清水高性能混凝土在郑州市立交桥工程中的应用.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 卜0 0 3 0 0 3 应用研究、 清水高性能混凝土在郑州市立交桥工程中的应用 A p p l i c a t i o n o f H i g h P e r f o r ma n c e A s - C a s t - F i n i s h C o n c r e t e i n O v e r p a s s E n g i n e e r i n g i n Z h e n g z h o u 王顺强，王俊杰 ，杨卫忠 ( 河南省第一建筑工程集 团有 限责任公司商品混凝 土供应站 ， 河 南 郑州 4 5 0 0 0 9 ) 摘 要：研究了清水高性能混凝土的性能特征、质量要求以及在原材料选择、配合比设计、施工控制等方面采取的质量控制措 施 ，并将其 成功应 用 于郑 州市立交桥 工程 。 关键 词 ：清 水混凝 土 ；高性 能混凝 土 ；配合比设 计 ；质 量控制 中图分类号 ：T U 5 2 8 5 文献标识码 ：A Abs t r a c t ：The q ua l i t y c ont r ol l e d me a s u r e s of hi g h pe r f or ma nc e a s c a s t f i n i s h c onc r e t e a r e ex po unde d i n as pe c t s of t h e c h a r a c t e r i s t i c a n d q ua l i t y r e q ui r e me nt ，ma t e r i a l s s e l e c t i o n， m i x p r op o r t i o n i n g d e s i g n a n d c o n s t r uc t i on c on t r o l s H i g h p e r f o r m a n c e a s c a s t f i n i s h c o n c r e t e a r e s u c c e s s f u l l y d e s i g n e d a n d a p p l i e d f o r o v e r p a s s p r o j e c t i n Z h e n g z h o u Ke y wor ds ：a s c a s t fini s h c o nc r e t e；hi g h p e r f o r ma n ce c o n c r e t e ； mi x p r op o r t i o n d e s i gn；qu a l i t y c on t r o l 0前 言 性满足设计要求。 清水混凝土产生于2 0 世纪二十年代，随着混凝土广泛 应用于建筑施工领域，建筑师们逐渐把目光从混凝土作为 一 种结构材料转移到材料本身所拥有的质感上，开始用混 凝土与生俱来的装饰特性来表达建筑传递的情感。本文就 清水混凝土从原材料选择、配合比设计、施工控制等方面 以及在郑州市嵩山路一 黄郭路一 南三环路立交工程中的应用 情况进行阐述。 1工程概况 该工程位于郑州市西南部， 南三环与嵩山路、黄郭路、 郑密公路交汇处，其中嵩山路为郑石高速的连接线，由中 国公路工程咨询集团有限公司设计。共四个标段，我站负 责供应第一标段混凝土，第一标段有四个匝道，共 1 2 1 6 m 。 本桥处于圆曲线及缓和曲线上，其桥孔是按路线中心线径 向分孔布置的，桥跨布置的上部结构采用等载面应力混凝 土预制箱梁，梁高分别为 1 4 、1 6 m，下部结构桥墩采用 圆柱式桥墩，墩径为 1 5 、1 6 、1 8 m 三种，混凝土强度 等级为C 3 0 。根据建设指挥部的要求 C 3 0墩柱全部采用清 水高性能混凝土。