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清水混凝土在北京地铁15号线工程中的应用实例

信息来源:hunningtu.biz  时间:2010-08-03  浏览次数:126

  北京地铁15号线总体呈东西走向,西起海淀区西苑,东到顺义区潮白河河东地区。线路全长45.8千米,其中地下线约32千米,高架线约13.8千米;新建车站21座,新建车辆段和停车场各1座。整个方案分一期和二期,一期工程线路全长约38.3千米,从望京西站至顺义区河东站的一期工程率先开始建设,于2009年4月破土动工。
  在地铁工程中,对混凝土质量要求非常严格,特别是地上部分,不仅仅是强度满足要求,而且要求外观质量好,颜色一致,无裂缝、气泡。在地铁工程中,地上部分主要是墩柱和箱梁,强度等级分别是C40F300和C50,北京住总商品混凝土中心主要供应C40F300的墩柱混凝土,针对以上要求,进行了相关试验工作。
  原材料选择及配合比设计
  清水混凝土,是指通过混凝土的本色和自身质感,以及精心设计施工的外观质量来实现美观效果的现浇混凝土,所以,在原材料选择过程中,不但要满足相关的规范要求,还要注意以下两点:(1)有利于提高混凝土硬化后的外观质量;(2)有利于改善混凝土拌和物的性能,便于施工,保证在施工过程中混凝土的工作性能。
  1.选择原材料
  外加剂:在清水混凝土中,外加剂对混凝土的外观质量影响很大。所以在选用外加剂时,要着重考虑外加剂与水泥及掺和料的适应性、保水性,能够有效控制混凝土的坍落度损失。所选用的外加剂不能产生较大的气泡,在混凝土中引入引气剂时,应该选用引入的气泡直径小且气泡稳定的引气剂。考虑到施工现场模板周转比较快,在标准状态下混凝土的凝结时间宜控制在11小时左右,不易过长。
  由于施工时间为6~8月份,正值北京高温季节,平均温度达到35℃以上,所以,在选择外加剂时,外加剂的性能指标主要考察的是混凝土的抗压强度,经过 1小时、2小时混凝土的坍落度损失,保水性这3个方面,不同聚羧酸外加剂厂家的产品,对同一水泥的适应性不同。通过5种聚羧酸外加剂的试验对比,优选巴斯夫建材有限公司生产的聚羧酸及天津雍阳生产的引气剂,聚羧酸外加剂的减水率在26%左右,1小时混凝土坍落度无损失,引气剂的掺量在0.5%,掺入混凝土后含气量达到4%以上。
  水泥:选用水泥时,要考虑到水泥本身的颜色、保水性,生产厂家的生产能力,能否保证连续供应,如果在整个工程还没有完毕的情况下更换水泥,会造成颜色不一致。硬化后的混凝土不得泛碱,以免影响混凝土的外观颜色,要选用低碱水泥。水泥选用冀东P·O42.5低碱水泥,碱含量0.44%,28天强度 52MPa,安定性合格。
  集料:砂石的级配和粒形对混凝土的和易性影响比较大,应选用级配比较好的Ⅱ区中砂,石子选用级配良好的碎石。由于工程中钢筋比较密集,石子粒径控制在 5mm~20mm,同时需要严格控制砂石中的含泥量及泥块含量。
  由于北京地区砂石料供应紧张,质量较好的天然砂资源非常紧张,即使找到了符合质量要求的天然砂,也不能保证连续供应。所以在砂的选择方面,我们选用经过水洗工艺的尾矿砂,该砂无风化,在生产过程中通过水洗,基本上无石粉残留,同时该砂颜色发青,与硬化后水泥的颜色非常接近,有利于提高混凝土的外观质量。该人工砂分为粗砂和细砂两个品种,粗砂的细度模数在3.5左右,细砂的细度模数在1.9左右,通过一定的比例级配,使得细度模数稳定在2.6左右,石粉含量3%,MB值0.8。石子选用三河机碎石,颜色泛青,5mm~20mm连续级配,针片状l.8%,含泥量0.1%。
  矿物掺合料:在混凝土中掺入矿物掺合料,目的是为了减少水泥用量,从而降低混凝土的水化热,减小混凝土的收缩,增加混凝土的密实度。混凝土密实度的提高,有利于提高混凝土的耐久性。选用矿物掺合料,除了要考虑其常规性能指标以外,还要考虑其颜色及厂家的供应能力。在选定厂家以后,掺合料颜色要保持均匀稳定性,以免形成色差。
  目前常用的矿物掺合料有粉煤灰和矿渣粉,粉煤灰选用I级粉煤灰,颜色泛青,有利于提高混凝土的外观质量,矿渣粉选用S95级矿粉。
  2.配合比设计
  在混凝土配合比设计时,首先要考虑的是强度和耐久性,同时要兼顾混凝土的和易性及浇筑时的坍落度。对配合比进行优化,保证良好的和易性、保水性,不离析泌水,坍落度损失小。
