浙江跨海大桥箱梁c50海工耐久混凝土制备施工工法

'箱梁C50海工耐久混凝土制备施工工法中铁xx局集团有限公司海工耐久混凝土是指应用于海洋环境中的具有高耐久性、高抗氯离子渗透性、高尺寸稳定性和良好工作性的高性能混凝土。海工耐久混凝土由于具有高耐久性、低水胶比、低水化热、致密的结构、低渗透性、高尺寸稳定性能，能有效的抵抗外部介质的侵蚀；具有优异的工作性能，便于施工，减低环境噪音等优点，已逐步应用于大型海洋工程。中铁二局xxx大桥项目经理部在xxx大桥404片50m/1430t整孔箱梁的预制过程中，为满足箱梁C50海工耐久混凝土的各项技术要求，在原材料选择、配合比设计及施工工艺方面进行了大量的试验研究工作，在施工过程中采取了许多行之有效的质量控制措施，成功完成了C50海工耐久混凝土施工。这些试验研究成果是获得四川省科技进步二等奖《滩涂区大吨位整孔箱梁预制架设技术》的子项目，本工法就是对这些试验研究成果及施工经验的总结。一、工法特点1.实践性强。本工法是在实际生产过程中总结出来的，从工程实践的角度来总结在耐久混凝土制备的各环节如何去作，从而达到结构的高耐久性。2.经济适用。本工法紧扣施工生产，强调在耐久混凝土制备的各个环节都要以经济、适用为目的，力求经济、适用的最佳平衡点。3.工艺创新。在结合传统的混凝土控制手段基础上，不断探索创新，摸索出一套行之有效的海工混凝土施工控制手段，保证了结构的外观质量和内在质量。二、适用范围本工法适用于箱梁C50海工耐久混凝土的制备，也对各种条件下的高性能混凝土的制备具有指导意义。三、工艺原理10 通过选用优质、适用和经济合理的原材料，并控制原材料的质量波动，以保证混凝土的性能和经济性；使用粉煤灰、磨细矿渣(矿粉)活性矿物材料作为掺合料，并保证一定的掺量，以大幅度提高混凝土的内部结构致密性，降低混凝土渗透性，增加耐久性能；使用聚羧酸高效减水剂，降低用水量，同时保证混凝土拌和物有良好的工作性；通过降低混凝土水胶比，保证混凝土具有高耐久性和足够强度(含早期强度)；通过加强制备工艺控制，确保混凝土的生产质量。四、工艺流程及操作要点(一)工艺流程箱梁C50海工混凝土制备流程见图1。拌和物性能测试及用水量调整，确定控制参数混凝土运输浇筑前检验，拌和物性能测试、取样检验记录试验报告原材料温度的测定搅拌设备、计量设备等检查准备原材料的核对检查配合比试拌与调整砂石料含水率的测定拌和物性能测试填写混凝土施工配料单施工负责人签字填写混凝土施工配料牌正式开盘图1混凝土制备施工流程图(二)施工操作要点1、原材料技术要求及选择(1)水泥：强度等级为42.5的、质量符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）的II型硅酸盐水泥（P•II），水泥中C3A含量宜控制在6%～12%，氯离子含量应低于0.03%，碱含量≤0.6%。(2)矿粉：比表面积宜控制在360～440m210 /kg；需水量比不大于100%；烧失量不大于5%；28d活性指数应达到《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）中S95的要求。(3)粉煤灰：混凝土的粉煤灰(FA)掺合料必须来自燃煤工艺先进的电厂，选用组分均匀各项性能指标稳定的低钙灰，而且粉煤灰的烧失量不大于8%，需水量比不大于100%，三氧化硫含量不大于2%，比表面积≥400m2/kg。(4)细骨料：细集料应满足《建筑用砂》（GB/T14684-2001）之第2级配区要求。选择料场时必须对集料进行碱集料潜在活性的检测，不得采用可能发生碱—集料反应的活性集料。砂宜选用中砂，细度模数为2.9～2.6，2.36mm筛孔的累计筛余量宜大于15%，0.3mm筛孔的累计筛余量宜在85%～92%范围内。