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理论+案例——这么翔实的混凝土资料,你肯定没见过!

发布日期:2018-12-19 浏览次数:

理论+案例——这么翔实的混凝土资料,你肯定没见过!

 

澳门网上赌博是混凝土组成中用量最大的材料,澳门网上赌博人不得不了解各种混凝土及其性能知识。澳门网上赌博菌整理了干硬性混凝土、细石混凝土、防水混凝土、自密实混凝土、水下混凝土、海工混凝土、清水混凝土、泡沫混凝土、树脂混凝土、补偿收缩混凝土、喷射混凝土、纤维混凝土、纤维素纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土等15种混凝土详细知识如下:

干硬性混凝土

一、定义

干硬性混凝土是指坍落度小于10mm,显得干稠而难以流动的混凝土拌和物。

由于拌和物比较干稠,不易流动,因此对流动性的表示方法,与塑性混凝土不同。塑性混凝土用坍落度表示,而干硬性混凝土则用干硬度即维勃稠度(秒)表示。依据维勃稠度值的大小,干硬性混凝土拌和物可分为四级:


干硬性混凝土几乎没有什么流动性, 坍落度很小,施工时必须采用强力振捣密实,否则易产生较多孔隙而影响混凝土质量,成型需要外力的作用,比如压路机的碾压等。

二、性能特点

干硬性混凝土具有硬化快、密实度大、强度高、收缩小、水泥用量少等优点。

干硬性混凝土是一种快硬高强度混凝土,既能提高混凝土质量,又能节省水泥。采用干硬性混凝土,由于减少了单位用水量,在保持水泥用量不变的情况下,等于降低了水灰比,因而可以提高混凝土强度的50%左右。干硬性混凝土强度的提高,不仅表现在28d强度上,同时也可以大大提高早期强度:ld可以达到28d强度的15%,3d可以达到28d强度的50%,7d可以达到28d强度的70%。这样,就可以在不采用其他加热养护的条件下,使混凝土达到快硬早强的目的:如果在冬季施工,采用干硬性混凝土,只要辅以简单的蓄热措施,就可以保证满足强度要求。在常温下施工,还可以起到提前拆模、增加模板周转率的目的。

干硬性混凝土与塑性混凝土比较,之所以能够提高强度,可以从干硬性混凝土的组织结构来进行分析。在混凝土中,如果砂率大,水泥浆多,则骨料间的砂浆层增厚。但由于砂浆是薄弱部分,因此混凝土强度不高。而干硬性混凝土,由于砂率小,水泥砂浆相对减少,经过强力振捣,石子在混凝土中将形成紧密的骨架,骨料间砂浆层较薄。当外荷作用时,主要由石子骨架来支承。由于石子强度高,所以混凝土强度就高。另外,由于干硬性混凝土用水量少,水灰比小,能减少析水,改善了界面区的结构,从而能增加混凝土的密实度,提高水泥浆与砂粒、水泥浆与粗骨料间的胶结强度。

由于干硬性混混凝土的用水量少,混凝土中的游离水分相应减少,内部留存的空隙和毛细管也随之减少,混凝土的密实性得以提高,从而可以大大提高混凝土的抗渗性和抗冻性。同时还可以提高钢筋的握裹强度,减小干缩等,其他一系列物理性能都可以得到相当的改善。

三、桥梁工程应用

1、广清高速省道S114跨线桥加固工程

省道S114跨线桥为主线上跨省道S114,结构为20m和30m左右的连续箱梁。为提高结构承载能力和耐久性,改善结构受力性能,加固采用布置在箱梁腹板外侧的有粘结预应力,并将墩顶附近腹板加厚,提高墩顶附近截面的抗剪承载能力。

设计考虑到加厚段与翼板下缘连接处,不易振捣密实,收缩后易脱开的特点,采用了10cm高的干硬性混凝土,并要求“先立模浇注腹板加厚段下部混凝土,在下部混凝土初凝之前灌注上部干硬性混凝土并成型”,较好的解决了这个问题。

2、椒江二桥组合梁桥面板

椒江二桥主桥为主跨480m的双塔双索面五跨连续斜拉桥,主梁截面采用半封闭钢箱组合梁。组合梁桥面板的混凝土收缩徐变受到钢箱梁的约束,易发生开裂现象,影响混凝土耐久性。

设计考虑到加厚段与翼板下缘连接处,不易振捣密实,收缩后易脱开的特点,采用了10cm高的干硬性混凝土,并要求“先立模浇注腹板加厚段下部混凝土,在下部混凝土初凝之前灌注上部干硬性混凝土并成型”,较好的解决了这个问题。

2、椒江二桥组合梁桥面板

椒江二桥主桥为主跨480m的双塔双索面五跨连续斜拉桥,主梁截面采用半封闭钢箱组合梁。组合梁桥面板的混凝土收缩徐变受到钢箱梁的约束,易发生开裂现象,影响混凝土耐久性。

根据论文《椒江二桥C60干硬性混凝土配合比设计》,该桥桥面板采用了C60干硬性混凝土,取得了较好的效果。但从混凝土坍落度试验数据来看,不太满足干硬性混凝土对于坍落度的相关要求,是否可定义为干硬性混凝土,值得商榷。

细石混凝土

一、定义

浇筑尺寸较小的构件、或钢筋较密集的结构部位时,为获得较好的通过性,采用的石子粒径较小的混凝土,叫“小石子混凝土”,或“细石混凝土”。

《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)》规定如下:小石子混凝土粗骨料为5-20mm粒径的石子,小石子砼和普通混凝土的强度、受力性能指标是没有区别的。

相比于普通混凝土,小石子的比表面积较大,小石子混凝土的砂率会高一些,用水量要提高,因此同等情况下胶凝材料用量也得大一些,流动性会好一些,但是收缩会大一些,造价会高一些。(另有一种说法,细石混凝土是指粗骨料最大粒径不大于15mm的混凝土,其粗骨料粒径要求比小石子混凝土更小。两者概念稍有差别。)

二、应用

1、支座垫石等小构件

《广东省高速公路工程设计标准化桥涵参考图》中,要求:1)支座垫石采用C50小石子混凝土。2)封锚混凝土应采用细石干硬性补偿收缩混凝土,分层压实。3)保护层垫块的尺寸应保证钢筋混凝土保护层厚度的准确性,其形状(宜为工字形或锥形)应有利于钢筋的定位,不得使用普通砂浆垫块和塑料垫块。宜采用细石混凝土垫块,其各项性能不得低于梁体混凝土。4)盖板涵施工注意事项:预制盖板安装后,必须清扫冲洗,充分湿润后再在板与台背间、板与板之间的缝内用C20小石子混凝土填满空隙。

2、自密实混凝土

自密实混凝土也是一种小石子混凝土。

3、预制节段拼装箱梁湿接缝

4、砌体材料

砌体砌筑材料包括了砂浆和小石子混凝土。

水泥砂浆:水泥+沙子+水

混凝土:水泥+沙子+水+石子

小石子混凝土:水泥+沙子+水+小石子(粒径不大于20mm)

可见,小石子混凝土类似于广义的砂浆。

防水混凝土

一、定义

依靠混凝土本身的增水性和密实性来达到防水目的的混凝土。

二、防水等级

混凝土的抗渗性是指液体、气体或离子受压力、化学势或电场作用在混凝土中的渗透、扩散或迁移的能力。

三、分类

防水混凝土分为普通型,掺外加剂型和膨胀型三类。

1、普通型防水混凝土

此类防水混凝土是通过提高砂浆的不透水性,增大石子的拨开系数,在粗骨料周围形成一定厚度的优质砂浆包裹层,将粗骨料彼此隔开,破坏沿粗骨料周边形成相互连通的渗水网络,达到抗渗的目的。

但施工要求高,混凝土的流动性要适宜,振捣要适度,否则粗骨料很难在砂浆包裹下形成悬浮结构,且收缩率与普通混凝土无区别。

2、掺外加剂型防水混凝土

1)掺引气剂型防水混凝土:通过加引气剂提高混凝土拌和物的流动性,改善内部结构,使混凝土中自由水的蒸发线路变得分散、曲折、细小,从而防止水的渗入。但引气量的大小影响因素较多,施工控制难度大,收缩率与普通混凝土不相上下。

2)掺减水剂型防水混凝土:减少混凝土的单位拌和用水量,使拌和物中的自由水量减少,进而减少由于自由水分蒸发而产生的孔隙体积,提高混凝土的密实性。但收缩率与普通混凝土接近。

3)掺早强剂型防水混凝土:通过掺加早强剂促进水泥水化早期生成较多的含水结晶物,减少自由水,由此减少自由水蒸发产生的孔隙。目前多用三乙醇胺早强剂,但其收缩率较普通混凝土还要大。

3、膨胀型防水混凝土

使用膨胀剂或膨胀水泥,使混凝土在凝结硬化过程中产生一定的膨胀。一方面改善硬化混凝土的孔结构,减少毛细孔孔径,降低孔隙率,达到抗渗目的;另一方面改善混凝土的应力状态,即在有约束(钢筋)的条件下,由于混凝土的膨胀拉钢筋,而钢筋反过来又对混凝土产生的拉应力。当这一应力仅抵消由于混凝土干缩和徐变所产生的拉应力时,称之为补偿收缩混凝土。当这一应力除了克服干缩和徐变产生的拉应力外,还在混凝土中储备一部分压应力时,称之为自应力混凝土。补偿收缩混凝土和自应力混凝土都具有良好的抗裂性能。

