堆 表 面 的细集料和里面 的细集 料含水 率不一 样 ，如果 不及 时测 定 骨料的含水率 ，调整配合 比也能增大坍落度 。 另外 ，搅拌机的计量 水表 由 于天气 潮湿 。电子元 件失 灵 ，造 成时间继时器 计量 不准 。采 取人 工手 动加水 ，难 以 掌 握混凝土的实 际用水量 。 3 ． 3振 捣 与 浇 注 预应力混凝 土空 心板 两 侧壁 厚仅 有 1 6～1 8 C lT I 。配有 4 , 1 2的钢 筋、郝 的箍筋 ，加 上两侧 各有两 根波纹 管。使高 频 振捣器难 以插入 混凝 土 中。因此 ，操作 者用 高频振 捣器 插 入模 板与钢筋之 间 ，用振 捣器震 动模 板下 灰。模板 产生 震 动 ，使原来 已经震 好的混 凝土 与模板 之 间产生 空隙 ，上 面的水流入产生砂线 。 1 6 1T I 预应力 混凝土空心板 高 8 0 e m；2 0 n l 预应 力混凝 土空心板高 9 0 c m。在 浇注 1 2 c m高后 ，安装芯模 。然后混 凝 土一次入模 ，高度在 7 O一 8 0 c m。操作者害怕漏震 ，将 高 频振捣器深深插 入混凝 土 中，长 时 间地振 捣。使粗 集料 下 沉 、密聚造成云斑 。 由于入模 的混凝 土 下 料高 度 高 ，振 捣 时 间长 。搅 拌 、 运输 、吊罐 、下料 的各工序不协调 。使人模 的混凝 土拉长 ， 不能及 时振捣 ，混凝 土表 面水分 蒸发 ，降低 了混凝 土 的和 易性 ，又延长 了振捣 时间 。 浇注完 的混凝 土表面 有浮浆 和泌 水现 象。不及 时清 除 而 留在混凝 土表面 。混凝 土 中的水分 蒸发 ，混凝 土表 面产 生收缩裂缝 和干缩裂缝 。 同样浇 注完的混凝土 不及时 养护也 能产 生收缩 和 干缩 裂 缝 。 3 ． 4模 板 钢模板 在组 装时 ，模 板之 间接缝 处理 不好 。浇注 混凝 土 时，水泥 浆从 模板缝 流 出 ，造 成混 凝 土表 面漏石 、漏 浆 现象 。影 响了混凝土 的外观质量 。 55 第 9期 曲长武 ， 等 ： 混凝 土预 应力梁表 面质 量缺 陷的成因与防治 第 3 7卷 4改正 措 施 1 )在施 工 中严 格控 制骨 料 的含水 率。及 时做 含水率 试验 ，调整工地施工混凝 土 的配合 比，并更 换计量 不准 的 时 间继 时器 。 2 )外加剂 的掺 入 由原 来 的滞水 法 ，改 为与 干料 一起 投入料斗进行搅拌。当地湿 度较大 ，进 场时 间较长 的外加 剂容易结快 ，因此要 过筛剔 除。外加剂 经计量 后投入 干骨 料 中。 3 )骨料进入搅拌机后 ，先搅拌 5～1 0 s ，再加水搅拌 。 混凝土搅拌最短 时间 2 m i n 。 4 ) 以前模 板脱 模剂采 用废 机 油 ，现在 采用 食用 色 拉 油脱模 。模板组装要严密 ，模 板之间的接缝不允许有缝 隙。 5 ) 混凝 土搅拌 、运输 、吊罐 、浇注要协调一直。根据 混凝土的浇注速度 ，统筹 安排 搅拌 、运 输 、下料 时 间。混 凝 土下料分 为四层浇 注 ，严禁过震 。 6 )混凝 土表面的浮浆要及 时清除，消 除松顶现象 ，防 止混凝 土表 面干缩 裂缝和 收缩裂缝 。混凝 土浇注完 毕 ，要 及 时覆盖浇水养护 ，防止混凝土表面裂缝 。 7 )提高操作人 的质量意识观念 ，加强质量责任制。 5改进 后 的效 果 通过混凝土外 观质 量缺 陷成 因分 析并 进 行整 改 以后 ， 新搅拌的 C 5 0混凝土 和易性 明显改善 。采 用新 的工 艺和振 捣方法 ，浇注的预应力 混凝 土空心板其 侧面感 观质量 有 明 显 的改观 。砂线 、露石 、漏 浆 、表 面裂缝 现 象 已消 除 ，云 斑 、水纹基本消失 。浇 注过程 中 已观察 不 到泌水现 象。