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關(guān)鍵詞:機(jī)制砂;混合砂;混凝土;性能
中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1 前言
混凝土價(jià)格低廉、性能優(yōu)良、原材料豐富易得,是當(dāng)代用量最多、最普遍、最重要的土木工程材料之一[1]。從組成上看,骨料占混凝土總量的70~80%,其中,細(xì)骨料不僅占有較大比例,而且對(duì)新拌混凝土工作性和硬化后混凝土綜合物理力學(xué)性能與耐久性有重要影響。一般,配制混凝土選用天然河砂作細(xì)骨料,并以優(yōu)先選用中粗砂、就地取材、盡可能降低混凝土生產(chǎn)成本為基本原則。天然砂資源是一種地方資源,短時(shí)間內(nèi)不可再生且不適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸。隨著土木工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展,對(duì)砂石開采行業(yè)及其它建材行業(yè)的需求日益增加,近年來(lái),我國(guó)不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步短缺,甚至無(wú)天然砂可用的狀況,混凝土用砂供需矛盾日益突出,砂的價(jià)格亦越來(lái)越高,供不應(yīng)求的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,影響了工程建設(shè)的進(jìn)展,推行應(yīng)用機(jī)制砂配置混凝土已經(jīng)勢(shì)在必行。針對(duì)天然中砂匱乏的現(xiàn)象,本文通過天然細(xì)砂與機(jī)制砂混合,討論細(xì)骨料種類對(duì)c30混凝土性能的影響。
2 材料與方法
2.1 主要原材料
水泥:由華潤(rùn)水泥(龍巖曹溪)有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)水泥,其主要性能見表1。
表1 水泥物理力學(xué)性能
外加劑:選用龍海市富敏混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的FM-Ⅲ緩凝高效建水劑,減水率為21%,收縮率比(28d)為65%。
粗骨料:由馬坑石場(chǎng)生產(chǎn)的5-31.5mm花崗巖碎石,其性能見表2。
表2 碎石性能
細(xì)骨料:天然中砂(S1)和天然細(xì)砂(S2),其性能見表3和表4;機(jī)制砂(S3),產(chǎn)地龍巖,其性能見表5。機(jī)制砂與天然細(xì)砂按3種比例混合后,其顆粒級(jí)配與細(xì)度模數(shù)結(jié)果見表6。
表3 天然中砂(S1)性能
表4 天然細(xì)砂(S2)性能
表5 機(jī)制砂(S3)性能
表6 3種比例的混合砂顆粒級(jí)配和細(xì)度模數(shù)
2.2 試驗(yàn)方法
針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍的C30混凝土進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),試驗(yàn)所配混凝土的坍落度控制在180-220mm間,通過計(jì)算,確定采用的混凝土配合比為:水:水泥:砂:石:外加劑=0.44:1.00:2.13:2.83:0.022,討論細(xì)骨料種類對(duì)C30混凝土工作性能、力學(xué)性能和收縮性能的影響情況?;炷恋闹苽浒船F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行,工作性能、力學(xué)性能和收縮性能按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。
3 結(jié)果與分析
3.1 細(xì)骨料種類對(duì)混凝土工作性能的影響
對(duì)比了天然砂、機(jī)制砂和混合砂混凝土的工作性能,試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。在配合比一定時(shí),天然Ⅱ區(qū)中砂具有較好的坍落度、擴(kuò)展度和較優(yōu)的和易性,天然細(xì)砂砂子子,總表面積大,需水量較大,在用水量一定時(shí),坍落度和和易性相對(duì)較差,機(jī)制砂多棱角,表面粗糙,有部分針片狀顆粒,并有部分石粉,需水量也較大,初拌混凝土和易性較差。將天然細(xì)砂與機(jī)制砂按一定比例混合,改善了顆粒級(jí)配,使混凝土拌合物的工作性能明顯得到改善,不亞于天然中砂混凝土拌合物的工作性能。
表7 細(xì)骨料種類對(duì)混凝土工作性能的影響
3.2細(xì)骨料種類對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
