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忻保项目部工程科技创新材料
山西省交通建设工程监理有限责任公司   2010-11-19 09:30:18 作者:忻保项目部 来源: 文字大小:[][][]

       忻保高速公路第一总监办工程科技创新材料

 

山西省交通建设工程监理总公司忻保高速公公路第一总监办承担忻保高速公路48公里路基桥隧工程及91公里的路面工程施工监理任务,路基工程于200812月进场,路面工程于20104月进场。自开工以来,总监办始终坚持“严格监理、优质服务、公正科学、廉洁自律”的监理方针,按照忻保高速公路建设管理处的各项指示、精神对工程进行全方位监控,同时总监办积极响应省交通运输厅号召,展开工程科技创新活动,下面就忻保高速桥隧高性能混凝土及路面工程半刚性水稳振动成型法探讨如下:

一、桥涵梁板、桥面工程、隧道工程混凝土初次采用高性能混凝土,工程质量得到保证。

忻保高速公路第一总监办积极响应省厅、质监站的有关提高混凝土外观质量的有关文件精神,在忻保高速第一总监办的大力倡导、技术支持和各合同段的积极配合下,经过22种方案44组试验确定了C50箱梁预制高性能混凝土配合比。在高标号砼施工中,总监办在加强砼原材料质量控制的前提下,在拌合方面,严格按照规范要求采用“二次投料法”,同等条件下,大大提高了砼的强度。不仅如此隧道工程二次衬砌混凝土也采用新工艺,初步使用高性能混凝土,外加减水剂、硅粉、粉煤灰等减少了单位水泥用量和用水量,减少混凝土的收缩应变;改进混凝土的灌注工艺和提高其工作性和耐久性。

在混凝土体系中掺入粉煤灰和硅粉等超细活性材料,可增加新拌混合料的粘聚性和和易性,提高混凝土的塑性。粉煤灰、硅粉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,掺合料用量同时应考虑水泥中已掺的混合材量,两者之和不宜超过30%。减水剂在保证浆体与集料不分离的前提下,提高混凝土流动性,满足施工工艺需求。

1.高性能砼结构特点:具有高强度、高塑性、高耐久性、高弹性模量、低渗透性、且具有自密实、高流动性能等特点的混凝土。高效减水剂是高性能混凝土的特征组分,活性矿物掺合料可调整混合料中水泥颗粒的级配,起到增密、增塑、减水效果,改善骨料界面效应,提高混凝土综合性能。微硅粉在混凝土中应用,受到技术进步和社会经济因素的有力促进,实践表明:采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土,将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。硅粉能高度分散于混凝土中,填充在水泥颗粒之间而提高密实度,同时微硅粉具有很高的活性,能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。微硅粉水化形成的富硅凝胶,强度高于CaOH2晶体,与水泥水化凝胶CSH共同工作。微硅粉是一种超细粉末物质,用于混凝土中能填充颗粒空隙,提高体积密度和降低孔隙率。同时微硅粉在混凝土中具有火山灰反应,其之所以提高混凝土的强度,关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的粘结强度,能降低泌水,防止水分在骨料下表面聚集,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。微硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍,填充于水泥颗粒的空隙之间,其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样,增加混凝土的密实度。硅微粉是一种物理性质、化学性质均十分稳定的中性无机填料,不含结晶水,不参与固化反应,不影响反应机理;硅微粉粒度大小分布合理,致密性强,硬度大,耐磨性能好,可大幅度提高固化物的抗拉、抗压、抗冲击强度和耐磨性能,能改变胶粘性和增加阻燃性能。能降低固化反应的放热峰温度,降低固化物的线膨胀系数和固化物的收缩率,从而消除内应力,防止开裂。由于硅微粉的粒度细,分布合理,能有效的减少和消除沉淀,分层现象。

2.通过试验经分析可得出以下结论:

⑴黄腾UNF-Ⅱ外加剂在C50混凝土体系中的合理掺量为0.7%~0.9%,科宁ADD-NS外加剂在C50混凝土体系中的合理掺量为1.3%~1.5%

⑵在掺加硅粉、粉煤灰等超细矿物活性材料的混凝土体系中,设计塌落度宜在120-140mm,以便于掺和料在混凝土体系中能搅拌均匀。混凝土的塌落度宜靠调整减水剂的掺量实现。

