关于客运专线现场试验应注意的若干问题.docx
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关于客运专线现场试验应注意的若干问题
关于JM-PCA(I)在高铁客运专线工程
现场试验应注意的若干问题
1、关于耐久性混凝土水胶比的问题
客运专线各等级混凝土均按照耐久性能设计,要求56d电通量值达到800~1500库仑以下,并且很多场合均具有抗冻性指标F200~F300,因此在试验过程中应尽量满足和易性为前提,按照密实性、低用水量的要求完成试验。
通常C30应尽可能采用0.36~0.38的水胶比,C50应尽可能采用0.31~0.33的水胶比完成试验,用水量通常范围宜采用148~156Kg/m3,过低常出现混凝土粘度过大、过高常出现混凝土和易性不良、气泡泛出过多过大、含气量值重现性差(过大或过小)等情况。
有引气要求的混凝土,水胶比应按低值考虑,C30应控制含气量4.5~5.0%,C50应控制含气量3.5~4.5%,不宜突破,否则前者的电通量指标不容易达标,后者的早期强度指标满足不了张拉要求、后期强度发展受到影响(正常情况下C50通常比不掺引气剂的混凝土强度损失5~12%)。
2、关于耐久性混凝土粉煤灰和矿粉掺量选用问题
客运专线规范对掺合料的掺量有相应标准,在满足标准的前提下,如掺合料品质比较好的情况下,应大胆采用高限掺量,粉煤灰主要对后期56d以上电通量贡献比较大,而矿粉则对早期如28d的电通量即具有较大的贡献,硅粉即使只掺有2%就对早期电通量具有极大的贡献。
对于C30混凝土,粉煤灰掺量如在相应工程标段无严格限制,低钙灰可选择25~30%甚至更高,达到35~40%,高钙灰则应限制,不应超过20%;如粉煤灰品质低于I级,则应兼顾单位用水量和混凝土粘度指标及含气量指标灵活选用掺量。
选用粉煤灰有利的一面是由于胶凝材料总量低的情况下,由于其比重较低,增加其用量可比纯水泥额外增加裹浆量,使用水量降低、和易性更好、密实性提高,尤其使电通量指标得到改善。
由于矿粉的价格相对较高,而且其使用受到搅拌楼物料库和设备的限制,施工方不见得会采用。
如果采用,应选择比表面积在380~450Kg/m3的矿粉,单掺掺量最大可达50~60%,但掺量同样应兼顾单位用水量和混凝土粘度指标及含气量指标,过大容易导致混凝土发粘、发重,和易性不良:
包裹性、流动性差。
但掺量越大对电通量指标贡献越大。
对于C50混凝土,应采用粉煤灰和矿粉双掺方案,通常选用比例为10~20%+45~35%、总量45~55%,低温时段应限制粉煤灰掺量低于15%、水泥用量高于45%,宜为50~55%;常温及高温时段粉煤灰掺量考虑15~20%,矿粉40~50%;粉煤灰应尽量采用15%以上,可使和易性相对比较理想,10~20%的粉煤灰掺量对于采用聚羧酸外加剂的C50混凝土来说后期强度相差不大。
胶凝材料总量对于C30来说通常范围为380~420Kg/m3,主要受单位用水量和混凝土和易性的约束,过低会造成水胶比过大导致电通量指标不达标,C30混凝土28d特征强度通常为50MPa左右;对于C50来说通常范围为470~490Kg/m3,主要受混凝土早期强度、混凝土粘度和单位用水量、含气量的协调约束,28d特征强度引气者65~70MPa,非引气者70~75MPa。
3、关于混凝土引气问题
由于目前对引气和消泡的研究尚不够深入,根据工程实践和试验研究来看,入选的两类引气剂聚合松香类别的HS-AE150和三萜皂甙类别的SJ-2均存在引气剂预先和JM-PCA(I)混合与现场分开添加有较大含气量差别的情况存在,同样剂量现场添加时的含气量要比预先复配的含气量小,并且现场添加SJ-2可能会明显影响混凝土坍落度和扩展度,现场添加HS-AE150对坍落度和扩展度无明显的削弱作用。
从观测的情况来看,JM-PCA中添加两种引气剂即时表面张力均在38~40,但SJ-2在2~28d均呈增大的趋势,维持在高于即时混合测值的水平上,而添加HS-AE150的表面张力则呈低幅上下波动的趋势,基本维持在接近于即时混合测值水平上。
