钢筋密集区域自流式混凝土施工工法(省级工法).doc
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1、省级工法申报资料(2012年度) 工法名称: 钢筋密集区域自流式混凝土施工工法 申报单位: 河南省第一公路工程有限公司 推荐地区: 河南省交通运输厅 申报时间: 2012年08月 申报资料目录一、省级工法申报表1二、工法内容材料10三、企业级工法批准文件36四、关键技术审定材料38五、工程应用证明40六、经济效益证明44七、科技成果奖励证明50八、科技查新报告52九、反映应用工法施工的工程照片64一、省级工法申报表 省 级 工 法 申 报 表( 2012 年度 ) 工法名称 钢筋密集区域自流式混凝土施工工法 类 别 土木工程 专业分类 公 路 申报单位 河南省第一公路工程有限公司 推荐单位 河
2、南省交通运输厅 河南省住房和城乡建设厅工法名称钢筋密集区域自流式混凝土施工工法类别 房屋建筑工程 土木工程 工业安装工程专业分类公 路主要完成单位1、河南省第一公路工程有限公司通讯地址邮编联系人电话办:手机:2、通讯地址邮编联系人电 话办:手机:主要完成人姓 名工作单位职 务电话工法应用工程情况工程名称1、京港澳高速公路安阳至新乡段改扩建项目,开竣工时间2011年11月建成通车。工程所在地区地跨河南安阳、鹤壁、新乡三地市,工程名称2、京港澳高速公路郑州至漯河段改扩建项目,开竣工时间于2011年11月建成通车。工程所在地区地跨河南郑州、许昌、漯河三地市,工程名称3、连霍国道主干线郑州至洛阳高速公
3、路改扩建开竣工时间于2011年2月完工。工程所在地区地跨河南郑州、洛阳两地市工法关键技术名称、 组织审定的单位和时间 工法关键技术获科技成果奖励的情况工法形成企业技术标准情况该工法已于2012年03月河南省第一公路工程有限公司组织评审为企业级工法原工法名称、完成单位、省级工法批准文号及工法编号(重新申报项目填写此栏)工法内容简述: 随着混凝土技术的发展,配制耐久性混凝土很重要的技术途径是掺加矿物掺和料,从而能降低水泥用量,降低水化热和混凝土含碱量,提高水泥石的密实性和混凝土的体积稳定性,提高耐久性和工作性能。我们围绕这样一个目的,进行大量的试验,通过各种不同掺量在混凝土中对比试验,从而确定了矿
4、粉在混凝土中有着不可替代的作用,矿粉胶凝系数高、强度发展比粉煤灰快,它不仅能保证混凝土的强度,而且还能使混凝土的耐久性有很大提高,同时引进掺用聚羧酸盐高性能减水剂,在水胶比不变的情况下达到泵送混凝土的坍落度标准,经反复试配试验得出扩展度均在550mm以上,大大减轻了在密集钢筋结构物中的施工难度。进一步提高了应用技术水平。关键技术及保密点(如有专利权,请注名专利号):本施工工法关键技术(一) 可使配合比设计出低水胶比、低水泥用量、大流动度的混凝土,从而达到使混凝土的耐久性达到较高水平,使混凝土强度满足设计要求并保持稳定,使混凝土的温缩达到合理的水平,避免混凝土早期即由于水泥用量大而带来的放热量大
5、的问题,从而避免混凝土早期裂缝的出现,进而避免高强混凝土通常使用时间不长即出现的劣化现象。本施工工法关键技术(二) 自流式混凝土的流动性高,塌落度大,扩展性好,可有效使用在钢筋密集,工作场所狭小的施工场所,给施工带来了很大的方便,有效的降低了施工难度。对公路桥梁混凝土结构物施工的工期、质量、安全、外观起到了保证作用。技术水平和技术难度(与国内外同类技术水平比较):采用的水泥亦比普通混凝土用的低一级标号,如一般C50混凝土采用P.O52.5的水泥,而使用本工法可采用P.O42.5;掺加的矿粉对氯离子具有固化吸附作用,这种吸附能减弱氯离子向混凝土内部的渗透,从而提高混凝土的耐久性。掺用聚羧酸盐高性