四、主要应用

防水混凝土在桥梁工程中主要用于桥面铺装。桥面铺装混凝土的特点是厚度小,平面面积大,设计强度等级高,水泥用量大,极易产生收缩裂缝。因此,高抗渗低收缩是桥面铺装使用防水混凝土的目的所在,旨在提高混凝土的耐久性。其含义一是要求混凝土要具备一定的抗渗性能;二是要求混凝土在凝结硬化过程中少收缩,增强混凝土的抗拉性能,保证桥面积水不下渗危及主梁。若混凝土抗渗性很高,但仍然存在着收缩裂缝的危险,实际已失去了抗渗的能力,因为水从裂缝中渗入对结构物的危害作用远比从结构孔隙渗入要大,从这个意义上讲,只有提高混凝土的防裂性,抗渗性才能真正得到保证,对桥面铺装混凝土尤其如此。显然桥面防水混凝土与普通意义上的防水混凝土是有区别的,它不但要具有防渗透的性能,更应具有防裂缝的性能,这就是桥面防水混凝土应具有的技术性质。

前述的普通型及掺外加剂型防水混凝土显然不适宜用作桥面防水混凝土。因其收缩率均与普通混凝土相近,个别甚至还要大些。二者的共同点都是通过改善混凝土的内部结构来达到防渗透的目的,对混凝土的收缩性能并无改善。而膨胀型防水混凝土不仅其孔结构,而且其应力状态都相应得到改善,防渗性和防裂性也得到了提高。

因此,为了使设计意图在施工中能得到充分体现,设计文件除对设计强度有明确要求外,还应对膨胀率、抗渗标号等要有明确的要求。个人建议设计文件中可做如下要求:“桥面铺装采用C40补偿收缩防水混凝土,其限制膨胀率不小于0.02%,抗渗等级不小于P8。”

自密实混凝土

一、自密实混凝土的定义

自密实混凝土:具有高流动性、均匀性和稳定性,浇筑时无需外力振捣,能够在自重作用下流动密实的混凝土。

自密实混凝土,又称高流态混凝土,免振捣混凝土,自流平混凝土或自填充混凝土等,指混凝土拌合物依靠自重和自身流动性,无需振捣(或稍加振捣)即可填充模板并包裹钢筋,硬化后成为性能相对较均匀混凝土。

二、自密实混凝土的发展起源

早在20世纪70年代早期,欧洲就已经开始使用轻微振动的混凝土,但是直到20世纪80年代后期,自密实混凝土才在日本发展起来。1988年日本东京大学教授冈村甫最早开发出“不振捣的高耐久性混凝土”,其关键技术是通过掺加高效减水剂和矿物掺合料,在低水胶比条件下,大幅度提高混凝土拌合物的流动性,同时保证良好的黏聚性和稳定性,有效减少了泌水和离析等现象。1996年冈村甫教授在美国得克萨斯大学讲学中,首次将其命名为“自密实高性能混凝土”。欧洲在20世纪90年代中期才将自密实混凝土第一次用于瑞典的交通网络民用工程上。

三、自密实混凝土的规程

目前可供桥梁设计、施工参考的规范规程主要有以下两个:

1、《自密实混凝土应用技术规程(CECS203-2006)》

2、《自密实混凝土应用技术规程(JGJ/T283-2012)》

四、自密实混凝土的性能指标

1、自密实性

两个规程对自密实混凝土的自密实性指标要求稍有差别,对于桥梁工程的设计,建议采用《自密实混凝土应用技术规程(JGJ/T283-2012)》作为设计依据,其指标要求也参照该标准。

同时,根据桥梁工程钢筋一般比较密集的特点,应尽量采用等级较高的性能指标。若参照标准为《自密实混凝土应用技术规程(CECS203-2006)》,性能等级建议采用“一级”;若参照标准为《自密实混凝土应用技术规程(JGJ/T283-2012)》,性能等级除了“控制指标”外,还应对“可选指标”进行要求。

2、强度及其它

自密实混凝土的强度主要取决于水胶比的大小,符合水灰比定则。由于粉体材料用量很大,通常很容易配制出C60及以上强度等级的自密实混凝土。

自密实混凝土的其他力学性能与普通混凝土相似,自密实混凝土的应力-应变关系与普通混凝土相似,自密实混凝土的抗压强度、抗拉强度、劈裂抗拉强度、抗折强度之间的相互关系也与普通混凝土相似。

五、自密实混凝土的应用范围

可以考虑在“薄壁、钢筋密集、振捣困难、对施工噪音有特殊要求”的位置采用。如钢管混凝土结构,若钢管尺寸较小、或内部设有加劲肋,可考虑采用;对于加固桥梁,如体外束转向横梁等,若振捣困难,可要求采用。

六、自密实混凝土的其它事项

1、内掺纤维

两个规范对于自密实混凝土中添加纤维,都是允许的,而且要求也基本相同,其中《自密实混凝土应用技术规程(JGJ/T283-2012)》的规定如下:“自密实混凝土加入钢纤维、合成纤维时,其性能应符合现行行业标准《纤维混凝土应用技术规程》JGJ/T221的规定。”

2、收缩徐变、弹性模量

《自密实混凝土应用技术规程(CECS203-2006)》中,提到“自密实混凝土一般存在的收缩徐变较大,弹性模量较低等特点应引起设计单位的足够重视”。

对于收缩徐变较大的问题,需通过加强养护、添加补偿收缩剂等方法来优化。

对于弹性模量较低的问题,有关研究显示“自密实混凝土由于粉体材料用量多、砂率大,其弹性模量较普通混凝土低,自密实混凝土的弹性模量比普通混凝土平均降低20%左右。”因此,可按降低20%进行估算,有条件时可以通过试块进行实测。

3、自密实混凝土的优点

自密实混凝土被称为“近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”,因为自密实混凝土拥有众多优点:1)保证混凝土良好地密实。2)提高生产效率。由于不需要振捣,混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短,工人劳动强度大幅度降低,需要工人数量减少。3)改善工作环境和安全性。没有振捣噪音,避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”。4)改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面,不需要进行表面修补;能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。5)增加了结构设计的自由度。不需要振捣,可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。以前,这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用。6)避免了振捣对模板产生的磨损。7)减少混凝土对搅拌机的磨损。8)可能降低工程整体造价。从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。

七、自密实混凝土的工程应用

东莞市石龙镇南岸二桥加固工程

南岸二桥位于东莞市石龙、石排和茶山的交界处,是连接东莞和博罗的一座公路桥梁。本项目对原有双向两车道桥梁进行扩建改造,升级为双向六车道桥梁。由于旧桥原有的2车道升级为3车道,活载大为提高,同时原有桥梁通车时间较长,经检测存在部分病害,需对旧桥进行加固。

旧桥主桥为52+80+52m连续箱梁,加固方案采用体外束+粘贴钢板的组合方案。体外束的转向横梁、锚固横梁位于箱梁内部狭小空间,且钢筋密集,振捣困难。为保证混凝土浇筑质量,采用了C60自密实混凝土。

沪通长江大桥

沪通长江大桥主桥为两塔五跨斜拉桥,主塔为钢筋混凝土结构,桥面以上为倒Y形,桥面以下塔柱内收为钻石形。上塔柱采用八边形截面,中塔柱由上塔柱八边形渐变至六边形截面,下塔柱为单箱双室的六边形截面。塔顶高程+333m,塔底(承台顶)高程+8.0m,承台以上塔高325m。塔柱顺桥向尺寸14~21m,上塔柱标准段横桥向尺寸为14~15m,中塔柱和下塔柱横向尺寸为8.7~16.7m,塔身采用C60混凝土。

桥塔由于布筋密集、所处的服役环境条件恶劣,需要桥塔混凝土具有良好的自密实性能与耐久性能。而目前常用的C60高强索塔混凝土水泥与胶凝材料用量普遍较高,混凝土收缩较大、水化温升高,塔柱内外温差大,导致混凝土出现收缩裂缝与温度裂缝,影响其力学性能与耐久性能。因此需要在低水泥与胶凝材料用量、低水胶比下实现桥塔混凝土的自密实、低收缩、抗裂与高耐久性。

参建单位利用聚羧酸分子结构的可设计性,通过分子剪裁与接枝技术,研制了具有超分散、保坍与减缩协同作用的高性能混凝土专用外加剂,利用该外加剂超分散水泥颗粒,提高水泥胶结性能,减小混凝土的收缩特性,实现了低水泥与低胶凝材料用量下配制低收缩、抗裂C60自密实混凝土。其性能指标为:初始坍落度/扩展度≥250mm/650mm,2h坍落度无损失,离析率<15%,T500时间≤10s,28d抗压强度>70MPa,28d干燥收缩率<300×10-6,28d碳化深度<5mm,满足沪通长江大桥超高塔混凝土的设计要求。

上海中心大厦

上海中心大厦作为上海地标建筑,是具有代表性的超高层摩天大楼。其主楼核心筒混凝土高度达574m,顶部为C60高强混凝土;巨型柱混凝土高度达546m,顶部为C50高强混凝土;泵送楼板混凝土高达600米。因此,混凝土泵送到顶是一个工程难题。

工程根据不同泵送高度要求优选混凝土配合比,采用5~20mm颗粒状优异的精品石、聚羧酸系外加剂等配置工作性能良好的超高泵送高性能混凝土和自密实混凝土。

水下混凝土

一、水下不分散混凝土的定义

水下不分散混凝土(antiwashoutunderwater concrete):指掺加了适量的絮凝剂后,在水中浇筑时水泥很少流失、骨料不离析的混凝土。

絮凝剂(antiwashoutadmixtuer):指掺人新拌混凝土中使混凝土在水中浇筑过程中具有抑制水泥流失和骨料离析特性的水下不分散混凝土专用外加剂。(以上定义来源于《水下不分散混凝土施工技术规范(Q/CNPC92-2003)》中国石油天然气集团公司企业标准)