添加HS-AE150引气剂后,即使含气量没有明显增加,但强度会有5~12%的降低。
添加SJ-2引气剂的情况稍好一些,但掺量加大同样存在类似幅度的强度降低。
因引气问题较萘系复杂的多,从有限的试验结果来看,采用目前生产使用的品种的消泡剂的JM-PCA在引气性能上,采用常规生产样消泡剂剂量50%合成的产品引气量与常规生产样引气量一致时,同样配比条件下常规样同掺引气后的强度要比降低消泡剂剂量引气后的强度略有降低,并且需要的引气剂剂量有较大增加,但是降低消泡剂剂量拌制的混凝土大气泡明显增多,对外观性能可能有所削弱。
通常同掺掺量对于降低消泡剂50%剂量的JM-PCA(I),HS-AE150掺量建议0.45~0.6/万,常规样建议0.9~1.2/万,由于水泥、粉煤灰试配材料及掺量不同和搅拌机拌和效率不同,现场试验剂量可能会增大很多,有的甚至高达2.0~3.0/万仍不能达到所需要的含气量,建议试验时应首先确保搅拌机搅拌效率能代表实际生产的搅拌效率(时间、速度),必要时应进行扩大试验(试验室至少有30升拌合量的试验结果,搅拌楼实际生产模拟试验),并应积极创造条件争取施工方进行引气剂现场掺入,以保证工厂产品的生产安全性。
应引起注意的是,携样品试验时,应同时携预先复配有较低剂量(如0.3~0.5/万)引气剂的样品前往,以备现场加大剂量尚无法达到需要含气量要求时采用(此样品采用研发中心材料含气量可能已达8~10%)。
另外,如遇到粘度较大的材料时,采用预先复配引气剂的样品、延长搅拌时间1~2min通常可以使含气量达到所需值,含气量达到4~5%有时也可降低一定粘度。
4、关于确定拌制的混凝土容重的问题
对于铁规TZ210-2005要求的耐久性混凝土,因其具备高性能混凝土特征,建议按照绝对体积法进行设计,以获得较为准确的配合比;
本类工程混凝土,因其性能指标必须符合耐久性要求,相应地拌制的混凝土必须满足良好的施工和易性,因此,采用绝对体积法可以得出较为准确的容重和含气量对应数值结果。
为了准确确定相应配比的容重,配比试验前必须得到骨料的视比重准确数据,水泥、粉煤灰、矿粉等因其在配比中所占比例很低,计算可采用3.15、2.2、2.7g/cm3,此数据偏差对计算结果影响不大。
假定容重法设计配比的偏差主要来源于骨料和含气量,如假定容重严重有误并同时遇到含气量测定仪有故障不能准确测定时,会导致混凝土单位用水量找不准,重新验证的复现性差。
配制符合铁规要求的混凝土,具备高性能混凝土特征,通常骨料绝对体积含量应达到0.64~0.68m3/m3,体积含量过大则裹浆量不足,过小则浆体富余量过多;砂石体积比例通常为0.255~0.265:
0.385~0.405时可以满足良好的拌和物性能,进行配合比设计时应充分考虑此原则,并应根据现场材料灵活掌握。
砂子的视比重通常为2.60~2.65g/cm3,石子视比重通常在2.70~2.75g/cm3,也有一些在2.80~2.90m3/m3,因此假如采用2.63g/cm3砂和2.74g/cm3石子,按照砂石比例0.26:
0.39,体积砂率40%,则砂石重量应为684:
1069,而如采用2.86g/cm3石子时,石子则为1115,体积砂率40%未变,但重量砂率已由39%降为38%了,调整配比时应对石子本身的密度和砂率的协调加以注意。
混凝土设计等级较高或含气量达到4~5%时,因浆体体积增大,骨料体积含量和砂体积含量应适当降低。
按照假定容重法设计容易因容重校核不准导致用水量不准而引起胶凝材料计算不准,从而使试验量加大引起施工单位信任度降低。
由于现场的砂石颗粒的圆润程度尤其是长江以北地区一般来说因缺少长时间冲刷品质相对比较差,在没有引气的前提下,在胶凝材料总量为380Kg/m3,配合150~160Kg/m3水,浆体体积约为0.29~0.30m3/m3时,骨料裹浆量不足,直观上显示混凝土拌合物和易性比较差,在片面提高减水剂掺量的情况下,浆体出现沉底、泛浆、漂浮粉煤灰的情况,混凝土拌合物浆体流逸,拌和物性能更为裂化。
