先简支后连续装配式板桥施工中硫磺砂浆复合支座的应用研究

1、公路2004年1月第1期HIGHWAYJan12004No11文章编号:0451-0712(2004)01-0065-04中图分类号:U443136文献标识码:B先简支后连续装配式板桥施工中硫磺砂浆复合支座的应用研究姜云霞,伍必庆,任少英(内蒙古大学职业技术学院呼和浩特市010023)摘要:临时支座的制作与拆除是先简支后连续装配式板桥施工的一个重要环节,介绍用硫磺砂浆等制作临时支座的试验情况、制作工艺及其应用。关键词:连续板桥施工;体系转换;硫磺砂浆;临时支座;试验装配式后张法预应力连续板桥,为节省支架、便于施工,多采用先简支后连续的方法施工。预制好的空心板先吊装安放在墩顶的临时支座上,按顺序

2、完成各道工序后浇注墩顶湿接缝混凝土,张拉锚固墩顶负弯矩区段预应力钢筋并进行孔道压浆,然后拆除临时支座,实现结构由简支到连续的体系转换。临时支座的制作与拆除是装配式连续板桥施工的一个重要环节,硫磺砂浆支座是临时支座可供选择的形式之一。1硫磺砂浆支座的应用111硫磺砂浆支座的工作原理系转换。只要有足够功率的电流,一孔临时支座只须几分钟就可完成体系转换。若用人工凿除C40混凝土临时支座,费工费时,劳动强度又大,噪声也大。此外,连续板内应力受气温变化影响较大。在张拉预应力筋及凿除临时支座的较长时段中,气温对板内应力的影响远大于体系转换过程在板内产生的应力,这给实测体系转换应力及变形时温度的修正带来麻烦

3、。采用硫磺砂浆电热法拆除临时支座,拆除速度快。选好恰当的拆除时机(如早6:008:00,此时连续板温度应力变化最小),可排除一天中温度变化对连续板截面应力的影响,测得体系转换瞬间各控制截面应力。因此,硫磺砂浆支座比较适用于需要迅速、平稳实现体系转换或需要实测结构应力、变形的连续板(梁)桥等。2硫磺砂浆支座制作的技术关键211配合比硫磺砂浆支座是利用硫磺砂浆在常温下有较好的强度、承载力,遇热后又能软化及熔化的特性制作的拆除快捷方便的临时支座。拆除临时支座并进行体系转换时,只需接通电流,对硫磺砂浆支座进行加热,使硫磺砂浆受热软化,数分钟内完全熔化,连续板便由临时支座落坐到永久支座上。在制作临时支座

4、时,电阻丝已预浇入支座的硫磺砂浆层中。112硫磺砂浆支座的强度构成硫磺砂浆支座由水泥、硫磺、砂石及石蜡构成。砂为骨料,硫磺起粘结作用,水泥为填充料。三者恰当配比制作后构成硫磺砂浆强度。石蜡在熔化硫磺时可以使硫磺受热均匀、不沾锅、不冒烟、好倾倒。石蜡与硫磺互不融合,熔化后石蜡在下,硫磺液体在上。113硫磺砂浆支座的应用特点硫磺砂浆支座可以迅速、平稳、无噪声地实现体收稿日期:2003-09-15在装配式先张法预应力槽式台座受压柱的分段接缝中灌入硫磺砂浆,竣工后熔掉硫磺砂浆即可回收台座的钢筋混凝土柱并重复使用。为此,参考有关资料,采用配合比为:水泥硫磺砂石蜡=1230106,硫磺砂浆的抗压强度可达3

