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1、桥隧工程多元胶凝材料高性能混凝土施工工法1、前言针对桥梁工程所处环境日益复杂恶劣，各种侵蚀介质对高性能混凝土的腐蚀作用越来越严重，混凝土构件的稳定性和耐久性逐渐衰减和劣化的情况下，中交二公局第三工程有限公司在总结桥梁用混凝土构件在使用过程中出现的主要病害及对病害进行成因分析的基础上，对多元胶凝材料高性能混凝土的材料组成设计及性能进行了系统性研究。多元胶凝材料高性能混凝土是一种水胶比低、矿物掺合料多元化的高性能混凝土,其不但具有高于普通混凝土的工作性能、力学性能和耐久性，还可以大量利用石灰石粉、粉煤灰、矿渣等工业副产品，有利于资源的综合利用，已成为当今世界混凝土材料发展的方向。由于高性能混凝土以
2、耐久性作为首要考虑目标，所以矿物掺合料的选取至关重要。通过分析探讨矿物掺合料的研究现状，利用工程周边地域性材料进行复合掺合料的生产以及相应的多元胶凝材料高性能混凝土的制备与施工技术的相关研究与应用，选择石灰石粉、粉煤灰和矿渣粉的复合掺合料作为高性能混凝土的原材料，多组分协同作用下能够显著提高混凝土质量，从而减少水泥的使用，产生显著的技术价值与经济效益，且在当前双碳政策背景下，其社会与环境效益同样非常显著。中交二公局第三工程有限公司经过工程实践，总结提炼形成工法，为同类工程提供借鉴和参考。2、工法特点2.1 本工法就地取材，高效利用周边品位相对较低的粉煤灰、矿渣粉和当地石灰石资源，所生产的多元胶
3、凝材料性能优于II级粉煤灰或S95矿渣粉，需水量比和活性指数等性能高于单独使用II级粉煤灰或S95矿渣粉，在同等工作性能下，可降低减水剂用量。2.2 本工法混凝土所用多元胶凝材料掺量较高，C40及以下强度等级混凝土掺加35%,高于单独使用II级粉煤灰的掺量，高效替代水泥，显著降低混凝土单方材料成本。2.3 本工法所得多元胶凝材料配制的高性能混凝土的流动性能、抗压强度、劈裂抗拉强度和抗压弹性模量均优于单掺II级粉煤灰或单掺S95矿渣粉配制的混凝土，显著提高工程质量。2.4 本工法将砂石加工产生的石屑与石粉抽出并经粉磨加工作为掺合料组分使用，能够有效避免机制砂中石粉含量与品质波动对混凝土质量的影响
4、。2.5 本工法独立进行石灰石粉的粉磨加工以及与粉煤灰、矿渣粉按照特定比例混合，从而生产制备多元胶凝材料，更便于进行掺合料的质量控制。而在混凝士制备流程中，多元胶凝材料可直接入拌合站立罐，拌合站无需增加其他设施。3、适用范围本工法利用工程周边地域性材料石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉，生产多元胶凝材料配制高性能混凝土,适用于公路工程的桥涵、隧道以及路面等混凝土结构生产和施工。不同地区需根据当地原材料调研、试验情况决定是否可以适用。4、工艺原理本工法通过将砂石加工产生的石屑与石粉抽出并经粉磨加工作为掺合料组分使用，并与粉煤灰、矿渣粉按照特定比例混合制备多元胶凝材料，充分发挥石灰石粉的减水效应与晶核效应，
5、以及多组分间的水化协同效应，带来混凝土流动性能与早期强度的提高，能够有效改善单一使用粉煤灰或者矿渣粉时混凝土拌合物状态不良以及早期强度降低等问题。同时，本工法针对性地进行多元胶凝材料的生产工艺控制、混凝土配合比设计以及施工措施的调整，保障多元胶凝材料的技术性能的充分发挥。5、施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程本工法的施工工艺包括多元胶凝材料的生产、混凝土的配合比设计及混凝土施工三部分，多元胶凝材料组成为石灰石粉：粉煤灰：矿渣粉二3：2：1,施工工艺流程详见图5.L1、图5.1.2图5.1.1多元胶凝材料生产工艺流程图图5.L2多元胶凝材料混凝土施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1多元胶