細(xì)骨料種類對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響見表8。由表可知,用天然細(xì)砂、機(jī)制砂和混合砂配制的混凝土3d、28d抗壓強(qiáng)度均高于天然中砂配制的混凝土,并且,隨著混合砂中機(jī)制砂比例的增加,3d抗壓強(qiáng)度增幅較大,抗壓強(qiáng)度由20.4MPa上升至24.6MPa,提高了20.59%,28天強(qiáng)度則提高了14.81%。分析其原因,主要有以下三個(gè)方面:第一,機(jī)制砂的主要成分是碳酸鈣,處于高濃度氫氧化鈣中,其表面會(huì)發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng),而天然砂成分中二氧化硅含量高,不能發(fā)生類似反應(yīng)[2];第二,機(jī)制砂的表明潔凈而粗糙,易與水泥石料粘結(jié),且混合砂是經(jīng)過優(yōu)化試驗(yàn)按一定比例混合而成,砂的顆粒級(jí)配好,而天然砂經(jīng)長(zhǎng)期沖磨,表面光滑,顆粒級(jí)配是由自然形成,其中的粗、細(xì)顆粒搭配程度存在著不均,并多含帶有泥漿,所以混合砂比天然砂在與膠凝材料膠結(jié)時(shí)具有更好的黏聚性和握裹力[3];第三,混合砂中機(jī)制砂多含有一定量的石粉,這些石粉在混凝土中又起到微集料和填充的效應(yīng),減少了內(nèi)部孔隙,使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更密實(shí),從而提高了制品的性能?;旌蜕爸袡C(jī)制砂的摻配比例與混凝土強(qiáng)度之間有一定的規(guī)律,但不是線性關(guān)系,在實(shí)際應(yīng)用過程中,應(yīng)根據(jù)天然砂和機(jī)制砂的特性,經(jīng)過試驗(yàn)確定滿足混凝土強(qiáng)度的合適混和比例。
表8 細(xì)骨料種類對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
3.3細(xì)骨料種類對(duì)混凝土收縮性能的影響
收縮是混凝土的重要技術(shù)性能,混凝土收縮越大,混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的可能性愈高,結(jié)構(gòu)抵抗侵蝕介質(zhì)滲入混凝土機(jī)體的能力也越弱,最終使混凝土工程的耐久性變差[4]。試驗(yàn)選擇全天然中砂、全機(jī)制砂及工作性能和力學(xué)性能均較好的混合砂配制混凝土來(lái)測(cè)試其的收縮性能?;炷潦湛s率的測(cè)試均在溫度20±2℃、相對(duì)濕度60±5 %的養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行,其測(cè)試結(jié)果見圖1。從圖中可以發(fā)現(xiàn),三條曲線的發(fā)展趨勢(shì)基本一致,在齡期28d之前,試樣收縮率都隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)速度,28d齡期之后,雖然混凝土收縮也隨齡期增加,但增長(zhǎng)速率明顯降低。配制的全機(jī)制砂混凝土的收縮率要大于由全天然中砂配制的混凝土收縮率,但機(jī)制砂與細(xì)砂按適當(dāng)?shù)谋壤旌鲜褂?,且控制混合砂與天然中砂的細(xì)度模數(shù)相當(dāng),混凝土的收縮率可以明顯降低,有望接近天然中砂混凝土的水平。
圖1 混凝土收縮率
4 結(jié)論
通過以上的試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論:
(1)將天然細(xì)砂與機(jī)制砂按一定比例混合,可以改善彼此的顆粒級(jí)配,使混凝土拌合物的工作性能明顯得到改善,不亞于天然中砂混凝土拌合物的工作性能。
(2) 機(jī)制砂與天然細(xì)砂復(fù)合的混合砂配制的混凝土的力學(xué)性能會(huì)高于天然中砂所配制的混凝土強(qiáng)度,摻配比例與混凝土強(qiáng)度之間有一定的規(guī)律,但不是線性關(guān)系,在實(shí)際應(yīng)用過程中,應(yīng)根據(jù)天然砂和機(jī)制砂的特性,經(jīng)過試驗(yàn)確定滿足混凝土強(qiáng)度的合適混和比例。
(3)機(jī)制砂與細(xì)砂按適當(dāng)?shù)谋壤旌鲜褂?,且控制混合砂與天然中砂的細(xì)度模數(shù)相當(dāng),混凝土的收縮率可以明顯降低,有望接近天然中砂混凝土的水平。
(4)由于機(jī)制砂和天然細(xì)砂資源較豐富易得,在如今天然中粗砂缺乏的形勢(shì)下,應(yīng)用混合砂替代天然砂,具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)也是落實(shí)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的措施之一。
參考文獻(xiàn):
[1] 黃洪勝.混合砂混凝土性能與應(yīng)用研究[D].重慶:重慶大學(xué),2005.
[2] 段瑞斌,石從黎,宋開偉.全機(jī)制砂預(yù)拌混凝土的研究[J].商品混凝土,2010(4):39-43.
