c机制砂混凝土百米高程泵送施工工法

'C50机制砂混凝土百米高程泵送施工工法C50机制砂混凝土百米高墩泵送施工工法三处小关特大桥项目部吴建军蔡维刚一、前言贵州省缺河砂，从60年代起用碳酸盐岩石经机械破碎筛分的细颗粒作为混凝土用砂，称为山砂。1978年制定了贵州地方标准?山砂混凝土技术规程?，1995年重新修订颁发了?山砂混凝土技术规程?(DBJ22-016-95)，40多年来山砂混凝土广泛应用，取得了很好的社会、技术、经济效益。随着工程建设和混凝土的技术进步，高强度、高性能混凝土愈来愈多，技术规程已难适应，其主要特点是：山砂的泥粉含量高且泥粉和石粉区分不开，无检测方法标准，统一以0.08mm颗粒含量为准，大于C30等级混凝土0.08mm颗粒含量不大于10%。在高强泵送混凝土施工中往往由于粉末含量高导致强度偏低和混凝土开裂的可能性增大，故机制砂应水洗使小于0.08mm颗粒洗除，水洗后的机制砂满足国标要求。二、工法特点1.普通混凝土及高强度泵送混凝土均可采用机制砂配制。2.在严格控制原材料，严格按照配合比施工的前提下，按照本工法施工的山砂混凝土可以保证混凝土的和易性、流动性、可泵性、强度、弹模、收缩徐变等力学性能，同时还保证了混凝土不开裂。3.对高强度混凝土，除机制砂要求水洗外，没有其他特殊的施工要求。4.对清除山砂中的粉末含量提出了施工方法，有利于在缺少河砂地区 就地取材制备高质量山砂，节约工程成本。5．对高强山砂混凝土、高层泵送混凝土的材料选用，配合比设计及施工质量控制提出了具体要求。三、适用范围本工法适用于公路、铁路、预应力高强混凝土、高层混凝土的泵送施工，及其它大于C50的高强混凝土。四、工艺原理1.配制原理将机制山砂水洗后，在普通混凝土组份的基础上，再掺入减水型泵送剂、粉煤灰等外掺料，在低水灰比条件下，制得和易性好、坍落度损失小、泵送性好、强度高和耐久性高的混凝土。2.使用水洗砂的目的用坚硬的碳酸盐岩石经机械破碎，将大于5mm颗粒筛除，小于5mm颗粒进入棒磨洗砂机，洗去小于或等于0.08mm颗粒制得的山砂，其颗粒坚硬、多棱角、和水泥的胶结能力强，配制的混凝土比未经筛洗的山砂混凝土单位用水量小、强度高。与河砂比较，其软弱颗粒含量小，不存在云母、贝壳和有机物等有害物质，且可以调整颗粒级配。按高强混凝土配制法则精选碎石、泵送剂、活性掺合料等材料，优化混凝土配合比设计，按常规施工工艺施工即可获得高强度、高性能混凝土。3.泵送混凝土的施工原理在泵送混凝土施工中，混凝土要在压力差作用下，在管道中流动，混凝土的流动是“塞流”而非象水那样的流动。液体水在剪切力作用下，变 形会不断发生，其流动是分层的，每一层有自己的流速，在管截面圆心处，流速最大。而泵送混1凝土在管道中的流动是按照同一速度移动的，没有分层相互滑动，就象挤牙膏时牙膏的流动一样。由于混凝土在压力泵的作用下，在管道中的流动是“塞流”，要保证“流核”在流动中不分散是泵送混凝土顺利施工的关键，这就要求对混凝土原材料、配合比以及搅拌、运输各个环节加强有力的控制，特别是高强泵送混凝土施工更是如此。4.混凝土原材料的技术要求混凝土是一种不均匀混合体，可以看着是层次结构，即水泥浆包裹砂子形成砂浆，而砂浆再包裹石子形成混凝土。包裹的好坏，是确保“核流”不分散的关键。因此对原材料的控制，重点是防止混凝土产生离析，离析的混凝土包裹不好，将对泵送施工及硬化混凝土性能产生影响。防止混凝土的离析，骨料的级配必须尽量靠近最佳级配曲线。⑴水泥应选用质量稳定、旋窖生产的普通硅酸盐水泥，其强度富余系数应大于1.15，水泥的初凝时间应不早于45分钟，终凝时间应不晚于10小时。若水泥刚出厂并带有一定热量，则需存放一至二天，但存放期不宜超过十天，其技术指标应符合现行国家标准?硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥?（GB175-1999）。⑵山砂采用母岩抗压强度大于混凝土设计强度的1.5倍的岩石破碎加工。细度模数为3.0～3.6，压碎指标小于10%，小于0.08mm颗粒含量1～2%，含泥量小于2%，堆积密度1.63，空隙率40%，比重2.7 ，颗粒级配应在级配区Ⅰ区内。