工程技术难点在于：这是郑州市首次在 立交桥工程中使用清水高性能混凝土技术，因此我们必须 保质保量完成任务：保证混凝土色泽一致；防止混凝土表 面有气孑 L 、麻面、蜂窝、水线、裂缝的产生；混凝土耐久 3 o CoAL ASH 1 2 01 0 2试验用原材料选择 ( 1 ) 水泥： 采用辉县孟电水泥有限公司生产的p 0 4 2 5 级水泥，其物理性能见表 1 。 表 1 水泥胶砂物理性能指标 比 表 面 积标 准 稠 度 用 塑 塑 ! 苎 堡度 P a 压 竖 M P a ( m k g ) 水里， o】石 初凝 终凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d ( 2 )粉煤灰： 采用郑州裕中热电厂 F类 I I 级粉煤灰， 其主要性能指标见表 2 。 表 2 F类 I I级粉煤灰主要性能指标 ( 3 )矿粉： 采用焦作鹏远水泥有限公司生产的$ 9 5 级 矿粉， 其主要性能指标见表 3 。 表 3$ 9 5矿粉的主要性能指标 ( 4) 减水剂： 采用北京罗拉化学科技有限公司的P C L 1 0 0聚羧酸高效减水剂，其主要性能指标见表 4 。 表 4 高效减水剂的主要性能指标 ( 5 )河砂： 采用鲁山中砂，主要性能指标见表 5 。 表 5 河砂主要性能指标 ( 6 ) 碎石： 采用贾峪 5 2 0 m m碎石，主要性能指标见 表 6 。 表 6 碎石主要性能指标 3混凝土配合比设计 3 1设计指标 根据工程设计及建设指挥部的要求，确定混凝土的设 计性能指标，见表 7 。 表 7 混凝土设计指标 c ， o 蜘 良 好 1 0 0 0 3 2 正 交设计 试验 为使清水高性能混凝土各项指标均满足设计要求，确 定影响混凝土各项性能的各因素之间的最佳组合，减少试 验次数，并做到经济合理，采用正交设计试验方法。影响 清水高性能混凝土指标的因素很多，在施工工艺、养护条 件相同的条件下，在试配时我们选择四个主要的影响因子： 水胶比、矿粉掺量、减水剂掺量、砂率。各因子在可能的 取值范围内取三个不同水平，见表 8 。采用 L ( 3 ) 正交 表 8 混凝土影响因子水平表 表 9 混凝土影响因子及试验结果 表安排试验。配合比设计按照 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝土 配合比设计规程 及 C E C S 2 0 7 2 0 0 6 高性能混凝土应 用技术规程进行设计，试配方案及结果见表 9 。 从试验结果分析看出5号配比除外观质量不能直接 肯定是否能达到设计效果外，其它指标均符合设计要求， 因清水混凝土最重要的外观性能未能实际体现，为了更好 地验证 5号配比，与施工单位协商后，决定在施工现场 利用工程实际用的钢模板及脱模剂现场模拟浇筑两根直 径 1 5 m高 2 m的试验柱。拆除模板后观看，混凝土外观 完全达到工程设计要求。经工程总指挥部专家组的鉴定认 为试验完全满足工程设计要求，同意 5号配合比为生产 基准配合比。 4 质量控制 4 1原材料的选择 清水高性能混凝土要求新拌混凝土必须具有极好的工 作性和黏聚性，所以使用的原材料产地必须统一，水泥、 掺合料、砂、石的色泽和颗粒级配要均匀，尽量保证所有 原材料为同一批购置，这样有利于改善混凝土拌合物的和 易性，减少了离析、泌水，有利于提高混凝土硬化后的视 觉效果。 4 1 1水泥 大量的试验数据显示，孟电集团 P 0 4 2 5水泥具有 产量大、强度稳定、C ， A含量低、水泥色泽一致、与外加 剂适应性良好、保水性好、碱含量小等优点。在生产开始 前三天，一次性购置了1 0 0 0 t P 0 4 2 5水泥该水泥储存于 本站 2 4 0 号搅拌楼旁的两个 5 0 0 t 的水泥仓内，待水泥冷 却致常温后使用。 4 1 2集料 1 2 0 1 0 粉煤灰 3 1 清水混凝土用的砂石质量同样有着严格的要求，色泽 一 致、颗粒均匀、级配连续、含泥量要小、针片状颗粒含 量要少。