提高含气量可以明显提高浆体体积0.02~0.03m3/m3,使总浆体体积提高到0.32~0.33m3/m3,可明显改善裹浆性能,对于C30混凝土来说提高胶凝材料用量(10~20Kg/m3,体积增加0.004~0.008m3/m3)的效率不如提高含气量明显。
C30灌注桩混凝土配比设计示例
采用PO42.5水泥和I级低钙灰,中砂,密度2.63g/cm3,5~31.5连续粒径石子,密度2.74g/cm3,要求56d电通量1500库仑以下,28d抗冻F250,坍落度20~22cm,扩展度450~550mm。
解:
1、因抗冻指标F250,设定配制混凝土含气量4~5%;
2、因56d电通量要求1500库仑以下,设定基准水胶比0.38,粉煤灰掺量30%;
3、因要求坍落度20~22cm,扩展度450~550mm,初步设定JM-PCA(I)掺量1%,根据拌和情况调整增减;
4、计算胶凝材料:
根据采用聚羧酸外加剂并引气的混凝土经验配比设定单位用水量150Kg/m3,
则胶凝材料总量为150/0.38=395Kg/m3,
水泥:
70%*395=276Kg/m3,
粉煤灰:
30%*395=119Kg/m3,(粉煤灰替代水泥引起的浆体体积增加值:
0.017m3/m3,相当于增加1.7%含气量引起的浆体体积增加。
)
5、按照绝对体积法计算砂石:
假设体积砂率40%,计算如下:
1)砂石绝对体积=(1000-150-276/3.2-119/2.2-1000*4.5%-3.8/1.065)/1000=0.661m3/m3
2)砂重量=0.661*40%*2.63=0.2644*2.63=695Kg/m3
3)石子重量=0.661*60%*2.74=0.3966*2.74=1087Kg/m3
计算得出
1)重量砂率39%
2)混凝土容重=395+695+1087+150+3.8=2331Kg/m3
推算各含气量的混凝土容重应为:
如混凝土不含气则容重为2331/(1-4.5%)=2441Kg/m3
1%含气量的混凝土容重=2441*(1-1%)=2416Kg/m3
2%含气量的混凝土容重=2441*(1-2%)=2392Kg/m3
3%含气量的混凝土容重=2441*(1-3%)=2368Kg/m3
4%含气量的混凝土容重=2441*(1-4%)=2343Kg/m3
6、确定初步配合比如下:
水泥
粉煤灰
砂
石子
水
JM-PCA(I)
276
119
695
1087
150
3.8
7、试拌,目测和易性、感觉粘度,目测坍落度、扩展度,如偏差过大,目测含气量情况,采用标定过容积的含气量筒测定容重后废弃,同时考虑是否增减引气剂和减水剂掺量;
如和易性较好,坍落度、扩展度接近,则测定容重,如容重偏重,测定含气量留下数据做参考,混凝土废弃,如容重接近设计容重,测定含气量并测定倒坍落度流下时间作参考,决定是否增减减水剂用量和用水量、增大水胶比重新试拌,直到选出和易性好的配合比成型试块。
因单独采用粉煤灰的电通量早期结果偏大,同时又进行了引气,为保证适应施工进度,应按照上述方法进行增减水胶比的多个混凝土配比设计与拌和试验。
因国产含气量测定仪器质量大都不过关,如感觉含气量测定不准,应按照容重计算的结果酌情掌握,上述容重计算数值在多种材料的类似配比中进行过测试,具有一定的准确度,可以参照该法推定。
通常采用密度2.60~2.65g/cm3的中砂和2.70~2.75g/cm3的石子,C30灌桩混凝土,粉煤灰掺量20~40%,含气量3%以下容重大都在2370~2420Kg/m3,含气量4~5%容重2320~2350Kg/m3,C50有引气要求的混凝土容重也宜为2340~2360Kg/m3,C50非引气(2~3%)混凝土容重则通常为2370~2400Kg/m3,应注意掌握该数值。
5、关于缓凝的问题
JM-PCA(I)的缓凝与萘系的缓凝已经不太一样,掺量相差比较大。
因研究尚不够深入,经试验的10多种缓凝剂未显示明显的缓凝优势,为杭州湾特制的JM-SR(I)、JM-SR(II)对其胶凝体系适合,但在其他胶凝体系中尚存在不相适应的情况。