水下不分散混凝土是在普通混凝土中掺入以纤维素系列或丙烯系列水溶性高分子物质为主要成分的絮凝剂,该外加剂的作用主要是使混凝土具有粘稠性,提高了新拌混凝土的粘聚力,从而抑制水下施工时水泥和骨料分散,保证混凝土在水中自由下落时抗离析、抗分散。

二、水下不分散混凝土开发背景

水泥虽然是水硬性材料,但若将混凝土拌合物直接倾倒于水中,当其在水中下落时,由于水的冲洗作用,骨料将与水泥分离,部分被水带走,部分长期处于悬浮状态。当水泥下沉时,已呈凝固状态,失去胶结骨料的能力。这样在水中直接浇筑的混凝土拌合物一般分为一层砂、砾石骨料,一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣,不能满足工程要求。因此,水下混凝土过去都要求在与环境水隔离的条件下浇筑,而且浇筑过程不能中断,以减少水的不利影响,在其硬化后还要清除一定数量的强度不符合要求的混凝土。

传统的水下混凝土施工方法通常有两类:一类是先围堰后排水,混凝土的施工与陆地相同,存在先期工程量大、工程造价高、工期长等缺点;另一类是利用专用施工机具把混凝土和环境水隔开,将混凝土拌合物直接送至水下工程部位,主要有导管法、预填骨料灌浆法、模袋法、开底容器法等。这些施工方法使混凝土拌合物容易受到水的冲刷造成材料严重离析,水泥流失,混凝土质量下降,同时造成环境污染。按常规浇筑水下混凝土的关键是尽量隔断混凝土与水的接触,但这将使施工工艺变得复杂,工期变长,工程成本大大增加,况且也难以保证水中混凝土的质量。在这一背景下,出现了水下不分散混凝土。

三、水下不分散混凝土的历史

水下不分散混凝土是原西德Sibo公司于1974年研制、1977年推广的一项新的水下混凝土施工技术。1980年日本在引进西德专利技术的基础上研制成功首例絮凝剂并开始推广使用,我国则在1986年研制成功首例絮凝剂,1987年开始推广应用。迄今为止,已经开发出十余种具有一定水平的水下不分散剂产品,并在交通、水利水电、石油、核电站及民用建筑工程中获得了广泛的应用。我国水下不分散混凝土技术日渐成熟, 已在实验室配制出 90 天抗压强度超过 100M Pa 的水下不分散混凝土。

四、水下不分散混凝土的性能特点

1.新拌混凝土的性能

(1)高抗分散性。水下混凝土掺入的絮凝剂使得混凝土的粘聚性大大提高,即使混凝土直接落入水中,混凝土也很少会出现材料分离现象,良好的抗分散性使得混凝土在水下浇筑与在陆地浇筑差别并不大,因此可用于水下混凝土工程在水中的自落施工。

(2)良好的自流平性与自密实性。水下不分散混凝土黏稠,富有塑性,即使它在水下水平流动的情况下,也可得到浇筑均匀的混凝土。由于具有优良的自流平性与填充性,故可在密布的钢筋之间、骨架及模板的缝隙内依靠自重填充。

(3)良好的保水性。水下不分散混凝土掺入的絮凝剂,遇水会溶胀吸水,使得混凝土不易出现泌水现象,且由于良好的粘聚性,使得混凝土反而具有良好的可泵性。

(4)适应性强。新拌水下不分散混凝土可用不同的施工方法进行浇筑,并可通过各种外加剂的复配,满足不同施工性能的要求。

(5)安全性。由于水下不分散混凝土具有良好的抗水洗能力,因此水泥很少流失,不污染施工水域,为环保型产品。而且目前所生产出的絮凝剂经生物安全检验为无毒产品,因此可用于一切水下工程。

2.硬化后混凝土性能

(1)抗压强度。水下不分散混凝土与普通混凝土一样,遵守水灰比定则,强度受水灰比、水泥品种、胶结料用量、絮凝剂掺量、龄期等因素的影响。水下不分散混凝土的水中成型试件的抗压强度与陆上成型试件抗压强度比称为水陆强度比,一般28d水陆强度比为70%以上。

(2)弹性模量。弹性模量与普通混凝土弹性模量相近或略低一些。

(3)干缩。水下不分散混凝土比普通混凝土干缩值略大。

(4)其他。如耐蚀性、抗渗性等与普通混凝土类同。

3.缺点

(1)强度等级。水下混凝土属于自密实混凝土,不能通过振捣等方式进行密实处理,容易造成混凝土内部结构不均匀,可能引起局部混凝土强度达不到设计要求。故混凝土配合比设计人员考虑到这种工艺存在的质量通病或者客观存在的工艺缺陷,为了保证桩身强度满足上部结构的荷载要求,一般都会在设计的时候,对混凝土强度等级提高一个等级,这样,即使出现个别桩身混凝土不满足要求时,也能满足上部荷载的要求,不影响使用,减少不必要的麻烦。

(2)造价稍高。因添加絮凝剂的价格较高等因素,导致水下混凝土造价较常规混凝土稍高,一般高出15%左右。

五、水下不分散混凝土的工程应用

水下不分散混凝土适用于沉井封底、钻孔桩灌注、人工筑岛、围堰水下部分浇筑、水下抛石灌浆结构、止水锚固、水下注浆及堵漏等工程。

1.钻孔灌注桩基础

目前,大部分桥梁钻孔灌注桩,采用泥浆护壁的情况下,多采用水下不分散混凝土。

2.地下连续墙

虎门二桥起点位于广州市南沙区东涌镇,终点位于东莞市沙田镇,总长度12.891km,采用双向八车道的高速公路标准,设计时速100km/h,桥梁宽度40.5m。主线全线均采用桥梁方式建设,共设置跨江大桥两座,分别是:坭洲水道桥采用主跨1688m双塔双跨悬索桥,大沙水道桥采用主跨1200m双塔单跨悬索桥。

水道桥外径90米锚碇地下连续墙基础直径世界第一,大沙水道桥地下连续墙外径为82米,壁厚均为1.5m。地下连续墙采用铣槽机施工,灌注C30水下混凝土。

3.承台封底混凝土

(1)鸭绿江界河大桥22#墩承台封底

鸭绿江界河大桥是我国连接朝鲜的重要通道,主桥为跨径86+229+636+229+86m双塔双索面斜拉桥。22号主墩承台为六角圆端形,尺寸69.481m×23.4m,高度6m,顶标高+6.4m,底标高+0.4m。鸭绿江口内的潮汐为不规则半日潮,22号主墩位于潮洪混杂的特定状态,日水位变化大,采用双壁套箱式钢围堰,围堰内壁作为浇筑承台混凝土的施工模板,完成后成为保护承台的永久结构。

22#墩承台封底采用水下不分散混凝土,流动半径可达25米,初凝时间18小时。实际施工中,采用两台汽车泵、两根导管、两台汽车吊布设在承台的左右半幅同时浇注,直到总体到达设计标高结束,30小时内浇注完成,封底阻水效果、平整度、标高控制良好,各项质量指标均符合有关要求。与普通砼封底施工综合比较,节省工期10天,直接节省施工成本20.6万元。

(2)武汉江汉六桥工程4#主塔承台封底

武汉江汉六桥跨汉江,主桥长472m,标准段桥宽44m,双向8车道。主桥为自锚式悬索桥,主跨252m,主梁采用叠合梁,主塔采用隔构式钢—混组合门式框架结构,下塔柱截面为混凝土矩形截面,上塔柱为隔构式钢塔柱。江汉六桥为武汉市第一座自锚式悬索桥,是汉江上最宽的桥梁,建成之后将成为建桥之都的新名片。项目于2010年12月30日开工,2015年2月16日通车。

武汉江汉六桥工程4#主塔位于汉江汉阳岸,由于水源比较丰富,承台封底无法采用普通干孔灌注,所以采用导管法水下混凝土封底。承台钢板桩围堰平面尺寸为19.1×19.1m,钢板桩长度为24m,钢板桩顶标高为+21.5m,底标高为-2.5m,共132根钢板桩,其入土深度为19.5m。钢板桩围堰封底混凝土厚度为2.5m,封底混凝土底标高为+5.5m,承台内垂直放入12根内径φ300mm的导管,采用C25水下缓凝混凝土灌注。2012年5月5日至10日武汉江汉六桥工程顺利完成了C25水下缓凝封底混凝土的浇筑,共浇筑2次,每次900余方。

从工程施工情况来看,混凝土流动性、保水性、黏聚性好,满足施工要求,坍落度几乎无损失,初凝时间30h左右,28d强度也能达到设计要求。未发现任何混凝土缺陷,大面积封底混凝土搭接质量良好,能够较好地做到滴水不漏,施工效果良好。

海工混凝土

一、定义

没有查到对海工混凝土的明确定义,从对《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范(JTJ275-2000)》的理解来看,可以认为对应该规范中的“高性能混凝土”。

另有一种说法,海工混凝土指海洋工程所用的混凝土,也称海洋混凝土。海洋工程包括海岸工程(如商港、渔港、军港、入海河口整治、挡潮闸、工业引水、跨海桥梁、海岸防护、潮汐发电站等)和离岸工程(也称近海工程,如大型深水码头和海洋平台等),凡是在海水影响下施工的构筑物(如临近河口的内河港、桥梁等)以及虽在岸上,但经常受到浪花溅击的结构所用混凝土,都属海工混凝土。