山砂的坚固性试验经硫酸钠溶液浸泡循环5次后总重量损失率应≤8.0%。其他指标应符合?普通混凝土用砂质量标准及检验方法?（JGJ52-92）和?建筑用砂?（GB/T14684-2001）。⑶粗骨料选用母岩抗压强度大于混凝土设计强度且大于75MPa的质地坚硬、级配良好的碳酸岩碎石，碎石粒径为10～31.5mm，含泥量小于0.5%，针片状颗粒含量不大于5%，碎石的坚固性试验经硫酸钠溶液浸泡循环5次后总重量损失率应≤8.0%。其他技术指标应符合?普通混凝土用碎石质量标准及检验方法?（JGJ53-92）。⑷混凝土的用水量不宜过多，若用水过多会使水泥颗粒过余分散，不易形成砂浆，进而不能包裹粗骨料，也会造成混凝土的离析，使“塞流”不能顺利进行，造成堵管。⑸粉煤灰的主要成分为活性氧化硅、活性氧化铝等，当有水存在时，它能在常温下与水泥进行水化反应生成新的难溶于的硅酸钙凝胶，吸收水泥中的游离CaO，填充水泥石内部空隙，提高混凝土的密实性、抗渗能力和耐久性，故混凝土尤其是高强混凝土应加入粉煤灰。粉煤灰的掺量不宜大于10%，其质量指标应符合?用于水泥和混凝土中的粉煤灰?（GB1596-91）中Ⅰ、Ⅱ级灰要求。⑹泵送剂采用减水型泵送剂，夏天能够缓凝和早强，冬天在缓凝和早强基础上具有保温效果。泵送剂的减水率不宜小于16%，其缓凝时间以满足设计和现场施工要求为准。泵送剂配制的混凝土坍落度损失1h内不大于2cm。其他技术指标应?混凝土泵送剂?（JC473-92）和?混凝土减水剂质量标准和试验方法?（JGJ56-84 ）。在采购泵送剂时应与生产厂具体恰商技术指标，专项配制。5.混凝土配合比设计原则⑴混凝土配合比设计应符合?普通混凝土配合比设计规程?（JTJ55-2000）。⑵混凝土配制强度按照下式计算fcu.o≥fcu.k＋1.645δ2式中fcu.o－混凝土配制强度（MPa）fcu.k－混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）δ－混凝土强度标准差（MPa），应以同配合比标准试件不少于30组统计资料为准；若无准确统计标准差时宜增加富裕强度11.5MPa。⑶混凝土水胶比不大于0.38，一般在0.3～0.35之间；需水量小于190/m3；胶凝材料总量小于550Kg/m3。⑷高层泵送混凝土坍落度宜为18±2cm，以泵管出口检测为准。⑸高层泵送混凝土砂率应稍偏大，根据山砂的粗细程度和胶结料总量多少，通过试配确定，以保证可泵性为原则，一般在45～48%之间。五、施工工艺1.混凝土拌制工艺流程（见图1）3混凝土养护图1混凝土拌制工艺流程图2.施工要点⑴水洗山砂 ①水洗山砂采用母岩强度大于混凝土设计强度的1.5倍的筛分碎石为原材料。②山砂在棒磨水洗过程中，水流量要恰当，既要将≤0.08mm颗粒和粉尘淘洗干净，又要保证水洗山砂的级配连续和细度模量，使其达到标准要求。③水洗山砂过程中，当每批生产小于400m3时，试验人员每批检测一次，大于400m3时，每400m3检测一次。检测砂的细度模数、粉泥含量及压碎指标和坚固性试验。⑵混凝土拌制①混凝土搅拌站必须储备足够的材料数量，保证水泥出厂后存放二至三天，但存放期不宜超过十天，避免水泥温度过高引起坍落度损失较大。②拌制混凝土前，试验人员必须实测砂及碎石的含水率，按照实测的数据发出混凝土施工配合比通知单，混凝土搅拌站控制室严格按照试验室发出的配料单及配料工艺顺序进行配料；在混凝土拌制过程中，试验人员随时注意检测砂石的含水率，以便及时调整混凝土配合比。⑶混凝土的运输①混凝土采用搅拌运输车运输，根据运距长短配置适量的混凝土运输车，在装料前要检查清洗干净搅拌筒。②混凝土搅拌运输车在运输途中，拌筒以1～3转/min速度不停地进行搅动，运到现场卸料前应使拌筒搅拌1～2min后再卸料。⑷混凝土的泵送①混凝土输送管铺设要直、短、平，输送泵入口水平管至少15m ，输送管每隔3m应固定；夏季施工时，输送管必须采用麻袋覆盖并浇水降温。②输送泵每次在泵送混凝土前，泵机先试运行。