高速公路桥涵混凝土质量控制关键技术-李章建

李章建正高级工程师集团副总工程师云南省建设投资控股集团有限公司2016.8.5高速公路桥涵混凝土质量控制和验收1桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出桥涵混凝土的原材料关键技术桥涵混凝土设计与施工关键技术桥涵混凝土质量评定与验收桥涵混凝土常见质量通病及预防措施汇报提纲2桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分3桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分4桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出——混凝土桥涵耐久性现状第一部分海洋环境（氯盐腐蚀）5桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出——混凝土桥涵耐久性现状第一部分6钢筋混凝土结构中氯离子的来源有2个途径：一是来自于制造混凝土的原材料（例如含有氯离子的水、冬季施工加入的含有Cl-的防冻剂、以及使用了海砂）；二是来自于结构外部的氯离子（例如海洋环境、工业环境、土壤环境、北方冬季使用的“融雪盐”等）。氯离子的腐蚀主要有两个方面，一是对钢筋的腐蚀：当氯离子渗透进入钢筋混凝土结构后，迁移到钢筋表面，破坏钢筋表面的钝化层，使钢筋局部发生电化学腐蚀；二是对混凝土的腐蚀：氯盐进入混凝土内部与水泥的某些成分反应，生成物体积增大使混凝土膨胀破坏。氯离子腐蚀破坏桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状冻融环境桥面板冻胀破坏纽约高速公路大桥除冰盐破坏基础结冰冻胀，面板剪坏箱梁底部冻融破坏冻融后梁底外部剥落7桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状冻融破坏纽约高速公路大桥除冰盐破坏8混凝土结构中存在大量的孔隙和裂缝，水分可通过毛细作用进入其中，当温度降到冰点时，水会结冰膨胀，使孔壁受压变形，环境温度升高，冰融化成水，体积缩小，使孔壁受到拉应力。反复的冻融过程会使混凝土结构浅表面出现裂纹，并逐渐酥松、脱落，逐步侵蚀整个结构。桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状盐湖、化学腐蚀西部盐湖地区混凝土损伤青藏公路桥梁墩柱腐蚀破坏9桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状盐晶膨胀10可溶性盐随水分渗入混凝土内部的毛细孔和微孔内，当水分蒸发时，盐就会结晶出来。盐结晶生长过程发生体积膨胀，导致混凝土破坏。桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状碱骨料反应11空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源（膨胀骨料）桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状碱骨料反应12碱-骨料反应是混凝土中的碱（NaOH、KOH）可与基料中的某些成份（二氧化硅、硅酸盐、碳酸盐）反应，形成的生成物（碱硅胶）容易吸水膨胀。当膨胀压力超过硬化水泥浆的抗拉强度时，就会引起混凝土开裂破坏。碱基料反应需要三个条件：I、有充分的水（包括混凝土中本身含有水和外部渗入的水）；II、混凝土中含碱量高（主要是NaOH、KOH，结构本身含有的和外部渗入的）；III、混凝土中含有反应性二氧化硅。虽然ASR反应缓慢，持续时间长，一旦发生很难补救，被称为混凝土的“癌症”桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土桥涵耐久性现状结构开裂13墩柱系梁梁板顶面墩柱表面龟裂桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出14桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土的提出19强度和耐久性并重的设计+优质原材料+优化的配合比+绿色和预拌生产+良好的拌合物施工性能+精细化施工+验收合格=高性能混凝土高性能混凝土体积稳定性工作性能力学性能耐久性能低水胶比选用优质原材料加足够数量的矿物掺合料高效减水剂桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——混凝土耐久性指标20指标：抗裂性、耐蚀性、护筋性、耐磨性、抗碱骨料反应性等一般要求：抗裂性能、保护层厚度控制、碱活性、抗渗性(强度等级小于C40)、抗碳化氯盐环境：电通量、氯离子扩散系数化学侵蚀环境：电通量、氯离子扩散系数冻融破坏环境：抗冻等级磨蚀环境：耐磨试验多因素综合环境：专项耐久性研究、附加措施桥涵混凝土结构耐久性及高性能混凝土的提出第一部分——高性能混凝土耐久性等级划分21桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——水泥22公路桥涵工程采用的水泥应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）的规定要求，品种和强度等级应通过混凝土配合比试验确定，其特性应不会对强度、耐久性和工作性产生不利影响，含碱量（Ca2O+0.658Na2O）不大于0.6%。混凝土强度与水胶比、集料配合比等因素有关，而关系最大的是水泥的强度。以低强度的水泥配置高强度混凝土，水泥用量大，不仅不经济而且水化热大宜产生裂缝；以较高强度的水泥配置较低强度混凝土，水泥用量少但不能少于规范要求，否则，混凝土和易性不好，宜离析且浇注质量差。水泥进场后按批次进行强度、细度、安定性、凝结时间等性能检验（散装500t一批、袋装200t一批）。公路桥涵混凝土工程宜采用散装水泥；采用袋装水泥应防止受潮，且不得长期露天堆放。桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——水泥23配制高耐久混凝土的水泥一般应为品质稳定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥应了解水泥中的掺合料品种、质量和掺量，与配制混凝土时加入的矿物掺合料一起计算混凝土中所有掺合料占胶凝材料总量的份额百分比水泥的含碱量≤0.8%；混凝土内的总含碱量≤3.0kg/m3水泥比表面积300~380㎡/㎏；熟料中的C3A含量≤8%桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——细集料24细集料应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净且粒径小于5mm的河砂(人工砂)。