海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触,受到海水或海洋大气(含有氯离子)的物理化学作用,或受波浪、流水的冲击、磨损等作用,而遭受损害,缩短耐用年限,故海工混凝土除强度和拌合物的和易性应满足设计、施工要求外,尚应具有所需的抗渗性、抗冻性、抗蚀性、防止钢筋锈蚀和抵抗冰凌撞击的性能。

二、相关要求

对于保证海洋环境高性能混凝土耐久性的设计指标,关键还是强度和抗氯离子渗透性,因此,其设计也应明确这两个主要指标,建议不小于规范上述取值要求。

混凝土在海洋环境中使用,会遭受到多种天然因素的影响而缩短使用年限。对混凝土结构造成破坏的海洋作用主要有:冻融循环作用,钢筋锈蚀作用,碳化作用,碱-集料反应,酸碱腐蚀作用,冲击磨损的机械破坏作用等,而其中最主要的破坏原因是钢筋锈蚀和盐类侵蚀。经过对众多海洋工程的调查,发现引起钢筋锈蚀的离子中起主导作用的是氯离子。

海工高性能混凝土的技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合,配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料,形成低水胶比,低缺陷,高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土较高的抗氯离子渗透性为特征,其优异的耐久性和性能价格比已受到国际上研究和工程界的认同。

三、海工混凝土的应用

混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发,一是海水中氯离子侵蚀,二是大气中的二氧化碳使混凝土中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明,海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是氯离子进入混凝土中,并在钢筋表面集聚,促使钢筋产生电化学腐蚀。在东海大桥周边沿海码头调查中亦证实,海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于氯离子渗透速度,中等质量的混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此,影响海工结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的氯离子渗透速度。

几乎所有的跨海大桥工程均采用了海工高性能混凝土,举例如下:

1. 杭州湾大桥

杭州湾大桥规模宏伟为世界瞩目,质量要求高,设计基准期100年。

2. 东海大桥

东海大桥是连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉,对上海深水港的正常运转起到不可或缺的支撑保障作用,采用100年设计基准期。为保证东海大桥混凝土结构的耐久性,工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。

东海大桥混凝土结构的耐久性方案的设计遵循的基本方案是:首先,混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同时,依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件,采用必要的补充防腐措施,如内掺钢筋阻锈剂、混凝土外保护涂层等。在保证施工质量和原材料品质的前提下,混凝土结构的耐久性将可以达到设计要求。

清水混凝土

一、清水混凝土的定义

清水混凝土:直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土。

二、清水混凝土的分类

清水混凝土可分为普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土。

普通清水混凝土:表面颜色无明显色差,对饰面效果无特殊要求的清水混凝土。

饰面清水混凝土:表面颜色基本一致,由有规律排列的对拉螺栓孔眼、明缝、蝉缝、假眼等组合形成的、以自然质感为饰面效果的清水混凝土。

装饰清水混凝土:表面形成装饰图案、镶嵌装饰片或彩色的清水混凝土。

三、清水混凝土的发展历程

清水混凝土发展过程可概括为原始清水混凝土、清水混凝土、镜面清水混凝土和彩色清水混凝土四个阶段。

当前,原始清水混凝土已成为历史,清水混凝土和镜面清水混凝土工艺正在被广泛应用,而彩色清水混凝土正处于探索、研发阶段。在前三个阶段中每次模板革新都是导致清水混凝土技术革命的关键,而彩色清水混凝土技术研发的关键在于颜料、白水泥以及混凝土配合比设计等方面。

1、原始清水混凝土

原始清水混凝土技术最早应用于上20世纪90年代以前的桥梁、水利工程以及工业与民用建筑中,观感质量标准要求低,构筑物表面无明显蜂窝、麻面和露筋等质量缺陷即可,所用模板以小钢模和钢框竹胶模板为主,拆模后混凝土表面仍需抹灰,但抹灰层厚度有所降低。由于原始清水混凝土均匀质朴的“混凝土原色”仍需依靠建筑外表面的水泥色抹灰,故并非真正意义上的清水混凝土。

2、清水混凝土

该阶段清水混凝土建筑摆脱了抹灰层,直接以混凝土浇筑面来表现其独特的张力、清洁感、素材感,因此施工过程质量控制及混凝土局部缺陷修补显得格外重要,专业的清水混凝土劳务及修补公司应运而生。此类公司一般拥有一批素质较高的施工队伍,能够掌握一定的清水混凝土知识及较先进表面修补技术,在混凝土浇筑、振捣、及养护过程中使其不过振、不欠振,在混凝土浇筑后通过修补解决构件表面局部瑕疵及缺陷,从而使混凝土达到清水效果。2004年前后,清水混凝土技术日趋成熟,许多业主在招标文件和合同中明确要求达到清水混凝土效果,并提出了工程质量标准。

3、镜面清水混凝土

镜面清水混凝土作为清水混凝土发展的新技术,其如“镜面”般的光泽度和平整度,清新的整体艺术效果,更加适用于不做饰面的建筑。新型模板体系的变革是镜面清水混凝土出现的根本原因,目前比较成熟且应用较多的工艺有:优质的竹木胶合板粘贴PVC板技术、聚氨酯模板漆、芬兰WISA板、不锈钢模板、亚克力板等。

4、彩色清水混凝土

彩色清水混凝土是未来清水混凝土发展的趋势,即采用特殊的材料、模板、浇筑及养护工艺施工而成,达到特殊的整体建筑美学效果,外观图案造型包括镜面、木纹及条纹效果等,工艺特点与镜面混凝土相似,关键在于混凝土材料的选择,颜料应有色度、纯度、亮度和耐碱性等指标。由于目前我国彩色水泥技术并不成熟,结构的安全和耐久性无法保证,因此该技术不具备大范围地推广、应用的基础。

四、清水混凝土的控制要点

清水混凝土具有朴实无华、自然沉稳的外观韵味,与生俱来的厚重与清雅是一些现代建筑材料无法效仿和媲美的。个人理解,清水混凝土需从如下几个方面进行控制以达到预期效果:原材料即混凝土配合比;模板体系;施工工艺控制;混凝土修补工艺。

另外,《清水混凝土应用技术规程(JGJ 169-2009)》第9条明确要求“普通清水混凝土表面宜涂刷透明保护涂料;饰面清水混凝土表面应涂刷透明保护涂料。”应该主要是从防止清水混凝土受环境影响而劣化或玷污的角度考虑的。

五、清水混凝土在桥梁工程中的应用

目前清水混凝土在建筑工程应用已较普遍,也获得了较大的成功,而在桥梁工程中应用较少。

清水混凝土在桥梁工程中,可考虑应用于对景观要求较高的桥梁或构件,如斜拉桥和悬索桥的主塔、高速公路跨线桥的上部结构、城市立交桥的箱梁和桥墩等。

因清水混凝土特殊的施工工艺要求,其造价相对常规混凝土要高,但目前造价体系尚未有对应的标准,在设计过程中可与造价人员沟通,根据实际情况从模板单价的角度进行提高。

六、清水混凝土的工程案例

1、广州珠岛桥

珠岛桥位于广州市珠岛宾馆附近,连接省委大院、珠岛宾馆和二沙岛,共设两座连续上承式叠拱桥,分别为珠岛一桥和二沙二桥。

珠岛一桥采用7跨连续拱梁组合,桥跨组成为12+14+16+18+16+14+12m,全桥长102m,采用两车道断面,宽度为13m。

二沙二桥采用5跨连续拱梁组合,桥跨结构为15.2+20+26+20+15.2m,,全桥长96.4m,双向四车道,桥面宽18m。

本工程墩身和拱圈混凝土的设计强度等级为C40,都采用整体支架、大块定型钢模板现浇施工,高性能清水镜面混凝土施工工艺,在确保混凝土内在质量的同时提高了混凝土外观质量。

2、广州猎德大桥

猎德大桥身处广州新城市中轴线,修建于2003年12月,主体结构为独塔双索面空间自锚式悬索桥,跨径219米,在同类桥型中排名世界第二,全国第一。设计者依据“珠江之贝”的创意,将索塔设计成贝壳状三维曲面,造型独特优美,为彰显“珍珠”光彩夺目的效果,业主明确要求采用清水混凝土施工工艺,以其自然风格展现人与自然和谐共存的理念。该项目要求混凝土强度等级为C50。

由于索塔是三维曲面形体,模板加工难度大,为确保清水混凝土外观,施工方将其设计成大面积节段整体大钢模板,抛光处理后,内侧张贴透水模板布,使混凝土在保证没有气泡和麻面的前提下,色泽更好。合理安排整体模板的拼装方式,按施工起重能力分节分块,尽可能减少模板节段及接缝数量,模板间接缝高差、宽度差不大于2mm,模板接缝处理严密,内板缝用油膏批嵌,外侧采用硅胶封闭,防止漏浆。

3、广州新客站站房桥

广州新客站是集国铁、城铁、地铁、公交、出租等城市交通设施为一体的大型综合枢纽工程,英国泰瑞·法瑞设计公司将主体结构站房桥桥墩设计为V形刚性支撑、双向变截面花瓶形、方形变截面门式双柱,梁体设计为双向变截面鱼腹式连续箱梁,为体现建筑与人和自然的和谐与完美、简约与时尚,业主明确要求采用清水混凝土施工工艺,强度等级C30。整个站房是由南、北站房区及主站房区组成,其中南、北站房区的验收标准为普通清水混凝土,主站房区为饰面清水混凝土。

4、广州市轨道交通四号线大学城专线段

广州市轨道交通四号线大学城专线段是广州首个地铁高架桥工程,施工质量对后续南部高架起着重要示范作用,因此业主在招标过程中明确要求桥梁、墩柱及现浇梁外观均达到清水混凝土水准,不作任何装饰。墩台及箱梁的混凝土强度等级分别为C30和C50。