⑶硅粉、粉煤灰在新拌混凝土体系中,具有改善细料的级配结构,增加混合料的塑性、自密性,提高混凝土的流动性,有效避免混凝土在施工过程因浆集分离而造成离析现象。

⑷掺合料掺量超过20%时,混合料的粘聚力将明显增大,会增大施工难度。

⑸在有掺合料的混凝土体系中,水泥用量在420~480kg/ m3范围内,水泥用量的增加对混凝土的强度影响不明显。

⑹粉煤灰和硅粉单掺对混凝土强度影响不明显,粉煤灰与硅粉组合掺配,可明显提高混凝土的强度,粉煤灰改善混凝土的和易性,硅粉增加混凝土的保水性、增大混凝土的粘聚性。在组合掺配体系中,硅粉在4%~6%之间变化,砼强度变化不明显。

3.高强混凝土施工建议

⑴原材料的选择:水泥:就C50混凝土而言,既可选择P.O42.5级水泥,也可选择P.O52.5级水泥;粗集料,宜选择强度高、压碎值指标不大于12%、岩石强度大于80Mpa,最大粒径为26.5mm9.5mm通过率接近规范中值的连续级配集料;细集料选择Mx2.6~2.9、含泥量不大于2.5%4.75mm以上颗粒含量不大于5.0%、级配良好的Ⅱ区中砂;硅粉、粉煤灰选择Ⅱ级以上质量即可;减水剂选择减水率不小于20%,与水泥适应良好的粉状高效产品。

⑵混合料的拌合:超细矿物掺合料在混合料中均匀分布,是生产优质混凝土的前提,因硅粉颗粒超细,比表面积大,遇水容易结团,建议采用二次搅拌工艺。硅粉混凝土的拌和,用搅拌机拌和,投料次序为水→石子→砂→水泥→硅粉→用搅拌机搅拌90s,然后加入外加剂再搅拌60s出机。混凝土拌好的象征是:各种材料拌和均匀,流动性好,不离析,掺入微硅粉混凝土的搅拌时间比普通混凝土要延长30~40s,总搅和时间不少于150s,以获得良好的均匀性。

⑶混凝土塌落度控制:入模塌落度宜控制在120-140mm范围,进入罐车塌落度,根据运输距离,结合气温高低控制在130-150mm范围之内,拌合混凝土加水严格按配合比设计用水量控制,不得随意增加,塌落度调整用减水剂掺量控制,塌落度小时可适量增大减水剂掺量,塌落度大时,适当减少减水剂掺量。

⑷混凝土浇注:对箱梁砼构件,高性能混凝土具有无外力作用时粘聚成堆,有外力作用时易于流动的特性。芯模底板可一次拼装到位,为有效避免分层水纹外观缺陷,宜采用底板和腹板一次浇注,坡形推进工艺,附着式振捣器在腹板高度方向与波纹管等高布设,振捣棒采用Ф50棒在前、Ф30棒在后组合方式,保证混凝土在波纹管的狭窄断面处密实。顶板收面,因混凝土的粘聚力较大,建议采用光面钢抹收面。

⑸混凝土养生:顶板在混凝土初凝后,采用润湿土工布覆盖养生,合理控制水量,不得向下流淌,避免水流带出混凝土中超细粉料及反应胶结物,污染腹板,影响腹板的外观质量;腹板采用自粘式塑料薄膜贴面,避免表面水散失,利用混凝土中自身余水及适时补水,保水养生;内箱混凝土面采用箱内放

二、路面半刚性基层水稳工程首次采用振动成型法取得成功,并且在忻保高速全线予以推广。2010928日山西省高速公路振动成型法现场观摩现场会在我办所辖的三个路面合同段召开,与会专家对振动成型法效果予以一致好评。

由于半刚性基层使用寿命短,难以抵抗重载交通,究其原因主要是压实度标准偏低,水泥剂量大,裂缝多,无法适应交通荷载的增加。此外,现在施工压路机械在性能及压实功能上有显著提高,而公路试验规程及施工规范相对滞后,以试验室重型击实成型法的最大干密度作为路面基层控制标准,很容易在合理工况下出现压实度超百现象,影响路面基层施工质量。针对这一问题,我们在路面半刚结构基层(底基层)施工中,采用了振动击实成型法,有效减少或避免了半刚性结构层干缩、温缩裂缝的质量通病,路面基层施工质量明显提高