6、能减水剂,在水胶比不变的情况下达到泵送混凝土的坍落度标准,经反复试配试验得出扩展度均在550mm以上,大大减轻了在密集钢筋结构物中的施工难度。进一步提高了应用技术水平。工法成熟、可靠性说明(当该工法应用工程少于3项时填写):工法应用情况及应用前景:本配合比采用“双掺”,即掺入粉煤灰和矿粉。掺入粉煤灰和矿粉后进而降低电厂、钢铁厂的废物处理排放。本配合比混凝土高强度,易浇注、易密实成型而不离析,长期力学性能与体积稳定性好,高强、高韧性,在严酷环境中使用寿命长等等,在2010年度河南省交通运输厅对全省高速公路工程检查过程中,各位专家对采用高性能混凝土施工的预制、现浇箱梁的高度评价,一致肯定,省交通运
7、输厅领导在检查现场及技术交流会中,多次提出本工法施工的高性能混凝土“设计独特、颇具创新、强度高、耐久性好且易于施工,值得推广”。生产高性能混凝土不仅可以减污染、节省水泥,还可以减少再生资源浪费与能源消耗,这对于维持生态平衡及促进国民经济可持续发展都具有深远的意义。经济效益和社会效益(包括节能和环保效益):由于掺入了优质价廉的掺合料,使得水泥的标号和掺量都明显下降,降低了成本。单方C50混凝土成本比传统采用P.O52.5水泥的配合比成本下降67元。按每方下降67元成本、本项目10万方混凝土直接经济效益达到670万元,由于掺加矿粉、粉煤灰明显改善了混凝土的工作性,大流动性混凝土坍落度在200mm以
8、上,显著降低了施工难度。节约工人施工时间及用电量,按每台1.5KW时,共4台振动棒,每片30米箱梁振动时间为3小时。节约18KW用电量,同时节约每人每天人工费30元,每片箱梁6个人节约180元;间接经济效益达到10万元。主要完成单位意见:第一完成单位 公 章 第二完成单位 公 章年 月 日 年 月 日推荐单位意见:(如工法应用工程实例少于3项,对该工法关键技术可靠、成熟性补充意见如下:) (公 章) 年 月 日二、工法内容材料钢筋密集区域自流式混凝土施工工法1.前言近年来,随着公路建设行业的全面发展,竞争日益激烈。要想在这一市场中占得一席之地,必须发展路桥新技术、新工艺,积极进行探索和创新。过
9、去我们过度重视混凝土的强度,而忽视了耐久性。一些混凝土结构出现早期破坏,需要大量资金维修,而现在对混凝土的耐久性问题国家已越来越重视。随着混凝土技术的发展,配制耐久性混凝土很重要的技术途径是掺加矿物掺和料,从而能降低水泥用量,降低水化热和混凝土含碱量,提高水泥石的密实性和混凝土的体积稳定性,提高耐久性和工作性能。我们围绕这样一个目的,进行大量的试验,通过各种不同掺量在混凝土中对比试验,从而确定了矿粉在混凝土中有着不可替代的作用,矿粉胶凝系数高、强度发展比粉煤灰快,它不仅能保证混凝土的强度,而且还能使混凝土的耐久性有很大提高,同时引进掺用聚羧酸盐高性能减水剂,在水胶比不变的情况下达到泵送混凝土的
10、坍落度标准,经反复试配试验得出扩展度均在550mm以上,大大减轻了在密集钢筋结构物中的施工难度。进一步提高了应用技术水平。为响应国家节能减排政策及弥补大跨度密集钢筋结构物中普通混凝土的施工困难,解决振动棒下不去及边角拐弯处混凝土出现空洞的问题。河南省第一公路工程有限公司通过积极摸索、反复试配,根据施工要求,总结出低水泥用量、低水泥标号、自流性好、抗渗等级高、耐久性能强及成品颜色均匀的施工工法。2.工法特点本施工工法可使配合比设计出低水胶比、低水泥用量、大流动度的混凝土,从而达到使混凝土的耐久性达到较高水平,使混凝土强度满足设计要求并保持稳定,使混凝土的温缩达到合理的水平,避免混凝土早期即由于混
11、凝土用量大而带来的放热量大的问题,从而避免混凝土早期裂缝的出现,进而避免高强混凝土通常使用时间不长即出现的劣化现象。2.0.1 降低水胶比的措施:通过单位用水量的降低可以有效提高混凝土前期强度。2.0.2 降低水泥用量的措施:由于水泥用量相比通常用量降低30%左右,可有效减少生产水泥所带来的各种能耗的使用并减少对环境的污染,而对矿粉的利用,将最大限度的使用了工业废渣,可以明显的降低对环境的破坏,这些措施均对节能降耗起了很大的作用。2.0.3 提高流动度的措施:采用最大粒径均小于19.0mm的碎石、优化了聚羧酸盐减水剂的掺配比例及矿粉的用量,使本混凝土具有高流动性;保证混凝土能自流密实成型。具有
