烟囱滑模施工中水泥混凝土配合比设计和控制

1　工程概况
广西河池(水任)至南宁公路是世行贷款公路项目,第三合同段起止桩号K154+209. 98~K192+600全长38.4km,整体式路基宽15m,其中行车道4. 5×2=9m,硬路肩2. 5×2=5m,浆砌片石路肩2×0. 5=1m,底基层为16cm级配碎石,基层为18cm水泥稳定级配碎石,面层为26cm水泥混凝土路面,面积537600m2,混凝土方量14万m3,水泥混凝土采用美国CMI公司生产的SF-450B型摊铺机进行滑模施工。
2　原材料技术要求
2. 1　水泥
三合同段采用广西华润红水河水泥有限公司“红水河”牌普通硅酸盐水泥,标号42.5MPa,由旋窑生产,游离氧化钙小于1.0%,质量稳定,能满足工程要求。
2. 2　碎石
碎石的颗粒形状、级配、矿物成分和表面特征对面层混凝土抗折强度、用水量、工作性、界面粘结有较大的影响,碎石在混凝土中的质量占50%以上,骨架体积几乎充满混凝土整个空间,要求必须采用锤式二级破碎机械生产,严格控制碎石针片状含量、含泥量、碎石级配,确保碎石质量。
2. 3　粉煤灰
三标采用广西来宾市电厂的Ⅱ级散装干粉煤灰,电厂储灰池中的湿排灰,湿灰和结块粉煤灰不能使用。
2. 4　外加剂
三标试验室通过样品对比试验,采用湖南湘潭宏远外加剂厂的“宏远”牌HF-100A型缓凝高效保塑引气减水剂,质量稳定,满足滑模混凝土可滑性要求。
3　配合比设计
3. 1　基本要求
滑模混凝土配合比要满足弯拉强度、工作性、耐久性和经济性四项基本要求,滑模施工的最佳工作性及稳定性和可滑性是独特工艺要求。
3. 2　试配强度公式
Rc=R/(1-1.04Cv),式中:R为面层设计强度。
3. 3　计算水灰(胶)比公式
(1)碎石混凝土:W /C=1. 5684/(Rc+1. 0079-0.3485Rj)　Rj为试验室28d水泥实测抗折强度。
(2)中国民航机场设计院经验公式:W /C=1. 04-Rc/(1.38Rj)在试配强度Rc相同条件下, (1)式计算的水灰(胶)比过于偏小, (2)式计算的水(胶)比偏大,取两个公式的平均值,符合滑模混凝土技术要求。
3. 4　计算用水量公式
W0=104.97+0.309h+11.27(C/W)+0.61SP式中: h为设计坍落度mm, SP为砂率%,要求W0<150kg。
3. 5　计算水泥用量
C0=W0/(W /C)
3. 6　粉煤灰确定
粉煤灰水化靠水泥水化后释放出的氢氧化钙,产生二次水化,生成具有胶凝性能并提供后期强度的水化硅酸钙和水化铝酸钙,水泥当中能够产生的氢氧化钙是有限的,两者之间有一个最大或最优的匹配关系。国内外的研究已经确认,粉煤灰能够全部水化的最大量为纯硅酸盐水泥的28%。超出的部分不会对后期强度有贡献,与土和石粉一样有害无益:收缩大、开裂多、易断板。规范规定粉煤灰最大掺量和水泥中已掺的混合材用量之和不宜超过30%,普通水泥已掺有6%—15%的混合材,正常粉煤灰掺量宜在10%—15%,三标试验室采用标号42. 5MPa水泥,粉煤灰掺量占水泥质量的15%,混凝土工作性好。
4　施工配合比控制
4. 1　标定搅拌楼
搅拌楼在投入生产前,必须通过法定计量部门标定合格。施工中搅拌楼配料计量误差如超过要求,试验室和拌和站人员及时效验搅拌楼计量精度,分析原因,排除故障,保证施工配合比的准确性。
4. 2　水泥质量控制
散装水泥的出厂温度不大于55℃,运到工地搅拌时的水泥温度不大于50℃。在冬季低温施工时,水泥的温度不宜低于10℃。混凝土出搅拌机的温度控制在10—35℃之间。每批水泥使用前安定性、凝结时间、标准稠度用水量、抗折强度、抗压强度、细度主要技术指标必须检验合格后,才能使用。水泥的总存放期不得超过3个月。