5、0MPa。212抗压强度如果临时支座轴心均匀受压,其强度达到30MPa就足够了。但是,临时支座与预制板底及盖梁顶间难以全面接触,临时支座常为局部受压,再加吊装安放时冲击力的作用,即使是C40混凝土支座也难免被66公路2004年第1期压裂压碎。因此,提高硫磺砂浆抗压强度仍是研制硫磺砂浆支座首先要考虑的问题。可采取如下措施。(1)采用硫磺砂浆复合支座。复合支座由强度层和熔化层组成,强度层采用C40混凝土,厚为12cm。熔化层采用硫磺砂浆,厚为3cm。在竖向荷载作用时,硫磺砂浆层纵向受压,横向扩张,受上面C40混凝土强度层及下承压面(盖梁顶)的约束而处于三向应力状态,抗压强度可以提高,见图1所示。单

6、位:cm图1硫磺砂浆复合支座强度层及熔化层另外,采用3cm熔化层既节省了硫磺的用量又可使熔化时电阻丝的热量集中,加速熔化,而且3cm厚的硫磺砂浆层的熔化下沉量远大于永久橡胶支座的压缩量,足可以保证体系转换的顺利完成。(2)在强度层中配筋。为确保复合支座的强度,可在C40混凝土强度层中适当布设<8钢筋。钢筋既可约束裂缝的展开,又可提高复合支座的强度。213硫磺砂浆复合支座性能试验21311硫磺砂浆与混凝土的亲和性试验试验表明,若在室温下将熔化的硫磺砂浆倒在混凝土表面,因硫磺砂浆在环境温度下快速凝固,两种材料的亲和性不好。经改进,采用喷灯对试模外侧进行适当加热,间接地对其中的C40混凝土进行

7、加热,灌入的硫磺砂浆流动性良好而不会迅速凝固,且与C40混凝土接缝密合。在所制作的80多块硫磺砂浆支座中,仅有一块因硫磺砂浆层与C40混凝土强度层粘结不好而脱落。21312硫磺砂浆的拌和温度硫磺砂浆的拌和温度主要取决于硫磺在不同温度下的流动性及状态变化。硫磺随温度变化的规律是:“单质硫具有S8的环状结构分子,当加热到114时,熔为稻草黄色的流动液体。继续升温颜色渐深,流动性较差。在160以上时多环状分子破裂便首尾相接成长链,使其粘度加大,至180左右变成深褐色液体,粘度最大。再升温,又渐流动,温度达到44416时,液体变成红褐色并开始沸腾,有硫蒸汽出现。”试验表明,要保证硫磺砂浆有良好的流动性

8、,便于拌和及浇注入模,拌和物的温度宜控制在120130。21313硫磺砂浆支座热熔性能试验硫磺砂浆支座采用电热法熔化后拆除。支座的熔化速度既取决于电阻丝的功率,又取决于硫磺砂浆的均匀受热程度。试验初期,曾采用混凝土立方体强度试模(15cm×15cm×15cm)制作硫磺砂浆支座。整个支座通体采用硫磺砂浆,将电阻丝弯成U形并浇入砂浆层中。支座在压力机下加压到25t后通电,由于硫磺砂浆的导热性能差而绝缘性能好,通电后电阻丝周围的硫磺砂浆迅速熔化,但稍远处的砂浆却熔化得较慢,56mm以外则在短时间内(10min左右)不受影响。硫磺砂浆支座的大部分仍未受热而不能迅速软化更谈不上熔化,

9、整个试块仍然保持一定的强度。局部熔化的液态硫磺及汽化的黄色硫磺沿红热的电阻丝喷涌而出,遇到空气便燃烧起来,产生蓝色火苗及白色的有害人体健康的SO2烟雾。为此,改进了制作方法,采用复合支座。采用复合支座可同时解决强度问题与熔化问题。办法是在熔化层中进行绕阻,使电阻丝密布,热量集中,从而使硫磺砂浆层受热既均匀又迅速。在制作复合支座C40混凝土强度层时,按设计间距预插小铁钉,然后将1500W电阻丝拉伸到设计长度,并按图2所示在铁钉间缠绕电阻丝。然后,将其放入试模中浇注硫磺砂浆。实践证明,这样制作的硫磺砂浆支座在180200V电压时57min即可全部熔化。单位:cm图2电阻丝绕阻实验室实测的硫磺砂浆复