泡沫混凝土

一、定义

采用物理方法将发泡剂制备成泡沫,再将泡沫按一定的体积比混入到已搅拌均匀的由水泥浆料以及外加剂、掺和料组成的混合料浆中,浇筑凝固成型后含有大量均匀封闭气孔的轻质微孔混凝土。

泡沫混凝土的气泡独立、封闭,一般直径在0.05 mm~1.25 mm范围内。

二、分类

依据泡沫混凝土的干密度分类,可将泡沫混凝土分为十一个等级,分别用符号A03、A04、A05、A06、A07、A08、A09、A10、A12、A14、A16表示。

依据泡沫混凝土强度等级分类,可将泡沫混凝土分为十一个等级,分别用符号C0.3、C0.5、C1.0、C2.0、C3.0、C4.0、C5.0、C7.5、C10、C15、C20表示。

依据泡沫混凝土吸水率等级分类,可将泡沫混凝土分为八个等级,分别用符号W5、W10、W15、W20、W25、W30、W40、W50表示。

三、主要性能特点

1、轻质性

相对于普通混凝土而言,泡沫混凝土的密度比较小。

2、强度的可调节性

通过调整水泥的种类、掺量和气泡含有率,泡沫混凝土的强度可在0.3~20.0Mpa的范围内调节。

3、高流动性

泡沫混凝土具有良好的流动性,可通过管道泵送,实现垂直高度100米、水平距离500米的远距离输送。

4、固化后的自立性

泡沫混凝土由于使用水泥作为固化剂,通常在水泥初凝后就会开始固化自立,固化后对挡土结构物几乎没有推挤力,因而可进行垂直填筑,从而可以简化防护、桥台等的设计。

5、低弹减震性好

泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量,从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。

6、耐久性能好

泡沫混凝土属水泥类材料,具有与水泥砼材料同等的耐久性。

四、主要应用

(一)用于软基路堤的填筑

泡沫混凝土技术的开发及在公路建设中的成功应用为软基处理提供一种新的技术手段。其主要优点如下:

(1)可大幅度地降低填土荷载,减少软基的附加应力,抑制软基的沉降和侧移,提高路堤的稳定性。(2)可简化甚至取消软基处理,简化软基路堤中地下结构物的结构设计。(3)施工工期短。

(二)、用于桥台台背填土

在桥台与路基结合部之间填充的楔形泡沫混凝土体则可达到使桥台与路基结合部附近沉降曲线的梯度变化缓慢化、均匀化目的。其优点主要体现在以下方面:

①可大幅度地降低填土荷载,减少软基的附加应力,抑制软基的沉降和侧移,提高路堤的稳定性;②缓解桥台与路基结合部材料的刚性突变;③彻底消除填料自身的工后沉降;④填土自身能够自立,对桥台结构物几乎没有推挤任用;⑤施工工期短。

(三)、用于道路加宽

泡沫混凝土具有容重小,流动性好,固化后可以自立等特性。这种材料应用于道路加宽时,主要有以下一些优点:

①可垂直填土,节省用地、减少拆迁,节省投资。②在软基路段进行扩幅填土时,可大幅度地降低填土荷重,减少新老路堤的沉降差异。③施工时不需机械震捣和碾压。④通过配管泵送泡沫混凝土,作业面小,几乎不影响现有交通。⑤施工工期短。

(四)、桥梁减跨

当跨越道路的跨线桥较高时,常规工法为解决桥台台前锥坡放坡长度问题,桥跨数量和长度通常以两个台前锥坡坡脚净距为设计控制依据,其结果是桥梁总长往往远大于所跨道路要求宽度,本来1跨桥可解决的跨路问题需要2~3跨来解决,如采用薄壁式桥台,由于台后填土高,土压力大,桥台存在质量风险;为了抵抗土压力,势必大幅提高薄壁桥台桩基及台身造价。

采用现浇泡沫混凝土填筑桥台台背,可解决土压力和台前锥坡放坡问题,将桥台优化为简单的单排桩桩柱式桥台并减少因锥坡放坡而增加的桥跨,大幅降低工程造价。

(五)利用泡沫混凝土自流平特性,用于空洞及狭小空间充填,可避免常规填料充填不饱满的缺陷。采空区、岩溶区、建筑基坑、隧道垮塌形成的空洞及地下管线周边空隙,均可采用泡沫混凝土进行回填。

树脂混凝土

一、定义

树脂混凝土是以环氧树脂为胶结材料,以砂、石为骨料的混凝土。是聚合物混凝土中较常见的一种混凝土。由于完全不使用水泥,因此又称塑料混凝土。

二、主要性能特点

树脂混凝土的技术性能主要取决于树脂,主要技术性能如下:

1、粘附性好

与大多数材料粘附性好,是优秀的快速修补材料。

2、强度增长快

树脂混凝土的强度增长很快,特别是早期强度高,在正常条件下养护1d,其强度可达28d强度的50%以上,适合于快速抢修工程使用。

3、抗渗性能好

采用普通水泥混凝土的抗渗试验方法检测树脂混凝土的抗渗性能,开始水压为0.2MPa,以后每隔8h增加水压0.2MPa,升压到2MPa再保持8h,未发现渗漏现象。劈开抗渗试验后的试块检查,水的最大渗入深度不大于5mm。

4、抗冻融性能好

抗冻融试验温度为-15℃~20℃,共进行25次循环,试验前树脂混凝土的抗压强度为69MPa,冻融试验后的抗压强度为67MPa,说明抗冻融性能良好。

5、耐化学性能好

树脂混凝土的耐化学腐蚀性能远远优于一般材料,其耐化学腐蚀性能又因树脂品种而异。

三、主要应用

树脂混凝土具有优异的抗渗、抗冻、耐腐蚀性能,强度、抗冲击、耐磨性能也很好,可用于建筑物的地下、屋面防水层及预埋锚栓、修补混凝土裂缝等场合。树脂混凝土根据要求可配钢筋,也可不配钢筋使用。树脂混凝土目前价格较贵,故限制了其更广泛的应用。

1、成品树脂混凝土排水沟

树脂混凝土构件的表面较光滑,抗腐蚀性能强,不渗水,可用于制作成品排水沟。树脂混凝土排水沟目前在中国正逐渐被广大设计师和业主接受,开始应用在城市建筑、道路、隧道、港口码头、机场、高架桥及特大型桥梁等区域。

2、混凝土修补

3、伸缩缝槽口

论文《环氧树脂混凝土在公路桥梁伸缩缝中的应用》介绍了树脂混凝土在伸缩缝槽口中的应用,如下:公路桥梁伸缩缝的施工,过去大多采用高标号混凝土填充梁体与橡胶伸缩体之间的空隙。此施工方法的缺点是:车辆在行驶过程中通过伸缩缝时,从混凝土(刚性)直接到橡胶伸缩体(柔性),易产生“跳车”现象。

4、钢桥面铺装

论文《环氧树脂混凝土路用性能研究》,针对目前国内外研究的热点和难点问题:大跨径钢桥桥面铺装技术,长沙理工大学钢桥面铺装课题组提出了一种厚度仅为2cm的环氧树脂混凝土(ERC)的新型钢桥面铺装结构,并对这种结构及材料和施工工艺进行了大量研究。得出结论:ERC是一种强度高,路用性能好的材料,可作为桥面的铺装层或路面表面层;通过经济效益分析可知,用超薄层ERC作为钢桥面铺装材料其造价远低于环氧沥青混凝土,与SMA铺装方案造价相当,且路用性能要比沥青混凝土优越。

补偿收缩混凝土

一、定义

1、补偿收缩混凝土

由膨胀剂或膨胀水泥配制的自应力为0.2~1.0MPa的混凝土。

2、自应力

混凝土的膨胀被钢筋等约束体约束时导入混凝土的压应力。补偿收缩混凝土膨胀时,会对其约束体施加拉应力,根据作用力与反作用力原理,约束体会对其产生相应的压应力,由于此压应力是利用混凝土自身的化学能(膨胀能)张拉钢筋或其他约束体产生的,有别于外部施加的机械预应力,所以称为自应力。

3、限制膨胀率

混凝土的膨胀被钢筋等约束体限制时导入钢筋的应变值,用钢筋的单位长度伸长值表示。

普通混凝土在成型过程中会存在干缩、蠕变、温差效应等造成的收缩变形,在其内部产生拉应力,当这种拉应力大于混凝土极限拉应变时即出现裂缝。而补偿收缩混凝土在加入膨胀剂或膨胀水泥时,依靠膨胀剂本身的化学反应或与水泥等其他成分反应,在强度增长过程中产生体积膨胀,内部产生压应力和压应变,补偿各种收缩变形,改善混凝土的内部应力状态,有效地提高混凝土的抗裂性能。

二、分类

按膨胀能大小可以将膨胀混凝土分为补偿收缩混凝土和自应力混凝土两类。

自应力为0.2~1.0MPa时,由膨胀产生的自应力全部用于补偿混凝土的收缩,称为补偿收缩混凝土。相应的限制膨胀率约为0.015%~0.060%,故补偿收缩混凝土的最小限制膨胀率为0.015%,最大限制膨胀率为0.060%。

自应力大于1.0MPa时,由膨胀产生的自应力除用于补偿混凝土的收缩外,尚在混凝土内储备一定的压应力,称为自应力混凝土,也称化学预应力混凝土,限制膨胀率大于0.060%的混凝土可归为自应力混凝土。