1.振动成型法工作原理

振动击实法采取模拟振动压路机的击实原理,对颗粒性材料施加振动冲击力,边振动边压实,使颗粒间的摩擦力由初始的静摩擦状态逐渐转变为动摩擦状态,当机械振动频率与被压材料固有频率发生共振时,材料间的摩擦阻力最小,而材料的受迫运动达到最大,从而有效提高了材料的最大干密度。

2.主要优势

⑴能够最大程度模拟现场碾压工况。目前,半刚性基层施工现场采用振动压路机和轮胎压路机,室内采用振动法成型试件能够最大程度地模拟现场施工条件,使室内试验成果与实际控制指标达到一致,更加准确、有效地预测和控制现场施工质量。

⑵以振动击实密度控制现场压实,可提高压实标准。采用振动击实成型法进行施工质量控制,要求以振动击实密度作为现场压实度的控制标准。振动击实密度一般为重型击实密度的1.021.04倍,以这样的压实标准控制施工,可大幅度提高半刚性材料的强度,显著改善其抗裂性能及抗疲劳性能。

⑶可降低水泥剂量并显著提高材料抗裂性。振动击实成型法混合料配合比设计的优化级配范围为骨架嵌挤结构,跟传统方法相比,矿料间的嵌挤作用更强,可有效降低水泥剂量1.01.5%,而强度提高1.52.0倍。实验表明,在相同水泥剂量下,振动成型试件的干缩抗裂系数是静压成型试件的1.5倍,抗裂能力显著提高。

⑷重型击实静压成型设计的水泥稳定碎石无侧限抗压强度与现场实体芯样的无侧限抗压强度偏差较大;采用骨架密实型级配及振动压实法设计的混合料在拌合、运输、摊铺碾压中没有发现明显离析,用现有的施工设备,经检测基层压实度可以达到98%以上。

⑸优化级配范围较窄,便于对混合料生产质量进行控制。以强度满足要求、抗裂性能最佳作为判断依据,振动击实成型法可对半刚性材料的合成级配进行优化,而且优化级配范围相对于规范级配范围较窄,有利于对混合料的生产质量进行控制。

⑹振动击实法铺筑的基层(底基层)表面粗糙、均匀、平整、密实,利于与上层的粘结。

3.工艺要求

振动击实成型法在施工工艺上有如下几项要求:

压实度标准密度采用振动压实试验方法确定的最大干密度。

⑴集料级配采用骨架密实结构,4.75mm筛孔通过率按30-40%控制。

⑵适当减少细集料用量,严格控制混合料中0.075mm以下的细粉含量,底基层不大于5%,基层不大于3%

⑶控制水泥用量,避免收缩裂缝。底基层水泥3天强度不小于11.0Mpa,初凝不少于3h,终凝不少于5h,水泥用量不超过3.5%;基层水泥3天强度不小于15.0Mpa,初凝不少于3h,终凝不少于5h,水泥用量不超过4.5%

⑷根据环境气温、风力调整混合料含水量,减少含水量的波动,保证碾实成型后混合料含水量不超过最佳含水量1.0%

效果:忻保高速目前施工的路面全部采用振动成型法标准施工,从基层表观看由于采用骨架嵌挤密实结构及振动成型,表面粗糙、密实,集料分布均匀、平整。从路用性能来看,压实度标准密度提高3-5个百分点,强度提高1.5-2倍。水泥剂量减少,无明显裂缝。3-5天即可取芯,符合延长路面寿命的发展理念。

另外,在面层沥青混凝土施工中,我们采用了GTM法,GTM是一种采用旋转搓揉方式进行沥青混合料设计的方法,是一种抗车辙沥青混合料。其特点(1)能够模拟现场施工工况,准确预测控制现场施工质量;(2)GTM设计方法,考虑行车荷载实际状况,可选择不同的设计压强,防止出现压密性车辙;(3)GTM设计方法设计混合料油石比例减少,压实度提高,抗车辙性能有明显增大。现场施工遵循“高温、紧跟、高频、低幅、慢压、少水”的原则进行碾压。

综上所述,忻保高速公路的新工艺创新离不开省交通运输厅、省公路局、忻保高速公路建设管理处的大力支持、帮助,同时离不开各施工单位的积极配合。成绩只能说明过去,在下一步工作中,忻保高速公路第一总监办将继续不骄不躁,用我们全体监理人员的智慧在高速公路发展事业中创造更新的业绩。

 

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