为此我们专门让石子厂家，按要求生产一批 5 2 5 m m碎石，并且每车石料进入料厂后均冲洗凉干后专门 堆放，由监理工程师全程摄像监控。河砂采用细度模数在 2 6 左右，含泥量及泥块含量均相当小的鲁山中砂。 4 1 2掺合料 矿渣微粉选择焦作鹏远水泥厂$ 9 5 级矿粉，其质量稳 定、活性指数高， 颜色固定呈灰白色，细度均在4 1 0 m 2 k g 以上；粉煤灰选择郑州裕中热电厂生产的I I 级灰， 质量比 较稳定，烧失量小。 4 1 3减水剂 清水高性能混凝土离不开聚羧酸系高效减水剂。减水 剂与胶凝材料的适应性、保水性要好且碱含量低，从而可 有效地控制混凝土拌合物的坍落度损失，提高混凝土拌合 物的保水性，减少混凝土拌合物的离析和泌水，外加剂中 的碱含量越低越有利于硬化混凝土外观着色的控制和混凝 土耐久性的提高，通过试验比较选择北京罗拉化学科技有 限公司生产的 P C L I O 0 聚羧酸系缓凝高效减水剂。 4 1 4模板及脱模剂 选择表面平整光洁、有足够刚度的钢模板和适宜的脱 模剂是保证清水混凝土质量的重要因素。在模板选定后脱 离模剂的选择非常重要，如果选择不当对混凝土外观质量 影响很大，也将影响模板的重复使用。通过试验我们选择 食用油作为脱模剂，其施工操作省时，脱模后模板容易 清理。 4 2施工过程控制 为保证清水高性能混凝土施工的顺利进行，我们制定 了以下质量保证措施： ( 1 ) 进厂原材料严格控制，派专职质检员巡视， 发现 有使用违规材料的情况立即制止并停止生产。 ( 2 ) 混凝土开盘之前对搅拌楼计量系统进行计量校准 并上报生产部，同时清洗搅拌机、搅拌车，并将搅拌机及 搅拌车内的残留水排放干净，运输清水混凝土的车辆不得 运输其它品种的混凝土。 ( 3) 每盘混凝土搅拌时间不得低于 3 5 s ，同时每车 混凝土出厂前必须测试坍落度并做记录，出厂坍落度控制 在 ( 1 9 0 2 0 ) m m范围内，超过此范围的不得用于清水混 凝土工程。 ( 4) 生产调度在发车之前必须与施工单位联系， 搅拌 车发出后必须及时通知施工单位；现场调度在现场必须控 2 CoAL ASH 1 2 01 0 制好车辆不允许同一根墩柱间隔超过 2 0 m i n浇筑。 ( 5 ) 现场混凝土不得加水调整，达不到设计坍落度要 求的必须退回，混凝土分层浇筑厚度宜为 3 0 5 0 e m，安 排有经验的人员振捣，避免漏振或过振。 ( 6 )混凝土在模板内养护时间不少于4 8 h ，脱模后 必须用塑料薄膜将墩柱套住，防止二次污染。 5工程应用情况分析 目前郑州市立交桥工程已结束了，在混凝土生产前期 准备阶段、施工阶段以及施工后的验收阶段，我公司所供 应的混凝土各项技术指标均满足工程设计要求，在不同阶 段的信誉评价中受到施工方和建设指挥部的好评。 5 1混凝土工作性能分析 生产过程中每车混凝土均有出厂检验记录，由于使用 了聚羧酸外加剂保塑效果非常好，到现场混凝土坍落度损 失 3 0 m m h ，混凝土和易性良好，满足施工要求。 5 2混凝土力学性能分析 施工中共制作了 6 0组抗压试件，2 8 d 抗压强度平均 值 4 0 8 M P a ，最小值 3 7 8 M P a ， 标准差 3 2 MP a ，由于在 原材料管理中严格控制原材料性能指标，计量误差低于规 范要求，因此，此工程中混凝土生产质量控制水平均达 到优良。 5 3混凝土耐久性分析 墩柱 C 3 0清水高性能混凝土共制作了 6 组抗渗试件， 2 8 d 抗渗试验显示在最大水压为 1 0 M P a 时，6 组试件均 无渗透，抽测 2 0个墩柱底部的2 8 d 碳化深度均为0 m m ， 5 6 d 电通量为7 8 9 2 C ，氯离子渗透性较低，立交桥实体的 耐久性能均达到设计要求。 5 4清水混凝土外观评价 此次浇筑的C 3 0 墩柱，色泽一致，以浅灰色调为主， 因使用了聚酸酸高效减水剂后，墩柱表面光滑、流畅，无 水线，无蜂窝麻面，未出现 2 5 m m以上的气孔，达到清 水混凝土的外观要求。 