三、膨胀剂

膨胀剂在我国的使用始于1980年,目前品种近10个,如UEA,AEA,CEA,EA-L,HEA,PNS,PPT,FS等。

四、设计的相关要求

《补偿收缩混凝土应用技术规程(JGJ/T178—2009J)》对于设计的相关要求如下:3.0.6、补偿收缩混凝土设计强度不宜低于C25;用于填充的补偿收缩混凝土设计强度不宜低于C30。4.0.1、设计使用补偿收缩混凝土时,应在设计图纸中明确注明不同结构部位的限制膨胀率指标要求。

五、补偿收缩混凝土的应用

1、限制膨胀率的要求

为了达到较高的限制膨胀率,只能增加膨胀剂的掺量,但是这增加了混凝土长龄期过分膨胀的风险,对结构安全性不利;同时使新拌混凝土的工作性变差,施工困难。所以过高的限制膨胀率对混凝土结构的安全性、耐久性、施工质量和成本都有负面影响。

实际上在合理的膨胀剂掺量范围内,标准条件养护的补偿收缩混凝土的限制膨胀率只能达到0.015%~0.025%。因此,桥梁上补偿收缩混凝土的限制膨胀率一般宜为0.02%,除经计算有特殊需要。

2、拼接桥梁

对于横向拼接桥梁,新桥建成后需采用刚接构造的情况下,新旧桥之间的后浇混凝土与新旧桥的龄期均有较大差异,其收缩受约束较大,一般需采用补偿收缩混凝土,以缓解裂缝的发生,并配置钢纤维+纤维素纤维等,控制收缩裂缝。

3、预制节段拼装桥梁湿接缝

对于预制拼装的桥梁结构,一般为方便施工并利于控制线形,在每一跨结构需设置1~2条宽度20cm左右的湿接缝,该湿接缝的龄期与预制节段有较大差异,其收缩受约束较大,一般需采用补偿收缩混凝土,以避免裂缝的发生。

国内建设的几座大规模应用预制节段拼装的桥梁,虎门二桥、芜湖二桥、嘉绍大桥、泉州湾大桥等,多要求湿接缝采用补偿收缩混凝土。如虎门二桥工程的预制节段拼装混凝土材料要求如下:“预制箱梁节段及现浇横隔梁材料采用C55混凝土,现浇湿接缝采用C55早强微胀混凝土。”

4、钢管混凝土拱桥

钢管混凝土是将混凝土填入薄壁钢管内而形成一种组合结构,是一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的结构形式,由于所承压力高、延伸好,其核心混凝土处于三向受力状态,钢管起到套箍作用,因此,核心混凝土的抗压强度和抗变形性能得到提高。

对于钢管混凝土拱桥,拱内混凝土的施工工艺采用“泵送顶升浇灌方法”,混凝土属免振捣自密实高性能混凝土,混凝土质量必须满足设计强度等级要求外,钢管拱中的混凝土还应该达到和易性好、不离析泌水、包裹性好、不引气,混凝土的初始坍落度大、坍落度经时损失小、初凝时间长、硬化后混凝土早强、不起壳、填充性、粘附性、体积稳定性良好等技术要求。因此,用膨胀剂配制补偿收缩混凝土,对于提高钢管拱内的混凝土的三向应力状态、体积稳定性、密实性和耐久性将发挥重要作用。

巫山长江大桥位于重庆市巫山县境内巫山入口处,是连接渝东与湖北的交通要道。该桥净跨460m,是目前世界上跨径最大的钢管混凝土中承式双肋拱桥,一次性完成浇灌任务。

施工单位进行泵送顶升混凝土施工,历时45天(因现备料原因,每根钢管混凝土施工要间隔5天)圆满完成8根钢管混凝土的施工任务,配制的C60补偿收缩混凝土达到了高性能免振捣自密实混凝土的技术要求。3d强度为48~52MPa,5d强度为65MPa,28d后强度达79MPa以上。施工时,混凝土和易性好,不粘稠,保水性好,不泌水,无板结,不引气,混凝土外加剂能适应施工环境气温要求,同时微膨胀混凝土还具有良好的力学性能,微膨胀性和耐久性能。满足了巫山长江大桥钢管混凝土施工中采用泵送顶升法浇筑混凝土的技术要求。

钢管混凝土施工过程中,由预埋的分布式光纤传感监测技术和系统(首创基于瑞利散射原理)实施对钢管内混凝土脱空-裂缝损伤等技术进行了过程监测,检测结果表明,钢管拱中混凝土施工质量等各项性能指标均达到该桥的设计技术要求。

喷射混凝土

一、定义

喷射混凝土:将胶凝材料、骨料等按一定比例拌制的混凝土拌合物送入喷射设备,借助压缩空气或其他动力输送,高速喷至受喷面所形成的一种混凝土。

喷射纤维混凝土:混凝土拌合物由胶凝材料、骨料、纤维等组成的喷射混凝土。

高强喷射混凝土:强度等级不低于C40的喷射混凝土。

《喷射混凝土应用技术规范(JGJ/T372-2016)》对于粗骨料的要求:粗骨料应选用连续级配的碎石或卵石,最大公称粒径不宜大于12mm;对于薄壳、形状复杂的结构及有特殊要求的工程,粗骨料的最大公称粒径不宜大于10mm;喷射钢纤维混凝土的粗骨料最大公称粒径不宜大于10mm。可见,喷射混凝土,是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。

二、施工方法

1、干拌法

干拌法是将水泥、砂、石在干燥状态下拌合均匀,用压缩空气将其和速凝剂送至喷嘴并与压力水混合后进行喷灌的方法。此法须由熟练人员操作,水灰比宜小,石子须用连续级配,粒径不得过大,水泥用量不宜太小,一般可获得28~34兆帕的混凝土强度和良好的粘着力。但因喷射速度大,粉尘污染及回弹情况较严重,使用上受一定限制。

2、湿拌法

湿拌法是将拌好的混凝土通过压浆泵送至喷嘴,再用压缩空气进行喷灌的方法。施工时宜用随拌随喷的办法,以减少稠度变化。此法的喷射速度较低,由于水灰比增大,混凝土的初期强度亦较低,但回弹情况有所改善,材料配合易于控制,工作效率较干拌法为高。

三、喷射混凝土的性能特点

1、抗压强度

喷射混凝土以高速喷射,使骨料和水泥受到连续的冲击而得到压实,因而有较高的强度。28d的抗压强度一般在30MPa以上。

2、抗拉强度

喷射混凝土的抗拉强度约为其抗压强度的1/23-1/16。

3、粘结强度

喷射混凝土的粘结强度是发挥作用的重要因素,是质量控制的关键之一。粘结强度取决于水泥浆体的强度和结合面的粗糙强度。

4、弹性模量

与普通混凝土相同,喷射混凝土的弹性模量是随龄期和抗压强度的增长而提高。

5、体积密度

湿法喷射混凝土的体积密度可取22-23kN/立方米。

四、钢纤维喷射混凝土

钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维,弥补喷射混凝土的脆性破坏缺陷,改善喷射混凝土的物理力学性能。

五、喷射混凝土的工程应用

从收集到的资料来看,喷射混凝土在桥梁工程中主要用于桥梁的加固,尤其是拱桥加固应用较多。主要原因估计是因为拱桥的弧形结构不利于模板的制作,而喷射混凝土无需模板,可以较好的解决这个问题。

“锚喷混凝土”实际上由两部分组成,首先是将锚杆锚入拟补强部位结构内,挂设补强钢筋网,然后再喷射一定厚度的混凝上,形成与原结构共同承受外载作用的组合结构。所以,锚喷混凝土是借助喷射机械,利用压缩空气将新混凝土混合料,通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,待其凝结硬化形成的一种钢筋混凝土。通过锚喷加固层与原结构紧密粘结在一起,既阻止了原结构继续变形和开裂,又充分发挥原结构的作用,共同承受外荷载。锚喷混凝土加固旧桥所形成的组合结构,既根治了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中的病害,又恢复了结构变形的协调性,使其能承受更大的外荷载。

1、空心板加固

武黄高速公路6座桥梁主梁为预制板,跨径分别为10m、13m、16m,预制板梁体间湿接缝联系较弱,且板底裂缝较多,从而使得桥跨结构刚度下降,承载力降低。针对预制拼装的桥梁横向刚度不好,部分横向联系失效,采用了梁底增设钢筋网,喷射混凝土(厚度为6cm)的方案加固以上几座桥梁,加强主梁板间的横向联系,改善荷载横向分布,以提高桥梁整体横向刚度,同时可提高梁板的承载能力。

2、双曲拱桥加固

文献《用锚喷混凝土方法加固双曲拱桥》介绍了一种喷射混凝土加固双曲拱桥的案例。桥全长148.18m,桥面净宽为(7.0+2×1.0)m,桥跨结构为(30.0+70.0+20.0)m钢筋混凝土双曲拱桥,主孔矢跨比1/7,采用空腹式拱上建筑;桥墩采用重力式墩,桥台采用重力式U形桥台。原设计荷载:汽—15级,挂—80,加固后设计荷载:汽—20级,挂—100。该桥主拱圈加固采用喷射混凝土,厚度为8cm。

3、其他拱桥加固案例

1)四川达州平滩大桥位于达州市达县平滩乡,大桥为净跨径50m的等截面悬链线双肋单波钢筋混凝土双曲拱桥。

2)珙县南广河桥主桥为一净跨径约95m的空腹式石砌板拱桥。

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3)宁乡县南门桥,为5孔连续双曲拱桥,单孔净跨33.24m,行车道宽6m。

4)G107线K1844+719桥,该桥始建于20世纪70年代,全桥长21.96m,跨径为10.43m。

纤维混凝土

一、纤维混凝土的定义

纤维混凝土(fiber reinforced concrete):掺加短钢纤维或短合成纤维的混凝土总称。

纤维混凝土,是纤维增强混凝土的简称,通常是指以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体,以非连续的短纤维或者连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料(可浇筑、喷射)。