需要缓凝的环境要区分是高温下施工的缓凝还是常温环境下的缓凝,掺有10~15%粉煤灰和40~45%的矿粉的大坍落度C50混凝土本体在30度左右时其初凝时间通常为7~9h,比纯水泥约长1~2小时,一般情况下已经能够满足预制混凝土施工要求。
如是常温环境的缓凝,可以采用目前使用的糖或糖钠,但因掺量较大,常达0.05~0.15%,故在需要的场合建议稀释后单独供应现场添加。
原因之一是:
复配如此多糖份的缓凝剂容易使外加剂发酵变质,需要添加杀菌剂等助剂;单独供应可以随用随供,生产、储存可以避免不必要的麻烦。
原因之二是:
复配缓凝剂后容易使混凝土发粘、发重,并且缓凝剂也具有选择相容性,同时有些缓凝剂还存在与JM-PCA(I)的PH值适应问题。
可以备选的缓凝剂目前有:
糖、糖钠、579及其复配的JM-SR(II),掺量应根据具体情况确定,是否预先复配根据具体情况确定,如复配原则上建议随需随供,不在现场储存时间过长。
6、关于现场试验中应加以注意的其它问题
6.1试拌搅拌机要求:
由于混凝土均采用大掺量混合材,用水量较低,同时应保证混凝土含气量,通常建议采用卧轴式强制搅拌机,转速不应低于40r.p.m,搅拌时间不应少于120s,宜采用180s,必要时应延长拌和时间至240s甚至300s,如遇到需要延长搅拌时间的情况应积极创造条件进行拌合楼生产模拟试验,根据拌合楼拌和情况(引气量、粘度等)确定外加剂的供应配方。
6.2试拌材料应采用自然风干骨料,因涉及含气量指标和黏度指标,含水骨料按照烘干或酒精烧干确定含水率扣水计算的办法很难获得准确的结果,可能每一次结果都无法重复,试验结果无法重现;其原因在于JM-PCA(I)等聚羧酸类外加剂对水非常敏感,1~2Kg/m3的用水有时就足以改变含气量、粘度等指标。
6.3由于现场材料的差异,选择砂率应灵活掌握,有的砂未能象江砂那样经过常时间的冲刷而使表面圆润、粗细级配合理,应根据试拌情况确定合理砂率,并不见得砂率增大和易性就会好,应考虑包裹骨料的浆体体积是否足够,拌合物浆体充盈度是否饱满,在配制这一类混凝土时应充分考虑到砂材中5~10mm的含量,不要机械地受具体砂率数值左右,和易性好的混凝土才能得到较好的电通量指标,如果砂的表面品质差(如机制砂和北方地区旱砂、冲刷时间短的砂)和含粉量大时应在满足和易性前提下尽可能选取较低砂率,配合引气效果,增加流动性能,以满足灌注性能。
6.4由于引气剂与聚羧酸的相容性尚存在一些未能解释的状况,现场复掺具备条件的应尽可能在现场复掺,没有条件的应积极创造使用条件,实在无法具备条件的应经过搅拌楼试验后方能最终确定引气掺入量,这种情况下存在如下的风险:
a)由于搅拌机拌合时间、效率的差异和引气在与聚羧酸相容性上存在的不稳定性,在试验时确定的引气掺量不一定就能在拌和楼生产出合乎含气要求的混凝土,是高是低,情况不确定。
b)如预先掺入引气剂复配好的聚羧酸产品在现场使用时含气量超出过多而不能使用时,退回就基本无法再行使用。
因每一个施工现场的材料不同,掺入引气剂的剂量不同,掺入引气剂的产品在未掺掺合料的混凝土中含气量基本都可达到8%以上,而且掺入引气剂后外加剂的强度性能在比较好的情况时下降8~12%左右,有的甚至达到15%以上。
6.5用水量按照150~155Kg/m3控制,如确因用水量超出过多的情况下,建议
(1)增加胶材总量以降低水胶比;
(2)选用复掺15~30%矿粉,以增加早期改善电通量的效应;(3)选用硅粉或抗侵蚀剂、防腐蚀剂;(4)含气量按照引气量允许的下限控制。
7、TZ210-2005有关条款的解读和特征配合比的相关性能试验
解读:
1、从施工技术指南中关于外加剂的含气量要求和相对耐久性等指标要求可以看出只有引气型外加剂和特制的改善耐久性能的抗侵蚀剂才能进入铁道工程,从耐久性规定可以看出,大掺量混合材的使用必不可少,进一步表明引气型聚羧酸外加剂和改善耐久性能的抗侵蚀剂是铁路混凝土工程施工首选的外加剂。
2、从“C30及以下混凝土胶凝材料总量不宜高于400Kg/m3”和“C50及以上混凝土不宜高于500Kg/m3”、56d1000~2000C电通量的指标要求可以分析得到,为了满足规范规定的混凝土:
1)C30灌注桩混凝土:
单掺粉煤灰的前提下,如要保证抗冻性能F200~F300需考虑4~5%的含气量,则水胶比宜为0.36~0.38,按照400Kg/m3总胶凝材料计算,则用水量144~152Kg/m3,如果采用的粉煤灰等级较低,砂石骨料品质偏恶劣的话,将难以实现,仅考虑增加减水剂用量,混凝土和易性和灌桩性能将得不到保证(坍落度20~22cm,扩展度450~550mm,粘度:
倒坍落度5~25s)
C30特征配合比及拌和物性能:
胶凝材料380~420Kg/m3,粉煤灰掺量25~30%,用水量150~155Kg/m3,含气量4~5%,坍落度18~22cm,扩展度450~550mm,粘度:
倒坍落度流下时间5~25s,强度7d:
25~35Mpa,28d:
~50Mpa
2)C50预制混凝土和现浇混凝土:
为满足抗冻性指标、和易性指标、早期张拉强度性能、蒸汽养护要求、电通量、水化热等要求,通常胶凝材料用量470~490Kg/m3,掺和料宜选择粉煤灰和矿粉复掺的技术路线,复合掺量30~55%(10~15%+30~45%),含气量宜控制在3.5~4.5%,水胶比0.31~0.33,用水量146~155Kg/m3,如果因采用的材料需水量较大,必须通过增加减水剂的办法实现,将不可避免出现混凝土极度发粘的状况,无法满足施工(坍落度18~22cm,扩展度450~550mm,粘度:
倒坍落度5~25s),同时,由于水泥和矿粉以及砂品质的原因,可能会常出现粘度比较大的情况。
C50特征配合比及拌和物性能:
胶凝材料470~490Kg/m3,粉煤灰掺量10~15%,矿粉掺量30~45%,用水量146~155Kg/m3,含气量3.5~4.5%,坍落度18~22cm,扩展度450~550mm,粘度:
倒坍落度流下时间5~25s,强度:
60~75Mpa,早期强度3~4d:
35~45Mpa,7d:
45~55Mpa,28d电通量1000c以下。
8、跟踪试验结果的必要性
由于涉及按照电通量指标的耐久性混凝土配比设计和聚羧酸外加剂的实际使用对于所有的施工单位均是新课题,对于我们也是一样,而且在试验过程中,很多施工单位现场试验人员并不具备经验,很多问题尚不知所以然,必须跟踪试验以弥补试验的不足。
对于C50混凝土,跟踪试验结果可以获得补救,C50混凝土基本上要施加预应力,都要关注早期强度,因此,应重点关注早期强度,如强度过低,应确定是否因养护温度过低造成,如排除此因素,则应积极采取措施及时进行试验补救。
对于C30混凝土,因水胶比设计可能过大(超过0.38),应增加降低水胶比的混凝土试验储备以防经过28d甚至56d达不到所需的电通量指标使前期工作前功尽弃,机会也随之丧失。
9、现场试验应关注的问题和相关试验数据应及时整理往回传递的问题
9.1对于C30灌注桩混凝土,强度不是主要指标,应关注的是和易性(可灌性)、含气量、扩展度、容重、粘度(采用倒坍落度测试流下时间)等。
9.2对于C50预制混凝土,应关注和易性、黏度指标,因采用引气剂还应重点关注早期和28d强度指标等。
9.3对于各部试验现场,由于试验经验的局限,应及时、详细向技术支持组通报试验经过和结果,以便汇总分析。
对于现场试验的反馈,应反馈如下信息:
1)、砂、石状况,可通过数码相机拍摄传递;
2)、砂石密度;
3)、试验设计配比资料,试验项目、数据:
坍落度、扩展度、倒粘度、含气量、容重及其它性能,必要时应通过数码照片反映;
4)、外加剂选用的情况、引气剂、缓凝剂掺量情况
5)、其他与试验相关的情况
10、不要忽视后张预应力灌浆外加剂的销售,丧失销售机会
由于竞争的白热化,混凝土方量虽然巨大,但聚羧酸外加剂的销售利润已经一降再降,已经非常有限,而灌浆外加剂的销售竞争对手尚无太多,由于铁路工程的战线比较长,此产品的销售机会万万不能错过。
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