6、凝材料生产(1)所选用石灰石或石屑、石粉含泥量0.5%,粉磨加工所得到的石灰石粉比表面积350m2kg,流动度比大于105%,相关技术指标满足石灰石粉混凝土(GB/T30190-2013)的要求。(2)用于生产多元胶凝材料的粉煤灰的需水量比VlO0%,相关技术指标满足用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB/T1596-2017)的要求。(3)用于生产多元胶凝材料的矿渣粉的28d活性指数95%,相关技术指标满足用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉(GBTI8046-2008)的要求。(4)多元胶凝材料的流动度比100%,7d活性指数70%,28cl活性指数75%o(5)应定期检验计量设备，确保计量准确。
7、(6)生产人员应注意观察粉磨设备运行状态，发现异常应及时联系中控室采取措施排除。(7)生产人员配置2人，且应严格遵守粉磨设备操作要点、操作职责。5. 2.2多元胶凝材料混凝土配合比设计原则(1)掺加多元胶凝材料的高性能混凝土配合比设计，应根据设计要求的强度等级、强度标准值的保证率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用实际工程使用的原材料，应符合公路桥涵施工技术规范(JTGTF50)中6.14的规定。(2)混凝土的配合比确定后，在工程中使用时仍应通过开盘鉴定和试浇筑予以验证。(3)多元胶凝材料中矿物掺合料的掺量，应根据掺合料本身的技术性能，结合混凝土其他参数、工程性质、所处环境等因素，宜按下列原则选
8、择确定：1)混凝土的水胶比较小、浇筑温度与气温较高、混凝土强度验收龄期较长时，复合掺合料宜采用较大掺量；2)对混凝土构件最小截面尺寸较大的大体积混凝土、水下工程混凝土以及有抗腐蚀要求的混凝土等，根据需要适当增加复合掺合料的掺量；3)对于最小截面尺寸小于150mm的构件混凝土,宜采用较小坍落度，矿物掺合料宜采用较小掺量；4)对早期强度要求较高或环境温度较低条件下施工的混凝土，复合掺合料宜采用较小掺量。6. 2.3多元胶凝材料混凝土施工(1)混凝土试配完成后，应进行结构物试浇筑或首件结构浇筑，以明确施工工芳的可行性技术方案的可靠性C(2)混凝土、拌和完成、运输到场后，应检验入模坍落度、坍落扩展度等
9、技术指标是否满足浇筑工艺要求。(3)在施工人员完成技术交底与培训、原材料进场验收合格、机械设备完成安装调试、施工组织设计批复后，方可大面积施工。6、材料与设备7. 6.1材料8. 1.1多元胶凝材料的流动度比100%,7d活性指数70%,28d活性指数75%o6. 1.2细骨料应选用满足现行国家标准建设用砂GB/T14684的天然砂或机制砂。6.1. 3粗骨料应质地坚硬、级配良好、粒形圆润、吸水率低、针片状含量小，相关技术指标应符合国家现行标准建设用卵石、碎石GB/T14685和行业标准规定。6.L4水泥应符合现行国家标准通用硅酸盐水泥(GBl75)规定，宜先考虑碱量应不大于0.6%,C3含量
10、不宜超过8%,比表面积不大于380m2kg,强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。6.1.5减水剂应满足现行国家标准混凝土外加剂GB8076要求，且根据具体工程技术要求选定。6.1.6外加剂质量应符合现行国家标准混凝土外加剂GB8076、混凝土外加剂应用技术规范GB50119的要求。6.2设备主要机具设备见表6.2所示。1.1 2主要设备一览表序号设备名称技术标准数量用途1铲车一1辆生产复合掺合料2输送皮带机1套3计量设备一1套4雷蒙磨一1套5选粉机一1套6板锥斗式提升机一1套7除尘管路一1套8混凝土试验检测设备一一1套硅性能检测9混凝土拌合楼一1套混凝土拌合10负压晒析仪1套1