6结 语 ( 1 ) 利用正交设计试验方法配制清水高性能混凝土可 有规律的减少试验次数，通过优选原材料， 选用合理的配 合比，可以生产出满足工作性能、设计强度、耐久性、外 观要求的清水高性能混凝土。 ( 2 ) 聚羧酸系高效减水剂是制备清水高性能混凝土的 必备材料，聚羧酸减水剂对集料中的含泥量及拌合水用量 的变化比较敏感，故清水混凝土不宜用含泥量及石粉含量 高的集料； 3 k g m 。 在调整坍落度时一次加减拌合水不宜超过 参考文献 ( 3 )配制清水高性能混凝土时，聚羧酸系减水剂的含 气量应控制在 3 0 0 以内，必要时需加入消泡剂以有效控 制麻面的产生。 ( 4) 配制清水高性能混凝土需掺入优质的掺合料使 混凝土具有良好的工作性，同时掺合料的填充效应及火山 效应，使混凝土结构的密实性得到改善，提高混凝土耐久 性能。 1 张轶 清水混凝土的发展与应用 J 】 中国建材，2 0 0 5 ( 4 ) ： 3 9 - 4 1 2 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京： 中国铁道出版社，1 9 9 9 作者简介：王顺强 ( 1 9 7 7 )，男，工程师 ，实验 室主任 ；王俊杰 ， 1 9 7 9 ，男，工程师，经理。 单位地址：郑州市航海东路 2 9 1 号河南省 一 建商品混凝土供应( 4 5 0 0 0 9 ) ， E - ma i l ：w s q b o y s s i n a t o m 收稿 日期： 2 0 0 9年 7月 2 7日 ( 上接第2 6 页) 由图4可知：这两个系列所测得的实验结果即自由氯 离子含量随浸泡时间增加而呈稳定趋势。在 2 0 h以上的浸 泡时间，实验结果稳定，由此可证明，自由氯离子含量化 学滴定方法中使用 2 4 h的浸泡时间是合理的。 2 5 滴定溶液浓度影响规律研究 由不同浓度硝酸银 ( A g N O ， ) 溶液来滴定测得自由氯 离子含量，硝酸银 ( A g N O ， ) 溶液浓度分别设定为 0 0 5 、 0 1 0 、0 1 5 、0 2 0 ，实验结果如图5所示。 咖 奇 扫 匣 娠 田 皿 图 5 滴定溶液浓度影响规律 由图5 可知：随滴定溶液浓度的改变，自由氯离子含 量呈稳定趋势。说明滴定溶液浓度对化学滴定方法无影响。 3结 论 混凝土中氯离子浓度测定方法受众多因素影响，本实 验通过对细度、粉液比、粉末质量、浸泡时间、滴定溶液 浓度等五个因素对化学滴定方法的影响进行了研究，得出 以下结论 ： ( 1 ) 细度对自由氯离子含量化学滴定方法影响较大， 随着细度的减小，测得的自由氯离子含量增大，但此规律 在一定范围内。当粉末颗粒粒径为0 5 0 m m时所得的自由 氯离子含量最大。 ( 2 )自由氯离子含量随液粉比增大而增大，符合线 性规律。 ( 3 ) 在一定的液粉比下，增加浸泡粉末质量，测得 的自由氯离子含量减小。 ( 4 ) 浸泡时间少于 2 0 h时所测得自由氯离子含量有 少许波动，在浸泡时间达到 2 0 h以上时所测得自由氯离 子含量达到稳定。 ( 5) 随滴定溶液浓度改变，自由氯离子含量呈稳定 状态，说明滴定溶液浓度对化学滴定方法无影响。 参考文献 1 金伟良，赵羽习混凝土结构耐久性 M】 北京：科学出版社，2 0 0 2 2 洪定海混凝土中钢筋的腐蚀与保护 M】 北京：中国铁道出版社 1 9 9 8 3 成立混凝土中氯离子含量的测定 J 】 荆门职业技术学院学报， 2 0 0 6 ，2 1 ( 6 ) ：5 - 7 作者简介： 庄其昌，男，青岛理工大学土木工程学院 材料学专业，在读硕 士研究生，从事混凝土耐久性、高性能混凝土方向的研究通讯地址：青 岛市四方区抚顺路 1 6 号 0 0 7 信箱 邮编：2 6 6 0 3 3电子邮箱：z h u a n g q i c h a n g 1 2 6 t o m 收稿 日期： 2 0 0 9年 9月 1 3日 1 2 0 1 0 粉煤灰 3 3