含泥量应低于2.0%，泥块含量应低于0.5%；坚固性硫酸钠溶液法5次循环后的质量损失应小于8%；水溶性氯化物折合氯离子含量应不超过集料重的0.02%。(5)粗骨料：粗骨料应符合现行国家标准《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001）的一般技术要求。必要时，集料应予清洗和过筛，以除去有害物质。应采用两级配碎石，其级配应符合5～25mm连续级配的要求。选择料场时必须对集料进行碱集料潜在活性的检测，不得采用可能发生碱—集料反应的活性集料；岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于2；粗集料中的含泥量应低于0.5%，泥块含量应低于0.25%；坚固性硫酸钠溶液法5次循环后的质量损失应小于8%；水溶性氯化物折合氯离子含量应不超过集料重的0.02%；压碎指标不大于12%，针片状颗粒含量不大于10%，硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）小于0.5%；粗集料松散堆积密度一般大于1500kg/m3，对较致密石子如石灰岩大于1600kg/m3。(6)外加剂：质量应符合《混凝土外加剂》（GB/T8076-1997）的规定，减水率应至少达到25%；与水泥的相容性良好，坍落度损失小；氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.01%。(8)水：海工耐久混凝土不得采用海水、污水和pH值小于5的酸性水，水中的氯离子含量应不大于200mg/L，硫酸盐含量按SO42-计不大于500mg/L。拌和用水及养护用水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、糖类、游离酸类、碱、盐、有机物或其他有害物质。2、混凝土配合比设计10 根据设计文件及施工技术规范要求，海工耐久混凝土应满足强度(含早期强度)特性、高耐久性(高抗氯离子渗透性)、良好的温升特性(低水化热和升降温速率)及高工作性(含高填充性、高抗离析、坍落度经时损失小)。海工耐久混凝土的配合比设计流程见图2。原材料的性能检验混凝土正交试验配合比正交设计33计正交分析，确定初步配合比现场工艺试验及性能测试配合比性能指标测试经济、技术对比分析确定混凝土配合比及材料供应商图2配合比设计流程图(1)正交设计正交试验的目的是为了确定混凝土材料的各组成比例对混凝土性能指标的影响趋势，从而确定出经济合理的混凝土配合比。①试验因素、水平的确定，选择合理的正交表试验因素、水平的确定是正交设计的关键，要认真分析影响混凝土性能的各种因素，选择出关键的影响因素，合理确定其试验水平，选定合适的正交表。在海工混凝土配合比正交设计中，水胶比、外掺料掺量、矿粉与粉煤灰的比例、外加剂的品种、砂率是关键的影响因素，可根据现场的实际情况进行筛选；试验水平一般确定为3个，正交表选用L9（34）较为普遍。水胶比0.3～0.33，胶凝材料总量460～480kg/m3,水泥用量40%～60%，粉煤灰10%～15%，矿粉30%～50%。10 表1正交试验因素、水平水平因素ABCD123A1A2A3B1B2B3C1C2C3D1D2D3②确定试验考察指标认真分析需要考察的各项性能指标，排列出优先顺序为：氯离子扩散系数→抗裂性能→坍落度/扩展度，坍落度经时损失，含气量，倒坍落度筒倒流时间→抗压强度R1、R3、R7、R28，弹性模量E3、E7、E28→凝结时间，容重。(2)正交试验根据正交设计，确定试验方案，进行室内试验。正交试验方案见表2。