11、1胶砂搅拌机一1套12胶砂试模一4个13振实台1套14抗折强度试验机一1台15抗压强度试验机一1台16抗压强度试验机用夹具一1套7、质量控制1.2 混凝土生产质量控制（1）所有原材料进场前，应核对出厂检验报告等质量证明文件以及货物运输单据，原材料质量经抽检合格后方可入库。（2）同一配比细骨料的细度模数变化范围不宜超过0.2,否则应调整砂率。（3）细骨料和粗骨料的含水率应实时检测，根据变化情况调整单方混凝土用水量。（4）多元胶凝材料混凝土拌和时，应定期校准计量系统，并采用动态计量法每月复核计量精度。（5）多元胶凝材料混凝土生产应按施工配合比、拌和时间等参数进行，如有不能满足施工需要，应及时通知试
12、验室调整，不得擅自调整配合比组成材料用量。（6）多元胶凝材料混凝土出机拌和物应拌和均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。（7）每工作班应检测出机与入模坍落度、扩展度、泌水率等拌和物性能指标，如拌和物性能指标不满足设计要求或施工需要，试验人员应及时进行技术调整，使之符合浇筑要求。1.3 混凝土施工质量控制（1）进行坍落度、水胶比较大的多元胶凝材料混凝土拌和物振捣时，应采取合理方式，控制其振捣时间，防止浆体上浮。（2）混凝土入模后，应及时振捣密实，振捣宜采用插入式振捣器垂直点振，也可采用插入式振捣器和附着式振捣器联合振捣；当多元胶凝材料混凝土较粘稠时，应加密振点分布。（3）多元胶凝材料混凝土在高温
13、或多风环境中浇筑时，应减少暴露的工作面，浇筑完成后应立即覆盖。（4）大体积多元胶凝材料混凝土浇筑应在一天中气温较低时进行。混凝土入模前的钢板与钢筋温度以及附件的局部气温均不应超过40,混凝土的入模温度不宜高于28,冬天浇筑混凝土的入模温度应不低于IOoCo8、安全措施8.1 本工法在应用生产过程中应严格遵守国家及当地相关安全法律、法规。8.2 生产现场应按照相关规定，对特殊部位、危险岗位、区域设置明显的安全警示牌和警戒线。8.3 所有设备在运行前，应进行安全检查，确保安全生产。所有作业人员必须进行岗前培训，经考核合格后方可上岗。8.4 设专人对机械设备和用电线路、各种车辆定期检查、维修和保养，
14、对查出的隐患要及时进行处理，并制定防范措施，防止发生机械伤害事故。8.5 建立完善的安全施工保障体系，明确人员、制度、权责，确保安全生产标准化、规范化。9、环保措施9.1 多元复合矿物掺合料生产场地选址建设应尽量远离人口密集区域，减少噪声污染。9.2 多元复合矿物掺合料生产工厂应采取封闭措施，减少环境污染。9.3 多元复合矿物掺合料及其混凝土生产、施工前，应加强环保专项教育，增强人员环保意识。9.4 多元复合矿物掺合料生产必须加强除尘设备建设，减少环境污染。9.5 拌合站生产时，应设置泥浆回收沉淀池，防止水土污染。10、效益分析10.1 社会效益交通工程基础建设发展迅猛，混凝土用量巨大，进而对配制混凝土的矿物掺合料需求较大。而粉煤灰资源缺乏、矿粉活性不高，分布也不均匀，长距离运输经济成本高，能源浪费明显。本工法采用地域性原材料生产多元胶凝材料大量用于配制混凝土,有效减少水泥的使用，在当前双碳政策背景下，社会与环境效益非常显著。10.2 经济效益随着我国工程建设的高速发展，水泥价格已大幅上涨，本工法采用石灰石粉等地域性材料生产多元复合矿物掺合料，进行多元胶凝材料高性能混凝土的制备与施工，相比单掺粉煤灰或矿渣粉，能够额外替代水泥用量1520乐直接经济效益为单方混凝土节约成本约为15元。并且通过改善混凝土工作性能与质量波动问题，有效规避后期维护修补所产生的间接费用。