10、合支座在自重作用下的熔化曲线如图3所示。为不使其冒烟,将电压降到2004年第1期姜云霞等:先简支后连续装配式板桥施工中硫磺砂浆复合支座的应用研究67100V,但熔化速度相应减慢。图3硫磺砂浆复合支座熔化下沉曲线(100V)21314环保措施在制作和使用硫磺砂浆支座过程中,有两个环节易产生有害人体健康的SO2气体。一是拌和硫磺砂浆热熔物时,二是通电熔化时。为此,拌和时可用200温度计控制炒水泥砂时的温度。硫磺砂浆的温度则根据其流动性及颜色控制,温度高其粘度大而流动性变差,只须将锅从火炉上端下即可。通电熔化硫磺砂浆支座控制其发烟或燃烧的主要措施有:一是控制电压,二是预备些干沙土。遇到硫磺发烟燃烧时

11、,撒些沙土使其与空气隔绝。硫磺砂浆在110V电压时即发烟。为了加快熔化速度,现场常加电压到180200V,撒沙后既不发烟,熔化又快,效果不错。214C40混凝土预制块的入模方式为了制作出形状方正、尺寸准确的硫磺砂浆支座,采用制作混凝土抗折强度试块的试模,中间用混凝土预制块隔开,一套试模一次可制作2个硫磺砂浆支座。C40预制块入模时,曾采用将绕有电阻丝的一面朝上的方式,以方便浇注硫磺砂浆。但是,硫磺砂浆在空气中冷却较快,由于表面张力的作用,冷却后的硫磺砂浆四周高、中间低,表面凹陷不平并有棒状硫磺结晶体析出。由于这个凹陷面正是使用状态时支座的承压面,表面凹陷不平必将出现受载后的局部受压而使支座的承

12、载力大大降低。为此,将C40混凝土预制块绕有电阻丝的一面置于竖直面入模,该竖直面与钢模侧模板间只有3cm的竖直缝,作为浇注硫磺砂浆的灌入口。为避免硫磺砂浆遇到侧模迅速凝固,浇注前先用喷灯对钢模外侧加热,然后再浇注。实践证明,这样浇注的硫磺砂浆流动性好,充满试模与C40混凝土强度层间的空隙,硫磺砂浆散热变慢,不再出现棒状结晶,试件侧面(使用状态的承压面)平整,受力状态得到很大改善。215硫磺砂浆支座的抗剪强度硫磺砂浆支座在工作状态下要承受因支座摩阻力(板梁温差伸缩引起)而带来的剪切力。实际使用表明,所有硫磺砂浆复合支座,C40混凝土预制块与硫磺砂浆层面间的抗剪性能良好,没有一个硫磺砂浆支座发生剪

13、切破坏。结合面的抗剪强度可认为由两部分构成:一是荷载压力产生的层面摩阻力;二是C40混凝土预制块表面有意做得粗糙不平而产生的机械啮合力。另外,插入C40混凝土强度层中绕阻用的20多个小铁钉,也提高了结合层面的抗剪强度。3硫磺砂浆复合支座制作工艺311材料与器材要求材料:水泥、硫磺、砂、石蜡、电阻丝(1500W)、小铁钉(长23cm)。器材:混凝土抗折试块试模、电炉子(2000W)、小煤炉(用油漆桶内膛泥土做成)、锅架、300W小吹风机、50cm直径铁锅、30cm直径铁锅、铁铲、铁勺、喷灯、200温度计、台秤、小型插入式振捣棒。312制作临时支座强度层C40混凝土块(1)清理并组装试模,试模可用