表2正交试验方案试验编号ABCD考察指标1234567891A1B1C1D12A1B2C2D23A1B3C3D34A2B1C2D35A2B2C3D16A2B3C1D27A3B1C3D28A3B2C1D39A3B3C2D1(3)正交分析试验数据采集完成后，根据正交分析的方法进行正交分析，根据极差确定出影响因素的主次，绘制各因素水平的变化对性能指标的变化趋势图，确定出各因素的最佳水平。经进行技术、经济对比分析，确定出经济合理的初步理论配合比。(4)性能测试根据初步的理论配合比，进行不少于3次的试拌、调整，并测试其性能，包括拌和物性能、硬化混凝土的物理力学性能、耐久性能（包括收缩徐变）。(5)工艺试验10 采用调整后的混凝土配合比，组织进行现场工艺试验。尽量模拟结构的实际施工情况，对混凝土的拌和、运输、灌注、养护等全过程进行试验，测试混凝土在各阶段的性能指标及水化温升曲线，并对试验的结构实体进行钻芯取样，测试其强度及耐久性指标。(6)技术、经济分析综合各阶段的试验数据及原材料单价，进行技术、经济对比分析，确定出既满足施工要求且经济合理的混凝土配合比。经试验研究并成功应用的混凝土配合比及性能指标见表3和表4。表3C50海工耐久混凝土配合比编号水胶比水泥矿粉粉煤灰砂石子水高效减水剂X0100.323218196566941086152ADVA1524.2表4混凝土物理力学性能及耐久性指标测试统计项目平均值标准差变异系数（%）质量水平28d强度（MPa）67.92.293.38优良28d弹模（104MPa）3.850.0481.25优良84d氯离子抗渗系数1.2170.0322.26优良3、混凝土拌制(1)施工准备①开盘前及时测定砂、石含水率，将理论配合比换算为施工配合比，除检查原材料是否与设计用原材料相符外，在施工前，还按施工配合比进行试拌。②拌和设备的计量装置应按期进行计量鉴定并维持在良好状态中，每周至少进行一次自校。其称量的允许偏差：粗、细集料±2%，其它材料±1%。每个台班应不少4次对其称量进行核查，并及时调整落差设置，使其称量误差满足要求。③为了防止正式搅拌时，因水泥浆粘附搅拌筒造成砂浆损失，事先都要对搅拌机进行涮膛处理，对管道进行水泥砂浆润滑。(2)拌制①混凝土拌制设备：混凝土的拌制采用强制式搅拌机进行拌制，其搅拌容量应不小于1m3；拌和设备应能自动控制混合料的配合比、水胶比以及自动控制进料和出料，并能自动控制混合料的拌和时间。②投料顺序：混凝土拌制按照“先细集料、胶凝材料、外加剂，待拌合均匀后再加入粗集料，再加水”的投料顺序进行。③10 搅拌时间控制：由于混凝土组分的增多和水胶比小的缘故，海工耐久混凝土的搅拌时间比普通混凝土有较大的延长。为了确定合理的混凝土搅拌时间（既能满足混凝土质量的需要，也能满足混凝土灌注速度的需要），应通过试验确定，一般不得少于120s。④混凝土工作性的控制：混凝土工作性不仅要满足施工灌注的需要，同时也是混凝土质量的重要保证，所以必须严格控制。具体控制措施如下：A、坍落度、扩展度双控措施对于海工混凝土，坍落度作为对工作性的表征已经不敏感，须采用30s扩展度和坍落度来表征混凝土的工作性。在坍落度相同的情况下（特别是坍落度在200mm左右时），30s扩展度越大，说明混凝土的流动性越好，其泵送性、填充性就好，反之就差。同时应针对结构的各部位特点，制定了不同的工作度标准：如箱梁顶板、底板、腹板上部由于工作面大，坍落度控制在180～200mm，30s扩展度控制在420±20mm；底腹板交界处由于要使该部位的混凝土能稳定住，坍落度控制在180～200mm，30s扩展度控制在380±20mm。B、采用搅拌电流来控制混凝土的工作性搅拌机的搅拌电流和混凝土的工作性有很大的因果关系，在一定程度上反映了混凝土坍落度的大小：混凝土坍落度小，搅拌阻力大，电流就越大；混凝土坍落度大，搅拌阻力小，搅拌电流就越小，搅拌电流可以作为施工控制混凝土坍落度和扩展度的依据。