4. 3　砂子质量控制
砂子细度模数控制在2. 3—3. 2之间,含泥量不超过2%,同一配合比用砂的细度模数变化范围不应超过0.3,否则,应分别堆放,并调整配合比中的砂率后使用。通过0.15mm筛的石粉含量不大于1%。
4. 4　碎石质量控制
混凝土碎石最大粒径不超过31. 5mm,超径粒料含量不大于5%。不得使用不分级的统料,至少采用两级掺配。碎石含泥量包括石粉含量,它对抗折强度、塑性收缩开裂和干缩有重大影响,严格控制含泥量不大于1%。料堆底部采用胶结材料进行硬化,防止进场材料在拌和站二次污染。试验室经常在摊铺现场取混凝土样在试验室用水冲洗干净烘干进行筛分,如有异常及时通知拌和站人员调整,严格控制碎石级配,使混凝土形成有嵌锁力的骨架密实结构,确保面层质量。
4. 5　粉煤灰质量控制
滑模施工采用散装干粉煤灰,进货必须有等级检验报告单,不得使用湿排灰或潮湿粉煤灰,禁止用已结块的湿排干燥粉煤灰。如更换厂家,经试验室检验合格后才能使用,不能使用价格低的三级灰或等外灰。
4. 6　水质量控制
混凝土拌和和养生用水采用饮用软水。(1)影响混凝土和易性及凝结时间的水不能使用; (2)降低耐久性,造成侵蚀和钢筋锈蚀的水不能使用; (3)有损于强度其发展的水不能使用; (4)污染混凝土表面,且改变混凝土色泽的水不能使用。
5　配合比验证
混凝土配合比通过(K192+200-K192+400)试验段试拌、试铺,混凝土坍落度、弯拉强度、振动粘度系数、含气量、平整度、抗滑构造深度、厚度等各项指标符合规范要求,滑模摊铺的混凝土无塌边溜肩和麻面、可滑性、稳定性好、外观规矩,试验段一次摊铺成功。
　　经过质检检查,面层弯拉强度、厚度评定全部合格。在施工过程中抽检弯拉强度满足设计要求。全线混凝土面板没有发生一块断板,经过实践验证配合比能满足施工要求。
6　总结
6. 1　滑模混凝土配合比特点
(1)单位水泥用量较小; (2)用砂的细度模数控制砂率; (3)混凝土掺引气剂提高了可滑性; (4)使用振动粘度系数和坍落度共同控制塌边、拉裂和麻面;(5)机械化施工混凝土振捣密实、节省人力、效率高。
6. 2　配合比经济性
科学经济的配合比要求,实现单位质量能够全部水化并贡献最大强度,这个水灰比在0. 40左右,过大强度和耐久性不足,过小则经济性和体积稳定性不佳。
6. 3　最优砂率的总比面积原理
细度模数在2.3—3.2之间的砂率是混凝土达到骨架密实嵌锁结构的最优砂率。
6. 4　路面混凝土结构的集料嵌锁力和界面
试配抗折强度的混凝土除了低水灰比和适宜砂率外,强化路面混凝土材料结构的集料嵌锁力和界面很重要。路面混凝土使用骨架密实嵌锁结构,最大限度地减少水泥浆和细砂在混凝土中的体积份数,使用较低砂率可以强化界面和提供足够的混凝土结构嵌锁力,抗折强度较高;使用粒径较小的粗集料并增加其含量,可增大嵌锁力,提高抗折强度;使用细度模数较大的中粗砂,有利于加大嵌锁力,抗折强度也提高。增强集料的嵌锁力和界面在提高抗折强度的同时,能提高耐疲劳极限,减少混凝土温湿变形,增强耐久性,保证路面混凝土质量。
6. 5　随时调整保证工程质量
根据配合比各种材料施工中的变化,采用不同砂率、碎石比例、水(灰)胶比做配合比变化试验,施工时随时调整保证工程质量。滑模混凝土配合比在设计、控制和施工方面与普通混凝土技术要求不同,尤其滑模混凝土中使用了适宜引气剂混凝土弯拉强度能提高10%—15%,混凝土含气量在控制4%,使混凝土总量节省4%左右,能为企业带来显著的经济效益。