14、混凝土抗折强度试块的试模(15cm×15cm×55cm),中间以厚10cm的混凝土块隔开成为2个15cm×15cm×2215cm的试模,内刷隔离剂。(2)按配比拌和好C40混凝土混合料(现场用预制板梁的混凝土),将混合料倒入试模。(3)用插入式振捣棒均匀振捣拌和物23min,直至混凝土均匀密实、无气泡上浮为止。混凝土顶面应比试模顶面低3±013cm。(4)将小铁钉按图纸位置(见图2)、尺寸插入混凝土中,外露015018cm。当小铁钉碰到石子时,应将石子抠出,并补入水泥砂浆,再将小钉插入。(5)拆除复合支座C40混凝土块模板。将制好的复合支座C4

15、0混凝土强度层覆盖,适时洒水养护至不小于70%设计强度。313缠绕电阻丝及入模(1)将电阻丝拉长到218m左右。(2)按图2所示的缠绕方法将电阻丝在小铁钉间缠绕好。(3)将缠绕好电阻丝的C40混凝土块装入试68公路2004年第1期模。装入时,应将C40混凝土块侧放,即将预制块有电阻丝的一面置于竖平面上,支座底面贴着侧模装入试模,拧紧试模螺母,固定好试模及预制块。314硫磺砂浆C40混凝土复合支座的制作(1)备料:配比采用水泥硫磺砂石蜡=1230106,利用4套试模一次制作8块硫磺砂浆支座,材料用量为:水泥2000g,硫磺4000g,砂6000g,石蜡120g。(2)炒水泥砂:生好小煤炉,以30

16、0W小吹风机鼓风,将称好的砂子倒入直径50cm的铁锅内,放到煤炉上加热,并用铁勺搅拌,使砂均匀受热、干燥,随后倒入水泥与砂子一起炒拌。(3)熔化硫磺:先将石蜡放入直径为30cm的铁锅内,置于2000W电炉上加热,再将称好的硫磺倒入铁锅内加热,使其逐渐熔化为稻草黄色液体。(4)拌和硫磺砂浆热熔物:用200温度计将水泥砂混合料的温度控制在120130左右,超过此温度时,可将铁锅端离小煤炉停止加热;再将小铁锅内的硫磺石蜡热熔液倒入水泥砂铁锅内拌和,直到均匀一致为止。拌和时,若发现硫磺颜色变为深褐色,粘度很大,不宜搅拌,说明加热过度,应将锅从煤炉上端下,边冷却边拌和至均匀一致。控制温度是保证硫磺砂浆流

17、动性的关键。(5)预热试模:在拌和硫磺砂浆的同时,另用喷灯加热试模,加热灌入硫磺砂浆的一侧的侧模(图4),加热时火焰不得烧灼电阻丝,以免其发红变软,挠曲变形,相互搭接造成短路。单位:cm图4预热试模(6)硫磺砂浆入模:可端起锅直接向试模中灌入,也可用铁勺逐勺灌入(图5)。在砂浆入模时,要轻轻敲击试模,使其均匀密实、直至无气泡上浮为止。(7)拆模养护:试模冷却不烫手即可拆模。弃除砂浆不饱满的试件,用万用电表挑除断路、短路的试图5浇注硫磺砂浆件,其余放入养护池养护C40混凝土强度层。4应用实例硫磺砂浆复合支座在鄂尔多斯市薛家湾镇准格尔大桥结构体系转换中得到了成功的应用。该桥上部结构纵向为725m后张预应力连续板,横向每跨由15块空心板铰接而成,采用先简支后连续的方法施工。为研究体系转换过程中板的内力及变形情况,在4号及12号板的支座等控制截面的板顶、板底安装了测试仪表,为减少凿除临时支座的震动对仪表的影响,在该两板及邻板下共安放了70块硫磺砂浆支座,其余仍用C40混凝土支座。体系转换时,采用3kVA小型变压器,熔除每个硫磺砂浆支座只需57min。相比较而言,若采用人工凿除C40混凝土临时支座,一排桥墩盖梁顶60个临时支座,45