  对混凝土外加剂的掺量及厂家的选择,通过试验确定。对外加剂的要求,需要注意两点,一是减水率高,与水泥的适应性好;二是混凝土坍落度保留值良好。由于混凝土有F300的冻融要求,在混凝土中要适当加入引气剂,引气剂的引入,对混凝土的强度有降低的趋势,所以在配合比设计中,要适当提高混凝土的强度富余系数,以弥补引气剂带来的强度损失。混凝土强度等级为C40F300,在配合比设计中,采用全计算法,确定w/c=0.37,sp=42%,单方用水量 170kg,调整水泥及掺合料的比例,根据混凝土的强度、和易性、坍落度损失等确定配合比。
  在配合比确定后,当原材料进场时,应对配合比进行复验,需要验证的有以下几点:
  一是外加剂与水泥及掺合料的适应性。由于样品与实际供应的产品质量可能存在一定的差异,所以外加剂进场的时候不能单单检测减水率,同时要查看试拌混凝土工作性及强度。
  二是混凝土的坍落度保留值良好,这一点非常重要。由于在施工过程中,墩柱的施工速度比较慢,一车混凝土从出机到浇筑完毕,正常情况下需要1.5小时,所以要求混凝土的坍落度损失非常小。
  三是混凝土的流动性良好。在地铁工程中,由于钢筋比较密集,所以要求混凝土有良好的流动性,若流动性不好,振捣不到位时,容易形成蜂窝麻面,混凝土出机扩展度在560mm~600mm比较适宜。
  四是凝土出机时无明显气泡。混凝土中有大的气泡,在墩柱内不容易排出,引气剂所引入的气泡都非常小,气泡直径小于2.5mm,当有较大的气泡时,容易影响结构实体外观。
  生产过程质量控制
  为了确保混凝土质量稳定,我们采取了一系列质量保证措施。
  ①严格控制各种原材料的质量,与试验过程中原材料的质量保持一致,特别是粉煤灰和外加剂的质量,进行每车检测,防止质量发生波动。
  ②加强混凝土的搅拌工艺。由于混凝土中反应充分,混凝土的和易性反而不好,坍落度损失增大,搅拌时间过短则容易引起搅拌不均匀。通过实际生产及工程试验,确定合理的搅拌时间,不仅混凝土能够得到充分搅拌,而且混凝土坍落度保留良好。
  ③严格控制用水量和坍落度。在开盘之间,测试砂石含水量,操作工根据含水率严格控制用水量,未经试验室人员同意不得随意增加用水量,保证混凝土出机坍落度控制在230mm~240mm,扩展度560mm~600mm。
  ④在供应过程中,根据施工节奏合理安排车辆,做到不断车、不压车,保证混凝土的连续供应。
  施工过程控制
  ①模板采用定制的表面平整、光滑、清洁的全钢大模板。
  ②采用油性脱模剂,脱模剂应薄而均匀,大面、小面及阴角均无漏刷。
  ③混凝土到达施工现场后,严禁往罐内加水。若在现场停滞时间过长,需退回搅拌站进行处理,严禁任何不合格的混凝土打入施工部位。
  ④加强混凝土的浇筑和振捣。对墩柱的浇筑,一次性连续浇筑的水平厚度不超过400mm,混凝土必须振捣到位,不得过振,同时也不得漏振,要快插慢拔。过振容易在模板表面形成水纹,影响外观质量,漏振则容易形成蜂窝麻面。
  ⑤为了保证混凝土后期强度的发展,同时防止裂缝的产生,需要加强养护工作。混凝土浇筑完毕,带模养护至少24小时后方可拆模,拆模完毕,立即用塑料薄膜包裹养护,不得只涂刷养护剂养护,养护龄期不少于14天。
  ⑥安排质检服务人员到施工现场,协调混凝土的正常供应,并在拆模后对每一根墩柱进行表面色差、光洁度、气泡量等表观质量评价。同时与施工方进行沟通,不断提高混凝土施工的控制水平。
  工程应用情况
  在地铁15号线工程C40F300墩柱混凝土工程中,通过采取上述一系列控制措施,混凝土各项性能技术指标均满足地铁工程要求。
  ①墩柱外观质量。在地铁15号线工程中,墩柱外观光滑,有光泽,基本无气泡,颜色一致,达到了清水混凝土的外观要求。
  ②拌合物性能。地铁15号线C40F300墩柱混凝土出机坍落度控制在230mm~240mm,含气量4.2%~4.7%,1小时混凝土坍落度无损失,2小时混凝土坍落度损失20mm,工作性能良好,满足施工要求。
  ③混凝土的强度。C40F300混凝土抗压强度平均值在55.4MPa,通过对原材料及生产过程的严格控制,生产水平达到优良。
  作者:王玉鹏 赵荣明
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