纤维混凝土有效的改善了普通混凝土抗拉强度低的缺点,提高了其抗冲击性,抗裂性,抗爆延性,耐火性等性能,同时对混凝土抗渗、防水、抗冻、护筋、减重等方面也有很大的贡献。

二、纤维混凝土的开发历程

混凝土是由水泥、砂、石组成的非均质体,具有高的抗压强度,然而它本身也具有弱点—如抗拉强度小,韧性小,耐化学腐蚀性差,抗疲劳能力低,易产生裂纹,抗冲击性差等,限制了其在工程中的应用范围。长期以来,许多专家和学者不断探索改善混凝土性能的各种方法和途径,于是提出了一种以传统混凝土为基体的新型复合材料—纤维混凝土。

纤维在建筑工程中的应用,在人类的历史上可追溯到1000多年以前。最初是以天然纤维--某些纤维素纤维经过简单处理后直接使用。早在古代,人们已知道并开始使用天然纤维素纤维以增强某些无机材料;如在我国古代,人们将秸秆或杂草经切断掺入自然干燥的粘土砖中;埃及人用稻草或动物毛发来加强陶制物品;古罗马人则将剪短的马鬃掺于石膏、石灰或火山灰水泥中;古代庙宇中人们在修建所供奉的塑像时,也常常采用掺有植物纤维的黏土塑制而成。由此可见,先人们通过实际探索发现,将纤维加入无机胶结料中能够降低其脆性、并减少开裂。

现代纤维增强材料的概念大约起于上个世纪初,那时的技术人员尝试着使用石棉纤维加固水泥类脆性材料,效果不太理想且石棉后来在1971年左右被发现对人体有致癌的危害。直到上世纪六十年代起,Romualdi和他的同事发现了钢纤维的优点并发表了一些相关论文,这才将纤维混凝土这个概念摆到了工程师们的面前。

1、初探性阶段

1910年,美国H.F.Porter在有关以短纤维增强混凝土的研究报告中,建议把短纤维均匀分散在混凝土中用以强化基体材料。20世纪40年代,美、英、法、德等国先后公布了许多澳门赌博网用钢纤维混凝土方面的专利。日本在第二次世界大战期间,由于军事上的需要,也曾进行过有关钢纤维水泥混凝土方面的研究,但当时均尚未达到实用化的程度。

2、实用化研究阶段

1963年,J.P.Romualdi和H.Batson提出了钢纤维混凝土开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的结论(纤维间距理论),从而开始了这种新型复合材料的实用化开发研究阶段。70年代中期,美国开发出聚丙烯模裂纤维,这是一种直径2mm以上的束状纤维,在与混凝土拌合过程中可分裂成为若干细纤维束,且束内纤维展开成为相互牵连的网络。

3、广泛应用研究阶段

20世纪80年代初,美国若干公司通过表面处理技术开发出可均匀分布于混凝土中的直径23-62的聚丙烯、尼龙等单丝纤维,其纤维体积分数为0.05%-0.20%时有明显的抗裂与增韧效果。目前美国所用混凝土总量中合成纤维混凝土约占7%,而钢纤维混凝土只占3%左右。在美国,纤维混凝土还被大量用于地下防水工程、工业和民用建筑的屋面、墙体、地坪、道路以及桥梁工程建设中。

三、纤维的作用机理

1、纤维对基体的阻裂作用

阻裂作用指纤维对新拌混凝土早期收缩裂纹和硬化后的收缩裂纹产生和扩展的阻碍作用。均匀分布的纤维在混凝土中起到支撑骨架的作用,即阻止了粗细骨料的沉降。纤维的存在同时可以减少其表面析水防止表面失水快而发生收缩导致的裂缝。

2、纤维对基体的增强作用

增强作用主要为抗拉强度的提高,相应地以主拉应力为控制破坏的,如抗折强度,抗剪强度等也随之提高。均匀而任意分布的纤维对混凝土抗拉强度的增强机理,目前存在2种解释模型:1)英国Swamy提出的“复合材料理论”;2)美国Romualdi提出的“纤维间距理论”。

四、纤维的种类

纤维混凝土所用纤维按其材料性质可分为:

①金属纤维:如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。

②无机纤维:主要有天然矿物纤维(温石棉、青石棉、铁石棉等)和人造矿物纤维(抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维)。

③有机纤维:主要有合成纤维(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等)和植物纤维(西沙尔麻、龙舌兰等),合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。

纤维素纤维混凝土

一、纤维素纤维的性能

纤维素纤维是继化学合成纤维之后发展起来的新型混凝土耐久性专用纤维,工程界称为第三代混凝土专用纤维。

纤维素纤维是一种从特殊树种中提纯出来的具有天然的亲水性单细胞纤维,经一系列独特的化学处理和机械加工而成的,本身具有天然的亲水性和高强高模的特点,因其属植物细胞自然分裂生长非人工制作而成,使表面具有很强的握裹力。在后续加工中,采用了特殊的无极材料把纤维制成片状单体,方便于纤维的运输和投放。片状单体在水的浸泡和搅拌机摩擦力的作用下,极易分散为纤维单丝,从而起到抗裂效果,可有效提高混凝土的力学性能、抗冻融性及抗渗性。

纤维素纤维在水泥水化过程中,水化产物会生长在纤维表面上,使纤维很好的相容在水泥石中,纤维与混凝土的非常紧密的结合使它们之间的作用力足够大。

二、纤维素纤维混凝土的性能

纤维素纤维可以使水泥水化完全,促进混凝土强度增长,提高密实度,庞大的比表面积使更多水泥颗粒沿纤维发生水化反应,加之纤维卓越的亲水性和空腔结构,大量尚未参与水化反应的水泥颗粒沿纤维素纤维表面完全水化,对混凝土强度增长、提高混凝土密实度大有好处;并且改善混凝土的均质性,使孔隙分布均匀,有效降低空隙率,使水泥浆体和骨料结合更加紧密,从而大幅度提高了混凝土的抗冻性,抗氯离子渗透性,抗硫酸盐侵蚀等混凝土耐久性。

1. 对混凝土的阻裂作用

纤维素纤维本身具有优良的特性,如天然的亲水性,卓越的握裹力,巨大的纤维比表面积,及较高的韧性和强度等,加入混凝土中后,水的浸泡和外力作用下,形成大量均匀分布的细小纤维,纤维素纤维在混凝土中呈三维立体分布,可有效的降低微裂尖端的应力集中,可使混凝土或砂浆因干缩引起的拉应力消弱或消除,阻止微裂缝的发生和扩展。可有效阻止混凝土塑性收缩,干缩和温度变化而引起的裂缝,明显提高混凝土的力学性能。

2. 对混凝土抗渗性能的改善

纤维素纤维在混凝土中的均匀分布形成了承托体系,阻碍了表面析水和集料的沉降,降低了混凝土的泌水性,减少了混凝土的泌水通道,使混凝土中的孔隙率大大降低,故而使混凝土的抗渗性能有明显的提高。

3. 对混凝土抗冻融性的提高

由于混凝土中的纤维素纤维的存在可以有效的减少多次冻融循环而引起的混凝土内的抗拉应力集中,阻止了微裂缝的进一步扩展。另外,由于混凝土抗渗性的提高,当然也有利于改善其抗冻融性。

4. 对混凝土抗冲击性和韧性的提高

纤维素纤维长度短,直径小、抗拉强度大,从而混凝土单位体积内纤维根数众多使得纤维素纤维在混凝土中的桥联作用明显,有助于吸收混凝土构件受冲击时的功能,并且由于纤维的阻裂效应,在混凝土受冲击荷载作用时,纤维可以阻止内部裂缝的迅速扩展,能够有效提高混凝土的弯曲韧性和抗冲击性能。

5. 对混凝土耐久性的改善

纤维素纤维由于良好的阻裂效果,从而大大减少裂缝的发生和发展,内部孔隙率的降低,使得外部环境中的水分腐蚀性和化学介质,氯盐等的侵蚀、渗透减缓,由于裂缝的大量减少,对结构主筋锈蚀的通道减少,从而使混凝土的耐久性得到极大的改善和提高。

6. 对混凝土耐高温性的改善

在混凝土中,尤其是高强混凝土中掺加纤维素纤维,由于其含有大量均匀分布的纤维单丝呈现三维乱向分布,形成立体的网络结构,当在火焰炙烤的混凝土构件内部温度上升到165℃以上时,纤维熔化,形成内部连通的孔道以供强高压蒸气从混凝土内部逃逸,所以可有效的避免火灾环境下的爆裂。

7. 良好的施工性能

纤维素纤维的使用,无需改变混凝土配合比以及现场施工工艺,使用简单方便。纤维素纤维在混凝土中分散良好不成团;纤维混凝土的饰面性能优异,没有起毛结球现象。

三、纤维素纤维混凝土的工程应用

1. 上海松浦三桥工程

松浦三桥,又名松卫大桥,是上海市松江区和金山区的重要交通枢纽,也是目前黄浦江上游的第一座桥梁,被列为上海市重大工程。该项目主桥为四跨预应力变截面连续箱梁,跨径组合为80+140+140+80m。

桥梁桥墩采用高强度混凝土,水化热高、养护条件苛刻,同时对混凝土要求抗裂性能好,防渗等级高,耐候性好,使用寿命长等。本工程主桥桥墩和箱梁使用了纤维素纤维,对混凝土工作性能无影响,不影响施工,同时也大幅度地提高了混凝土抗裂、抗渗性能。