在施工过程中，由于砂、石的含水量随着部位的不同而发生变化，因此采用搅拌电流监控混凝土工作性：在开前几盘混凝土时，根据混凝土工作性的要求确定当班的搅拌机电流控制范围；当砂、石含水率发生变化时，搅拌电流就会发生变化，这时就及时对用水量进行调整，使搅拌电流回到控制范围之内。⑤拌制速度：混凝土拌制速度必须服从灌注速度，如因故障灌梁中断，滞留在搅拌机内的混凝土时间不得超过45分钟；已初凝的混凝土不得使用，不允许用加水或其他办法变更混凝土的稠度；浇筑时坍落度、扩展度不在规定限界之内的混凝土不得使用。4、混凝土运输10 混凝土采用运输罐车运送混凝土，确保浇筑工作连续进行，不得采用机动翻斗车、手推车等工具长距离运输混凝土。混凝土运输过程中，应保持运输混凝土的道路平坦畅通，减少混凝土的转载次数和运输时间，保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能；当罐车到达浇筑现场时，使罐车高速旋转20～30s，再将混凝土拌和物喂入泵车受料斗或混凝土料斗。必要时，运输混凝土过程中应对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻（冬季）。采取措施防止水份进入运输容器或蒸发，严禁在运输过程中向混凝土内加水。5、混凝土质量检验(1)施工前检验对混凝土用水泥、骨料、矿物掺和料、外加剂、水等主要原材料的产品合格证及出厂质量检验报告进行进场核查；对混凝土用水泥、骨料、矿物掺和料、外加剂、水等主要原材料进行复检；按设计及施工要求复检施工配合比混凝土的拌和物性能，核查配合比试拌过程以及相关混凝土力学性能、抗裂性能以及耐久性能试验结果。(2)施工过程检验在现场对混凝土的坍落度/扩展度、温度、含气量进行日常检验，结果应满足设计、施工要求，否则应及时调整。对用于施工过程控制或质量检验的混凝土强度、弹模和耐久性抽检试件，应从同一盘混凝土或同一车运送的混凝土中取出，并在与施工现场相同的条件下成型。脱模强度、张拉强度和弹模的试件均不得少于2组，并随梁养护。用于质量检验的混凝土28天强度试件每100m3不得少于1组(每台班不得少于1组)，28天弹模试件每台班不得少于1组，耐久性试件每3000m3不得少于1组，试件都采用标准养护。(3)施工后检验用肉眼或放大镜观察实体混凝土结构表面是否存在非外力裂缝、气泡、水印、砂线等外观缺陷。如存在外观缺陷，应仔细分析原因，并及时调整混凝土配合比参数和施工工艺。五、劳动力组织箱梁C50混凝土制备的工序定员人数与产量及工作熟练程度有直接关系，在施工人员经短期培训后，其定员是按现场具体情况、设计产量、施工工艺和方法，以实际测定为主要依据而确定的。海工混凝土制备施工人员配置见表1。表5箱梁混凝土工程施工劳动力配置表序号工作内容数量(人)备注1拌和司机62装载机司机23泵车司机54罐车司机810 5试验员26辅助工作47布料手4小计33六、机具设备箱梁C50海工耐久混凝土制备施工需配置的主要机械设备见表6。表6箱梁C50海工耐久混凝土工程施工主要机械设备配置表序号机械设备名称规格型号厂牌数量(台)备注1混凝土拌和站HZN60四川现代42装载机ZL150柳州工程机械23混凝土罐车FVC-C15日本三菱84混凝土输送泵HBT80中联重工55布料机HG18陕西三隆4七、质量控制施工中各项技术标准应满足《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）、《xxx跨海大桥专用施工技术规范》和《xxx跨海大桥专项工程质量检验评定标准》的要求。