12、高粘聚性保证混凝土流动及停放过程中不发生离析现象。由于该创新工法的混凝土的流动性高,塌落度大,扩展性好,可有效使用在钢筋密集,工作场所狭小的施工场所,给施工带来了很大的方便,有效的降低了施工难度。对公路桥梁混凝土结构物施工的工期、质量、安全、外观起到了保证作用。3.适用范围各种现浇、预制箱梁及其它大体积钢筋密集的混凝土结构物。4.工艺原理通过掺加矿粉、粉煤灰、减水剂。使混凝土的组成成分发生了很大改进,进而是混凝土的各种性能与普通组成的混凝土相比有了很大的提高。4.1 矿粉的作用4.1.1 改善胶凝材料物理级配,4.1.2 对Cl-的物理吸附作用:氯离子通过渗透、扩散等到达混凝土中钢筋的表面,
13、当自由氯离子聚集到一定浓度,就会破坏钢筋表层钝化膜,导致钢筋锈蚀;掺加的矿粉对氯离子具有固化吸附作用,较高的铝酸三钙等矿物成分能够捕捉混凝土表面的氯离子,掺加矿粉的混凝土在水化时能产生较多的C-S-H凝胶,Cl-离子与C-S-H 表面之间存在较强的吸附作用,提高混凝土中C-S-H 凝胶的数量就可以增加对Cl-离子的吸附量,这种吸附能减弱氯离子向混凝土内部的渗透,从而提高混凝土的耐久性。 4.1.3 改善混凝土界面结构,4.1.4 减少水泥初期水化物的相互连接。4.1.5 减少了水化放热:4.1.5.1、通过减少水泥用量 使用矿粉代替减少的水泥用量 ;4.2 粉煤灰的作用4.2.1 掺加适量的粉
14、煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性,使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型,并可减少坍落度的经时损失。4.2.2 掺加粉煤灰后可减少水泥用量,且粉煤灰水化放热量很少,从而减少了水化放热量,因此施工时混凝土的温升降低,可明显减少温度裂缝,这对大体积混凝土工程特别有利。4.2.3 同时由于配置时采用了较低水灰比,较低的水泥用量,混凝土的耐久性能能大幅提高,能够有效解决当前结构混凝土在使用后期劣化的弱点。4.3 聚羧酸盐高性能减水剂的作用4.3.1.1 聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用,主要由于羧基充当了缓凝成分,r-coo与ca2+离子作用形成络合物,降低溶液中的ca2+离子浓度,
15、延缓ca(oh)2形成结晶,减少c-h-s凝胶的形成,聚羧酸分子链的空间阻碍作用(即立体排斥)。聚羧酸类物质份子吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”,在凝胶材料的表面形成吸附层,聚合物分子吸附层相互接近交叉时,聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用,防止水泥颗粒的凝聚,延缓了水泥水化。可以使水化热的释放平缓 达到使水化热削峰降低出现得目的;这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。4.3.1.2 由于表面活性剂的定向吸附,使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷,于是在同性相斥的作用下,不但能使水泥水体系处于相对稳定的悬浮状态,而且,能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体,从而将絮凝结
