呼和浩特市城區(qū)預應力混凝土空心板梁冬季施工技術

呼和浩特市城區(qū)預應力混凝土空心板梁冬季施工技術

在現(xiàn)代橋梁建設中，鋼筋混凝土梁朝著輕、大、低的方向發(fā)展。預測的使用是實現(xiàn)這一目標的重要措施。同時，混凝土的抗壓強度和彈性模量應該更高。在預應力混凝土梁中,多采用C50級混凝土。對于預制梁的施工,為了加快施工進度,縮短施工周期,降低施工成本,而往往使用高效減水劑及早強劑,使混凝土達到設計強度的時間由原來的28d,縮短為7d或5d甚至3d。呼和浩特市鼓樓立交橋預應力混凝土空心板梁的預制施工,在這一方面進行了大膽的嘗試與探索,特別是在冬季進行混凝土施工,獲得了成功,取得了一定的經(jīng)驗。1預應力梁的施工鼓樓立交橋位于呼和浩特市新城東西和南北兩街交匯處,占地3.4km2,橋梁總長2734m,梁體包括7聯(lián)總長為1600m混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁及1100多m的混凝土預制梁。預制梁為先張法施工,共有13m跨徑梁96片,梁高0.7m,采用C40混凝土;20m跨徑梁556片,梁高0.9m,采用C50混凝土。本文著重介紹C50混凝土的冬季施工情況。2混凝土的凍脹形成機理冬季施工中,混凝土在低溫下硬化是一個多種因素共同作用的復雜過程。新澆混凝土在負溫下受凍分為兩種情況:(1)混凝土澆注后,初凝前迅速凍結,水泥來不及水化,水份迅速凍結成微小的晶體,在此條件下,水泥處于“休眠”狀態(tài),恢復正溫養(yǎng)護后,水泥進行正常的水化,強度可以重新發(fā)展,直到與未受凍的混凝土基本相同,沒有強度損失。這種情況在施工中很難出現(xiàn),在這種條件下受凍,如果混凝土是保水狀態(tài),有凍脹的危險,所以是不可取的。(2)新澆混凝土初凝后,水泥處在緩慢的水化膠凝期間,強度也在緩慢增長,溫度繼續(xù)下降,混凝土就會遭受凍害。因為冷卻總是從表面開始,逐漸向混凝土內(nèi)部發(fā)展,水份向表層移動。當表面溫度降到水的冰點時,水份開始結冰,冰晶逐漸聚成較大的扁平冰聚體,引起水份在混凝土中的重新分布,由于冰晶體積膨脹而排擠凝膠體和水泥顆粒,破壞了水泥水化新形成的結晶骨架。同時由于粗骨料和鋼筋的導熱系數(shù)較大,總是首先冷卻,因此大量的冰聚體聚集在骨料和鋼筋的周圍,混凝土越密實,毛細現(xiàn)象越完善,水份的轉移和冰聚體的形成越加劇。一旦混凝土轉入正常溫度,冰聚體消融,就在原來位置上留下了空隙,給混凝土造成了嚴重的物理損害,這種受凍情況可使混凝土的最終強度損失50%左右。混凝土在負溫下受凍,最常出現(xiàn)的是第二種情況,因此,冬季進行混凝土施工,必須采取可靠的措施,特別是對預應力混凝土梁。3首先，預制混凝土梁的施工先張法預應力混凝土梁施工工藝流程(見圖1)。4d放張后混凝土的抗靜壓性能根據(jù)施工計劃和工期要求,為了加快模板周轉和工程進度,需要7d放張,即要求混凝土7d的強度達到設計強度的90%以上,靜壓彈性模量達到3.5×104MPa。大部分的梁要在冬季施工,除采取一些必要的防凍措施外,還要求混凝土同時具有抗凍性能。(1)抗壓強度計算方法由于采用7d的混凝土配制強度作為所要求的100%設計強度(即R7達到50MPa),所以水泥抗壓強度相應地采用7d的抗壓強度值來計算,并參照減水劑性能試驗方法,測出摻加減水劑的水泥7d的抗壓強度值。通過試驗得出:使用P.0525R水泥,摻加1%FDN高效減水劑,7d的抗壓強度是46.5MPa,減水率17.2%。(2)混凝土配制強度計算考慮到C50混凝土的強度等級不算高,水灰比也不會很低,故仍可用水灰比來控制混凝土的強度。在計算W/C時,摻與不摻減水劑測定的水泥7d的抗壓強度值,按以下關系式計算:R7配=0.48×R7cj×(C/W-0.52)(1)R7配=0.48×R7cj×(C/W?0.52)(1)或R7配7配=0.48×R7c7c×K7j7j×(C/W-0.52)(2)式中:R7配7配為7d的混凝土配制強度,取值為100%的設計強度;R7cj7cj為摻加減水劑測定的水泥7d的抗壓強度;R7c7c為未摻加減水劑測定的水泥7d的抗壓強度;K7j為摻加減水劑與未摻加減水劑水泥7d的抗壓強度比值。