1、原材料质量控制由于原材料的质量波动对海工混凝土的质量影响很大，为了有效控制混凝土质量，必须先从控制原材料的质量波动入手。原材料质量控制流程及要点如下：(1)建立原材料质量控制程序，并严格执行，试验检测次数、频率严格按照专用技术规范和相关国家规范的要求进行，杜绝不合格材料入场。(2)建立原材料质量的预警机制。当试验发现材料的质量有下降的趋势时，立即和厂家取得联系，查找原因并加以整改。(3)与厂家建立对话机制。厂家的设备检修安排、原材料变化等情况能及时掌握，并及时安排调整。2、为检验开盘前检测计量器具是否符合要求，开盘后的前三盘要逐盘检查实际下料重量，以后每十盘检查一次，使配料误差满足规定要求。3、混凝土必须搅拌均匀，颜色一致；在开始的前三盘，严格按规范要求进行坍落度、扩展度的测试，并注意测试混凝土坍落度损失。在实测混凝土坍落度时，还要观察拌合物的粘聚性、保水性好坏以及含砂情况，综合评价混凝土拌合物的和易性。10 试验报告原材料进场原材料质保书材料进场通知单试验室物资部、试验室取样处理工程部位合格不合格试验室检验监理按频率抽检试验报告监理签字批复报告发试验室报告发工程部、物资部工程使用合格图3原材料质量控制流程图为了全面掌握混凝土质量波动情况，需建立完善的数据统计库，定期地加以处理、分析和研究，并采用全面质量管理的各种图表，掌握混凝土质量动态，使混凝土质量始终处于受控状态。分析研究混凝土质量变化规律，查找影响混凝土质量波动的因素，及时调整施工控制方案，使混凝土质量得到保证并不断提高。八、安全措施1、拌合站、运输罐车等设备必须定期检校，确保各部件（含配重）完好无损，安全可靠。2、输送泵管道每次安装前必须检查磨耗情况，各联接件安装紧固，密闭符合要求，首次使用等必要的情况下进行压密试验，确保安全。3、经常检查箱梁桥面防护栏杆、防护网等安全设施完好情况，施工过程中规范作业，避免意外事故发生。4、布料杆在转动过程中注意回避与施工人员的碰撞，出料口不得对到施工人员。10 5、做好拌合站、输送泵振动器等设备工具的漏电保护工作，特别是阴雨潮湿环境下的施工用电安全工作必须高度重视，采取的措施安全可靠。6、按照规定的保湿保温养护安全措施开展混凝土养护工作，避免出现人员设备安全事故。九、环保措施废弃的混凝土及水泥浆不得随意排放，应专门指定地点进行堆积并处理；清洗拌和设备及输送设备的废水不得随意排放，应沉淀后才能排放，并及时清理沉淀物。十、效益分析在海工混凝土中由于掺入了大量的外掺料，节约了40～60%的水泥用量，从而减少了水泥工业所排放的大量粉尘和有害气体，并降低了单方混凝土的能耗，减少了对自然环境的污染；矿粉、粉煤灰等外掺料为现代工业废料，在混凝土中大量使用可以有效降低其储存堆放的要求，减少了对环境的污染；在混凝土中掺入矿物外掺料，特别是多元复合掺入，不仅能改善混凝土的工作性，降低混凝土温升，而且能改善其内部结构，提高混凝土的密实性，增加其后期强度，并且还能抑制碱-集料反应的发生，从而提高混凝土结构的安全性和耐久性，提高结构的使用寿命，因此具有巨大的社会效益。粉煤灰、矿粉一般都比水泥便宜，用大量的外掺料取代水泥，可以有效降低混凝土的单方成本，因此具有一定的经济效益。十一、应用实例1、xxx跨海大桥南引桥滩涂区箱梁混凝土用该施工方法进行施工，效果非常好。截此2006年10月，404片50m/1430t箱梁预制已全部完成，大大提前了工期，安全无事故，质量全部优良，这些都得到了业主、监理、政府监督部门和上级领导的好评，经济效益高，社会效益明显。2、该工艺已经在xx高速铁路中铁xx局全椒梁场箱梁预制中推广运用，同样取得较好的施工效果。目前全椒梁场箱梁生产已接近完成一半，安全质量工期均收到很好的效果。该工艺已经成熟，它具有的质量可靠、安全性高、成本低、组织实施方便等特点，有很高的推广价值。10'