2. 杭州富阳市鹿山大桥

富阳鹿山大桥位于富阳市鹿山分区和春江分区之间,跨越富春江,是实现两区连接的重要的城市桥梁。从整体布局来看,0#块施工既是整桥控制工期的关键节点,也是施工中的重点和难点,具有钢筋密集,预埋件多,距离地面高度大,混凝土浇筑难度大,作业难度大等难点。

本项目主桥墩、主塔、0#块采用了纤维素纤维混凝土,显著提高了混凝土的抗裂性能,延缓裂缝出现时间,最大限度的减小裂缝宽度,裂缝减少率达到93.9%,混凝土和易性良好,未出现离析、泌水等现象。

聚丙烯纤维混凝土

一、聚丙烯纤维的性能

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。聚丙烯材料的优点是强度较高,比重比一般聚合物低,完全不吸水,为中性材料,与酸碱不起作用,而且经济性好,这些特点使它特别适用于掺加在混凝土中。

二、聚丙烯纤维在混凝土中的工艺原理

聚丙烯纤维混凝土是把一定量的聚丙烯纤维加入到普通混凝土的原材料中,在搅拌机的搅拌下,纤维受到水泥、澳门网上赌博的冲击混和,均匀分布在混凝土中。如果是用成束的纤维网也会被撕裂成大量单独的纤维,不会纠缠成团,均匀分布在混凝土中。作为次要的增强材料,掺入量一般为混凝土体积的0.05-0.1%。若以0.1%加入,则每立方混凝土中0.9kg,如果采用19mm长的纤维,则每立方米混凝土中约有700~2000万根独立纤维,故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系,从而产生一种有效的二级加强效果。当微裂缝在发展的过程中,必然碰到多条不同向的微纤维,由于遭到纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步发展。因此,聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展,极大地减少了混凝土收缩裂缝。

三、聚丙烯纤维混凝土的特性

根据国内外的试验研究和工程经验,与常规混凝土比较,聚丙烯纤维混凝土有以下几方面的特点。

1、物理性能

1)抗收缩性

抗收缩性是聚丙烯纤维应用于混凝土中最为主要的性能。对纤维减少收缩裂缝的机理初步认为,一是由于纤维的存在,纤维可以压挤毛细管,甚至将其阻塞,这样使混凝土表面失水面积有所减少,降低了水分在混凝土中的迁移性,减少了泌水现象,因而减少了体积变化;另一种认识是纤维的变形模量虽然较低,但却与混凝土在早期硬化阶段(24小时内)时的变形模量相当,因而可以有效地抑制变形。有资料表明,掺入体积掺率为1%左右的聚丙烯膜裂纤维,可使混凝土的收缩率降低约75%。

2)弹性模量、泊松比和膨胀系数

聚丙烯纤维混凝土/砂浆的弹性模量、泊松比和膨胀系数与同等级的普通混凝土/砂浆基本相同。

3)可施工性

国内外大量实践表明,聚丙烯纤维混凝土的施工与常规混凝土没有大的不同,一般的施工方法都适用于聚丙烯纤维混凝土。

2、力学性能

1)抗压及抗拉强度

聚丙烯纤维混凝土抗压及抗拉强度与普通混凝土接近。试验证明,加入聚丙烯纤维,并不能提高混凝土的静力强度。

2)抗冲击性

提高混凝土的抗冲击性能是纤维增强混凝土的共同特点。在一定范围内,随着纤维掺量增高,混凝土的抗冲击强度也提高。国外的试验表明,由于韧性改善,抗冲击能力可以提高2倍以上,抗磨损能力也可提高20~105%。

3)变形特性

聚丙烯纤维的加入,提高了混凝土的极限拉伸率。有试验资料证明,一定掺量的聚丙烯纤维混凝土的极限拉伸率比素混凝土提高0.5~2倍。

4)抗破碎性

普通混凝土在受压破坏后,往往成断碎状,而聚丙烯纤维混凝土在受压破坏后,仍能保持一定程度的整体性。

3、耐久性能

1)抗冻融性

混凝土的抗冻性,就是在饱水状态下多次冻融循环时保持混凝土强度的能力。改善混凝土抗冻性的一个途径就是增加其密实度,改变混凝土的孔结构,特别是尽可能地增加毛细孔的比例。而在混凝土中掺入聚丙烯纤维可以改善混凝上内部的孔结构,毛细孔百分含量增加,大孔百分含量减少,从而在一定程度上改善了混凝土的抗冻性能。

2)抗渗性

抗渗性是混凝土耐久性的关键问题,作为抗裂增强材料的聚丙烯纤维,它对混凝土抗渗性能的影响直接关系到工程的使用安全和耐久性。一般认为,在混凝土中掺聚丙烯纤维,可以有效地抑制混凝土早期开裂以及微裂纹的进一步扩展,减少混凝土的收缩裂纹,特别是有效抑制贯通裂纹的产生,降低混凝土的孔隙率,从而提高混凝土的密实度和防水性能。

3)耐气候老化性能

虽然聚丙烯在紫外线照射下将发生老化,但聚丙烯纤维混凝土在受到相当于若干年自然阳光的紫外线照射下,没有强度损失。试验证明,气候老化对聚丙烯纤维混凝土的作用很小,纤维受到老化影响仅在表面深度3、4mm的范围内。浅表层几毫米范围内聚丙烯纤维性能的下降,对整体混凝土的强度特性没有影响。

四、聚丙烯纤维混凝土在工程中的应用

西铜高速公路赵氏河特大桥

90+4×160+90m预应力混凝土连续刚构,单幅桥面总宽16.9m,单箱双室,中支点处梁高10m,梁端及跨中梁高3.5m。桥面铺装层为10cm沥青混凝土+8cmC40混凝土。在桥面铺装、主墩墩身和主梁0#块混凝土施工中分别采用了C40聚丙烯纤维混凝土和C50聚丙烯纤维混凝土,纤维掺量0.9kg/立方米,有效的抑制了裂纹的形成,增强了结构物的耐久性。

钢纤维混凝土

一、钢纤维混凝土的定义

钢纤维混凝土:掺加适量均匀分布钢纤维的混凝土。

钢纤维:用钢材经加工制成的短纤维。

钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体,以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。它是将短而细的,具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。

钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期,纤维与混凝土共同受力,此时混凝土是外力的主要承担者,随着外力的不断增加或者外力持续一定时间,当裂缝扩展到一定程度之后,混凝土退出工作,纤维成为外力的主要承担者,横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。

二、钢纤维混凝土在工程中的应用

1、桥面铺装

东莞市石龙镇南岸二桥旧桥加固工程,原有桥面铺装层拆除后,新建桥面铺装采用钢纤维混凝土,配双层钢筋网。

2、预制桩

取消铸铁桩靴、桩顶钢板,采用钢纤维混凝土代替,具体方案如下:钢纤维混凝土配置范围,桩顶1.2~1.4b,桩尖1.6~1.8b,箍筋间距100mm;桩尖网片、螺旋箍取消,桩顶网片可设1~3片;可节省桩顶桩尖钢材70%~80%;贯入度提高40%左右,减少锤击次数20%~30%。

3、加宽桥

在桥梁拼装施工中,因拼接段与新桥、旧桥均有较大的龄期差,极易因不利的受力条件、收缩等产生横向裂缝,因此,拼接段除采用强配筋外,尚需添加钢纤维、补偿收缩剂等措施,改善裂缝分布。

4、伸缩缝

伸缩缝处需长期承受较多的冲击荷载,因此一般在槽口采用钢纤维混凝土,具体要求如下:“伸缩装置预留槽采用C50钢纤维混凝土浇筑,与路面抹平,预留槽区域应高于伸缩装置顶面3mm左右,任何情况下均不低于伸缩装置顶面。钢纤维抗拉强度≥600MPa,长度为25~35mm。”

5、东莞市石龙镇南岸二桥新桥

南岸二桥位于东莞市石龙、石排和茶山的交界处,是连接东莞和博罗的一座公路桥梁。新桥采用52+80+82+60m连续箱梁,通航孔与旧桥对应设置。因本桥为加宽桥,受桥上纵断面和桥下通航净空的双重限制,梁高取值极其受限,而从养护角度考虑,业主要求采用水泥混凝土桥面铺装。由于水泥混凝土铺装的非线性温度局部应力较大,经综合考虑,新桥箱梁顶板采用C60钢纤维混凝土,以改善其局部受力性能。

6、长沙市圭塘河大桥

圭塘河大桥位于长沙市,主桥桥面总宽度为32.4米,跨径为78米,上部结构采用78米跨径的C50预应力钢筋混凝土下承式拱桥。

7、中央电视台新台址工程

中央电视台新台址工程,是北京市重点工程之一,也是北京市重要的标志性建筑之一,其主楼为两座斜塔楼,两座斜塔楼顶部采用14层高的悬臂结构进行连接。这种设计结构对混凝土施工过程控制和混凝土性能(尤其是变形性能)等提出了较高的要求。该工程部分型钢柱混凝土为C60,泵送高度超过200米,而且这部分型钢柱在受力时,属于偏心受压(部分柱子受拉),因此要求型钢柱在整个施工过程中和建成后因受力发生一定挠度变形的同时(倾斜度约6度),所出现的裂缝在控制范围之内(裂缝宽度小于1mm,深度小于50mm)。为此,必须在混凝土中掺加钢纤维以增加混凝土的韧性。由于型钢混凝土柱设计受力复杂,钢筋密集(最小净间距为70mm),对掺入的钢纤维要求较高,并且由于施工、振捣困难等原因,必须使用自密实混凝土,即C60钢纤维自密实混凝土。

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中国澳门网上赌博协会

2018年12月19日