(3)混凝土減水劑用量的確定混凝土的用水量通常是與骨料的種類、粒徑和混凝土的塌落度等因素有關。在澆注方式確定后,混凝土的塌落度要求值一般是某一范圍內(nèi)?；炷恋挠盟靠砂聪率接嬎?W=3.33×(h+K)×(1-Wj)(3)式中:h為塌落度(cm);Wj為減水劑在混凝土中的減水率;K為系數(shù)(見表1)。配制高強度混凝土時,當用水量確定后,一般是適當調(diào)節(jié)高效減水劑的用量來控制塌落度,而不是通過加大用水量來提高塌落度。(4)計算水泥用量水泥用量按下式計算:C=W/(W/C)(4)(5)砂細度的確定在計算骨料用量時,選擇砂率是十分重要的,尤其是對預應力混凝土,它要求粗骨料充分發(fā)揮其骨架作用,以獲得高的抗壓強度、穩(wěn)定的尺寸和良好的耐久性能。混凝土的含砂率取決于所用石子的空隙率、松散體積密度及砂的松散體積密度,可按式(5)計算。根據(jù)預應力混凝土的施工經(jīng)驗,骨料一般應選用碎石,石子的最大粒徑為20mm或25mm。中砂細度模數(shù)控制在2.5～3.0之間,砂率范圍是31%～34%。骨料用量(S+G)按公式計算:α=ρ1V0Κ/(ρ2+ρ1V0)(5)Κ=0.6887ΜX0.5C/γc+S/γS+G/γG+W=1000S/(S+G)=α(6)S=(S+G)αG=(S+G)×(1-α)式中:α為含砂率(%);MX為砂的細度模數(shù);ρ1、ρ2、V0為分別為砂、石子的松散體密度和石子的空隙率;γc、γS、γG分別為水泥密度和砂、石子的視密度。(6)初步合作比根據(jù)計算得:水泥∶砂∶石子∶水∶高效咸水劑∶早強防凍劑=1∶1.372∶2.916∶0.36∶0.01∶0.02(7)混凝土配合比保持用水量不變,將水灰比分別增加及減少0.05,按三個不同水灰比計算的配合比進行試拌,以檢驗混凝土拌和物的性能,擇優(yōu)選用。調(diào)整減水劑摻量,保持混凝土坍落度3～5cm。三個配合比均采用工程中實際使用的材料取樣試拌,制作試件置于標準養(yǎng)護室中養(yǎng)生7d和28d試驗,以7d抗壓強度滿足50MPa,同時靜壓彈性模量達到3.5×104MPa選用。R28配應達到58.2MPa。5混凝土復合布(1)拌和機械。采用自動計量的拌和站,其計量誤差符合水泥、水、外加劑<±1%,石料<±3%。(2)采用上述試驗的配合比,即水泥∶砂∶石=1∶1.372∶2.916,W/C=0.36,摻FDN高效減水劑1%,摻NFD早強防凍劑2%,每盤拌和用料為:水泥100kg,砂137kg,碎石291kg,水36kg,減水劑1kg,早強防凍劑2kg。為了保證砂石骨料在正溫中攪拌符合要求,保證混凝土出機溫度及入模溫度,每盤混凝土拌和應遵循下列分步投料規(guī)程:第一步投料(通蒸汽攪拌30～40s):砂(全部)石子(全部)(此時砂石料在機內(nèi)預熱達30～40℃);第二步(攪拌60～90s):水泥、水(扣除砂石中的含水量及通蒸汽增加的水量)、高效減水劑、早強防凍劑按計量干粉投入,混凝土拌和物出機溫度控制在25～30℃。采用翻斗車運送混凝土,車斗表面覆蓋厚棉被。實測入模溫度18～25℃,搗固后混凝土的溫度仍有15℃以上。(3)梁體混凝土養(yǎng)護為保證梁體混凝土質(zhì)量,養(yǎng)護至關重要,尤其在冬季施工,為此,待混凝土澆注完畢后,立即搭設臨時暖棚,內(nèi)生火爐,設專人負責養(yǎng)護測溫。養(yǎng)護期間保證梁體澆注后3d內(nèi)表面混凝土的溫度不低于10℃,梁體內(nèi)混凝土中間的溫度不低于17℃,實測梁體內(nèi)混凝土的溫度為18～22℃。6配合比的確定(1)混凝土強度除了與膠結材料和骨料有關之外,水灰比是關鍵因素之一,施工中往往容易忽視。所以要保證混凝土強度,就必須要保證施工水灰比符合混凝土配制的水灰比。如在攪拌過程中,混凝土拌和物突然發(fā)生變化:塌落度變小或變大,應查明原因,正確調(diào)整配合比,不得盲目增加或減少拌和用水。(2)冬季攪拌混凝土,應保證砂石骨料達到正溫。在攪拌機內(nèi)通蒸汽加熱砂石料