关于客运专线现场试验应注意的若干问题

关于关于JM PCA I 在高铁客运专线工程 在高铁客运专线工程 现场试验应注意的若干问题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 380 420 Kg 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 470 490 Kg 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 65 g cm3 石子视比重通常在 2 70 2 75 g cm3 也有一些 在 2 80 2 90 m3 m3 因此假如采用 2 63 g cm3砂和 2 74 g 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 86 g 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 380 Kg m3 配合 150 160 Kg 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 03 m3 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 20 Kg m3 体积增加 0 004 0 008 m3 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 63 g cm3 5 31 5 连续粒径石子 密度 2 74 g 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 150 Kg m3 则胶凝材料总量为 150 0 38 395 Kg m3 水泥 70 395 276 Kg m3 粉煤灰 30 395 119 Kg 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 0 661 m3 m3 2 砂重量 0 661 40 2 63 0 2644 2 63 695 Kg m3 3 石子重量 0 661 60 2 74 0 3966 2 74 1087 Kg m3 计算得出 1 重量砂率 39 2 混凝土容重 395 695 1087 150 3 8 2331 Kg 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 2441 Kg 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 2392 Kg m3 3 含气量的混凝土容重 2441 1 3 2368 Kg m3 4 含气量的混凝土容重 2441 1 4 2343 Kg m3 6 确定初步配合比如下 水泥粉煤灰砂石子水 JM PCA I 27611969510871503 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 65 g cm3的中砂和 2 70 2 75 g 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 2420 Kg m3 含气量 4 5 容重 2320 2350 Kg m3 C50 有引气要求的混凝土容重也宜为 2340 2360 Kg m3 C50 非引气 2 3 混凝土容重则通常为 2370 2400 Kg 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 40 r 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 150 155 Kg 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 400 Kg m3 和 C50 及以上混凝土不宜 高于 500Kg m3 56d 1000 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 400 Kg m3总胶凝材料计算 则用水量 144 152 Kg 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 380 420 Kg m3 粉煤灰掺量 25 30 用水量 150 155 Kg 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 470 490 Kg 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 146 155 Kg 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 470 490 Kg m3 粉煤灰掺量 10 15 矿粉掺量 30 45 用水量 146 155 Kg 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