预 应力混凝 土空 心板 的外 观质 量显著提高 。 ( 上接 第 2 9页) 2 )试 配结果 a )混凝土坍落度 ：2 3 0 mm扩张度 6 2 0 k g ／ m b )混凝土坍落度经时损失 ：3 5～ 4 5 m m c )新拌混凝土无泌水 、离析现象 ，流动性 良好 ，但经 过半个小时后重骨料有下沉现象 。 d )混凝 土密度 ：平均 4 O 1 9 k g ／ m e )强度 ： 。 _ 7 d = 3 6 ． 3～3 4 ． 8 M P a ； 2 8 d ： 4 9 ． 4 MP a 5 ． 2 ． 2 第二套方案 ：设计集 配料混凝 土，采用溜槽法施工 I )采用体积法确定 配合 比 ( 表 6 ) 表 6后海某名人别墅集配料混凝土配合 比设计 水 水泥 铁精粉 特制铁粉 重晶石 9 0 1 0 2 5 4 9 1 1 7 6 2 1 0 3 2 )试验结果 混凝土密度 ：平均 4 0 2 0 k g ／ m ，满足设计要求。 通过对两套方案的对 比，考 虑担心 泵送过 程 中堵 管 以 及浇注后有可能重骨料下 沉。而且 由于该混凝 土设计 上只 有密度要求 ，没有强度要求 ，经 同施工单位技 术人员协商 ， 采用第二套集配料工法配制混凝土 。 5 ． 2 ． 3 施工现场机械准备( 表 7 ) 表 7后海某名人别 墅施工现 场机械准备 序号 项 目 数量 单位 l 手推车 1 0 辆 2 溜槽 4 个 3 铁锹 3 0 把 4 立 、蛙式打夯机 4 △ 口 5 ． 2 ． 4施工工法及注意事项 1 )施工 前应抄好水平标高 ，通过上返梁 做好标志 ，以 便控制 回填厚度。 2 )工艺流程 ：基坑清理一搭设溜槽 ( 准备坡道 、预留 电梯井、孔洞 )一钢渣混凝 土运至工作 面一预 拌钢渣混凝 土 回填一夯实、找平一密度试验 、验收 。 56 3 )搭设溜槽、准备坡道、预留孔洞。 4 )每层 回填前 ，用粉笔在基础反梁上抄好水平标高 间 距以便控制 回填厚度 。 5 )重混凝土按指定位 置倒卸材料后再 由人工用手推车 推至溜槽后卸料 。 6 )要分层铺摊 ，每层 控制厚 度为 3 0～ 4 0 e m，随之铺 平 ，并用蛙式打夯机夯 实。 7 )要设计好溜槽的角度以使混凝土能够顺利运输 到施 工 地 点 。 5 ． 2 ． 5试验 结果 1 )按 6 0 0 m 为一批做密度试验 2 )根据设计要求 ，此 配重混凝土 的密度 达到设计 了要 求 ，而且 比泵送混凝 土节约 了 4 0 ％ 的费用 ，深受施 工方和 业 主 的好 评 。 6结 论 重混凝土要求密度 的设计如果不超 过 2 6 0 0 k g ／ m ，可 以采用废钢渣生产混凝 土 ，因此也 有人把 重混凝 土称为 钢 渣混凝 土 ，钢渣应 用于混凝 土 中 ，既满足 了施工 需要 ，又 符 合国家节 能减排 环保要求 ，并 且钢 渣混凝 土相对 于其它 重 材料 价格低廉 ，社会效益 和经济效益都非 常显著 。 重混凝土可进行泵 送 ，但密度越 大 的混凝 土泵送距 离 越短 ；对结构 比较复杂 的防护结 构物 ，或 在施工 时候必须 分层浇筑的混凝土 ，采用 灌浆混凝 土方 法施工 ，对 于克服 骨料下沉现象 ，效果较好 ；施 工较 大体积 的重 混凝土 ，为 保 证质量 ，要采取相应 的导温措施 。 对 于回填混凝 土或配重混 凝土 ，如 果强度 没有要 求而 施工条件又 允 许 ，尽 量 使 用 溜槽 法 施 工 ，可 以节 约 成 本 4 0 ％左右 ，有非常好 的经济效益。 参 考 文 献 [ 1 ]西德尼．明德斯 ，J ． 费朗西斯 ，戴维．达 尔文．混凝土 ．北 京 ：化学出版社 ，2 0 0 5 [ 2 ]吴 中伟 ，廉 惠 珍． 高 性 能 混 凝 土． 北 京 ：中 国铁 道 出 版 社 ．1 9 9 9