保证正常后泵送清水湿润管壁，并检查是否有渗漏，有渗漏时应及时处理。无渗漏再泵送与混凝土同标号的水泥砂浆润滑管壁，水泥砂浆不得泵入浇注混凝土仓面，最后泵送拌制的混凝土。③混凝土泵送初始时，应慢速泵送，待泵送顺利后，再用正常速度泵送。混凝土泵送速度要均匀连续，必要时可降低混凝土的泵送速度。若停泵时间过长，应每隔3～5min开泵一次，防止料斗内的混凝土沉淀离析。若停泵时间超过2h，则拆除混凝土输送管，清除管内混凝土后再重新泵送。④混凝土必须在初凝之前泵送并捣固完毕，为了防止混凝土输送泵在泵送过程中出现故障致使结构混凝土出现工作缝，每次浇注悬灌箱梁混凝土前，必须铺设两条输送管路，配置两台输送泵。⑤混凝土泵送施工完毕后，及时清洗搅拌车、输送泵机、输送泵管、串筒等。六、机具设备（见表1）4七、劳动组织（见表2）1.原材料质量控制⑴水、粗细骨料必须有试验检测报告，经检测满足规范标准要求后才能进场使用。⑵水泥、粉煤灰、外加剂必须有出厂合格证，进场后要经过复检，满足规范要求后才能使用。 ⑶水泥在进场前要复检，并同泵送剂进行相容性试验，只有相容性试验合格的水泥才能出厂。⑷混凝土生产前，要按照理论配合比作配合比试拌校正2.混凝土质量控制5⑴混凝土搅拌站控制系统即自动计量系统要定期进行标定，每班在使用前要检查一次，确保计量准确，计量最大偏差不得超过：水泥、粉煤灰、水为±1%，粗细骨料±2%，减水剂±0.5%。⑵浇注混凝土取样要按照分批混凝土的方量和各施工环节的要求共同确定。⑶混凝土在出站前，必须检查混凝土的和易性和坍落度，检查合格后才能签发出站，并且搅拌站随机取样5组试件，分别检测混凝土的3天、7天、14天、28天的抗压强度，其中1组试件备用。⑷混凝土运输到施工现场放入混凝土输送泵前，必须检测混凝土的和易性和坍落度是否满足要求，若不能满足要求，应将该车混凝土退回，严禁在施工现场或混凝土的运输过程中加水。九、安全措施1.本工法执行国家、贵州省、贵阳市有关安全技术规范、规程。2.施工现场的安全设施、施工人员的安全培训和现场安全技术交底均应遵守《建筑安装工程安全技术规程》。3.建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查和控制，确保安全生产。 4.拌合设备、泵送设备、运输设备在使用前均应检查其性能是否可靠，确保设备运行安全。5.施工现场内的一切电源、电线路的安装与拆除，必须由专职持证电工作业，电器严格接地、接零和使用漏电保护开关。6.拌合设备、泵送设备、运输设备、起重设备的操作人员必须经过培训考核，持证上岗。十、效益分析普通机制山砂由于泥粉含量高，混凝土的后期收缩徐变大，可能引起混凝土结构的耐久性。若采用河砂，缺河砂地区往往需从外地运进，成本较高。采用水洗山砂，既保证了混凝土结构施工的质量，又节约了施工成本，效益十分显著。从技术角度讲，棒磨水洗山砂无论在原材料技术性能方面，还是在混凝土力学性能方面与河砂相比都无多大差异，同时也解决了高层泵送混凝土的施工。贵阳市小关水库特大桥主桥箱梁C50混凝土设计为17724m3，需用砂约9000m3。若从四川简阳运河砂平均330元/m3，广西河砂平均310元/m3，混凝土的施工成本过高，而采用棒磨水洗山砂平均130元/m3，平均每方砂节约200元，全桥共节约成本约180万元。十一、应用实例中铁五局三公司承建的贵阳市小关水库特大桥主桥设计为五跨三向预应力混凝土连续刚构（69m+125m+2x250m+112m），最大墩高110m。箱梁C50混凝土设计采用悬臂浇注施工，要求三天强度和弹性模量指标达到设计的80%，且不允许出现裂纹。该大桥2001年9月开工，将于2003年 12月竣工，主桥预应力混凝土连续刚构悬灌箱梁采用水洗山砂混凝土，在泵送高110m＋水平距离160m、高气温360C及低气温50C条件下施工，混凝土的泵送性能、力学性能、抗裂性能都很好，不堵管、和易性好、不泌水，不离析。在悬灌浇注过程中，悬灌箱梁的挠度和应力监控结果表明，各施工节段的各种工况挠度和应力符合设计要求。混凝土满足设计和施工要求，降低了施工成本，取得了良好的技术和经济效益。6'