16、构内的水释放出来,达到减水的目的。减水剂加入后,不仅可以改善新拌混凝土的和易性(又称工作性,主要是指新鲜混凝土在施工中,即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能),而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降,使水泥石内部孔隙体积明显减少,水泥石更为致密,混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入,还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。 4.4. 混凝土耐久性评价4.4.1 抗碳化试验 试验采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GBT50082-2009快速碳化法,使用标准碳化箱,100mm100mm100mm规格的混凝土试块在标准的养护
17、26 d完毕后,60干燥48 h,移入二氧化碳浓度为(203)%,温度(205),湿度(705)%的碳化箱中碳化,经28 d碳化后再取出试件测定其碳化深度。一般来说,混凝土结构物中钢筋的保护层厚度为2025mm,也就是说,实际工程中允许混凝土有一定的碳化,当然碳化深度不允许超过保护层厚度。采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GBT50082-2009快速碳化法测定的28 d碳化深度,大致相当于自然环境中50年的碳化深度。在低水胶比下,混凝土的碳化可以控制,掺和料掺量为025%时,经过28 d碳化试验,混凝土不碳化;经过56 d碳化试验,掺和料掺量020%时,混凝土不碳化;掺和料掺量20
18、%25%时,混凝土碳化深度不大于4 mm。4.4.2 冻融性能试验 本试验采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GBT50082-2009快速冻融法。采用100mm100mm400mm的棱柱体试件,试件标养28 d后,在温度1520的水中浸泡4 d,浸泡时水面至少高出试件200 mm。测量前应将试件表面浮渣清洗干净,擦去表面积水。凡达到以下3种情况之一即可停止试验:(1)已达到300次循环;(2)动弹性模量下降到60%以下;(3)质量损失率达5%。相对动弹性模量、质量损失、耐久性系数公式分别见式(1)、式(2)、式(3)及结果见表4.4.2.1。 4.4.2-(1) 式中:P为经N次冻融
19、循环后试件的相对动弹性模量,以3个试件的平均值计算,%;fn为N次冻融循环后试件的横向基频,Hz;f0为冻融循环试验前测得的试件横向基频初始值,Hz。 4.4.2-(2) 式中:Wn为N次冻融循环后试件的质量损失率,以3个试件的平均值计算,%;G0为冻融循环试验前的试件质量,kg;Gn为N次循环后的试件质量,kg。 4.4.2-(3) 式中:Kn为混凝土耐久性系数;P为经N次冻融循环后试件的相对动弹性模量,%;N为达到上述3种情况之一时的冻融循环次数。本次试验的试块经300次冻融循环,均无破坏,试验结果见下列表。表4.4.2.1 混凝土的抗冻性能指标编号掺和料掺量(%)水胶比(%)质量损失(%
20、)相对动弹性模量(%)耐久性系数100.30-0.1592.980.932200.300.6789.640.90 注:表中质量损失为负值的表示质量不仅没有减少,反而增加。 由表4.4.2.1可以看出:(1)自流式的混凝土具有很好的抗冻能力,质量损失均在1%之内,300次冻融循环后耐久性系数大于0.8,满足高性能混凝土应用技术规程(CECS207-2006)中规定达到的0.60.8;(2)在0.30的低水胶比下,随着矿粉、粉煤灰掺量的增加,混凝土的抗冻能力下降很少。由于混凝土自身的孔隙率比较低,亦使混凝土具备良好的抗冻能力。4.4.3 抗氯离子侵蚀 氯离子电通量试验评价标准见表4.4.3.1表4
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