细骨料不宜采用海砂，不得不采用海砂时，应经冲洗处理。项目《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52细度模数粗、中、细三级粗、中、细、特细四级天然砂含泥量C60C30-C60C30≥C60C30-C55≤C30≤2.0%≤3.0%≤5.0≤2.0%≤3.0%≤5.0石粉含量MB≥1.4≤2.0%≤3.0%≤5%≤2.0%≤3.0%≤5%MB1.4≤5.0%≤7.0%≤10%≤5.0%≤7.0%≤10%泥块含量≤0.5%≤1.0%≤2%≤0.5%≤1.0%≤2%人工砂单级压碎指标202530总压碎指标小于30%天然砂坚固性（硫酸钠溶液法）≤8≤8≤10≤8碱集料反应经碱集料反应试验后，由砂浆配制的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢现象，规定试验龄期膨胀率应小于0.10%桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——细集料25细集料检验内容：外观、筛分、细度模数、有机物含量、含泥量、泥块含量及人工砂的石粉含量等；必要时尚应对坚固性、有害物质含量、氯离子含量及碱活性等指标进行检验。细集料颗粒级配标准：细度模数仅砂的全部颗粒粗细程度，而不能反映颗粒级配程度，细度模数相同而级配不同的砂，会有不同的很混凝土配置性质。有关资料表明：合格粒径与良好级配的集料可使混凝土用水量降低约20﹪，有可能减少收缩值100×10-6。桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料26粗集料宜采用质地坚实、均匀洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小的碎石或卵石。考虑到混凝土的耐久性，采用吸水率大的集料所配制出的混凝土会有较大的长期收缩，影响混凝土的抗裂性。如砂岩集料的吸水率是石灰岩20倍，用它制成的混凝土1年收缩率是石灰岩的3-4倍。在保证其他要求的条件下，采用岩石的抗压强度与混凝土强度之比不应小于1.5倍；对C80以上的超高强混凝土，比值建议采用1.2。项目ⅠⅡⅢ压碎指标碎石182030卵石202525吸水率/%1.02.02.5岩石抗压强度/MPa火成岩80；变质岩60；水成岩30坚固性（硫酸钠溶液法经5次循环后质量损失）5812碱集料反应经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢现象，规定试验龄期膨胀率应小于0.10%项目《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52针片状C60C30-C60C30≥C60C30-C55≤C305%15%25%≤8%≤15%≤25%泥块含量0%0.5%0.7%≤0.2%≤0.5%≤0.7%含泥量0.5%1.0%1.5%≤0.5%≤1.0%≤2.0%压碎指标10%20%30%由岩石品种及混凝土强度确定桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料27粗集料宜采用质地坚实、均匀洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小的碎石或卵石。项目《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52针片状C60C30-C60C30≥C60C30-C55≤C305%15%25%≤8%≤15%≤25%泥块含量0%0.5%0.7%≤0.2%≤0.5%≤0.7%含泥量0.5%1.0%1.5%≤0.5%≤1.0%≤2.0%压碎指标（碎石）18%20%30%由岩石品种及混凝土强度确定压碎指标（卵石）202525C60~C40，≤12%；≤C35，≤16%吸水率/%1.02.02.5-岩石抗压强度/MPa火成岩80；变质岩60；水成岩30-坚固性（硫酸钠溶液法5次循环）5812≤8%碱集料反应经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢现象，规定试验龄期膨胀率应小于0.10%桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料28考虑到混凝土的耐久性，采用吸水率大的集料所配制出的混凝土会有较大的长期收缩，影响混凝土的抗裂性。如砂岩集料的吸水率是石灰岩20倍，用它制成的混凝土1年收缩率是石灰岩的3-4倍。在保证其他要求的条件下，采用岩石的抗压强度与混凝土强度之比不应小于1.5倍；对C80以上的超高强混凝土，比值建议采用1.2。粗集料宜采用连续两级配或连续多级配，不宜采用单粒级配或间断级配配置。必须使用时，应通过试验验证。粗集料的良好级配应是空隙小、水泥用量少、不宜离析及和易性好。粗集料最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4；在两层或多层密布钢筋结构中，不得超过钢筋最小净距的1/2，同时最大粒径不得超过75mm；混凝土实芯板的骨料最大粒径不宜超过板厚的1/3且不得超过37.5mm。泵送混凝土碎石不超过输送管径1/3；卵石不超过1/2.5。施工前对所用的粗集料进行碱活性检验，在条件许可时宜避免采用具有碱活性反应的粗集料，必须采用时应采取必要的抑制措施。检验内容：外观、颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、压碎值等指标。若用鹅卵石用作混凝土的粗集料，其每立方混凝土中水泥用量偏大；若用鹅卵石或破碎鹅卵石浇注的混凝土其抗压弹性模量偏低。桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料29桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料压碎指标试验30采用风干石料用13.2㎜和9.5㎜标准筛过筛，取9.5㎜～13.2㎜的试样3组各3000g，供试验用。如过于潮湿需加热烘干时，烘箱温度不得超过100℃，烘干时间不超过4h。试验前，石料应冷却至室温。将试样分3次(每次数量大体相同)均匀装入试模中，每次均将试样表面整平，用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次。属棒作为直刮刀将表面仔细整平。称取量筒中试样质量(m0)。桥涵混凝土的原材料关键技术第二部分——粗集料压碎指标试验31将要求质量的试样分3次均匀装入试模中，每次均将试样表面整平，用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次。最后用金属棒作为直刮刀将表面仔细整平。开动压力机，均匀地施加荷载，在10min左右的时间内达到总