關(guān)鍵詞:混凝土強(qiáng)度;工程檢測(cè);建筑工程質(zhì)量
The normal distribution of judgment and processing "in the application of the concrete strength testing
Yao Li-wei
(construction engineering quality testing station, taiyuan city, Shanxi Province, taiyuan, 030002)
Abstract:the strength of concrete is an important index of construction engineering safety. Present commonly used method of the concrete strength are core method, rebound method and ultrasonic rebound synthetic method, etc. The author as a work in the detection of first-line technical staff, often meet with abnormal situation of the concrete strength, in this paper, the author work instance is the normal distribution of judgment and handling in the application of the strength of concrete core method.
Keywords:concrete strength; Engineering test; Construction engineering quality
在工程檢測(cè)中,混凝土強(qiáng)度評(píng)價(jià)的高低,直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和成本。如果強(qiáng)度評(píng)價(jià)過高,會(huì)降低結(jié)構(gòu)的可靠度,造成安全隱患,如果混凝土強(qiáng)度評(píng)價(jià)過低,會(huì)提高加固、處理費(fèi)用,造成成本大幅提高。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù),如何對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的推定,關(guān)系到工程驗(yàn)收和加固、改造的質(zhì)量。
1.工程概況
某運(yùn)動(dòng)場(chǎng)看臺(tái)為地下一層、地上一層框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式為柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)及墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,采用泵送混凝土進(jìn)行澆筑。該工程于2011年10月施工,2012年1月主體完工。由于相關(guān)施工資料遺失,建設(shè)方委托筆者單位對(duì)該工程基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行推定。
接受委托后,筆者會(huì)同相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察,由于基礎(chǔ)混凝土澆筑面平整度較差,故采用鉆芯法檢測(cè)該基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度。
2.檢測(cè)及推定方法
檢測(cè)數(shù)量按照《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344-2004)表3.3.13檢測(cè)批的容量中B類確定。
表1建筑結(jié)構(gòu)抽樣檢測(cè)的最小樣本容量
檢測(cè)批的容量 檢測(cè)類別和樣本最小容量
A B C
2~8 2 2 3
9~15 2 3 5
16~25 3 5 8
26~50 5 8 13
51~90 5 13 20
91~150 8 20 32
151~280 13 32 50
281~500 20 50 80
注:檢測(cè)類別A適用于一般施工質(zhì)量的檢測(cè), 檢測(cè)類別B適用于結(jié)構(gòu)質(zhì)量或性能的檢測(cè), 檢測(cè)類別C適用于結(jié)構(gòu)質(zhì)量或性能的嚴(yán)格檢測(cè)或復(fù)檢。
基礎(chǔ)總數(shù)量為121個(gè)(獨(dú)立柱基礎(chǔ)數(shù)量為70個(gè)、墻下條形基礎(chǔ)數(shù)量為51個(gè)),本次檢測(cè)抽取20個(gè)芯樣。檢測(cè)結(jié)果如下:
依據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 03:2007)第6.0.5條(3)規(guī)定:抗壓芯樣試件端面的不平整度在100mm長(zhǎng)度內(nèi)不應(yīng)大于0.1mm。故將端面不平整度分別為0.3mm和0.2mm的芯樣試件(10-11/D軸:16.9MPa 、D/19-20軸:18.5MPa)相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)視為無(wú)效。
依據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 03:2007)第6.0.5條(4)規(guī)定:芯樣試件端面與軸線的不垂直度不應(yīng)大于1o。故將芯樣試件端面與軸線的不垂直度分別為2o、2o及3o的芯樣試件(14-15/D軸:19.3MPa、21-22/D軸:21.9MPa、14-15/A軸:27.6MPa、)相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)視為無(wú)效。
表2(1)基礎(chǔ)混凝土抗壓強(qiáng)度表
序號(hào) 檢測(cè)部位 設(shè)計(jì)值 芯樣直徑(mm) 高度(mm) 面積(mm2) 抗壓強(qiáng)度值(MPa)
1 D/19-20 C30 99.0 102 7698 18.5
2 18-19/A C30 99.0 103 7698 36.5
3 11-12/D C30 99.0 102 7698 38.7
4 12-13/B C30 99.0 103 7698 36.8
5 2-3/A C30 99.0 102 7698 36.2
6 10-11/A C30 99.0 102 7698 39.8
7 13-14/D C30 99.0 102 7698 38.7
8 11-12/B C30 99.0 102 7698 37.2
9 12-13/D C30 99.0 103 7698 30.8
10 14-15/A C30 99.0 103 7698 27.6
11 11-12/A C30 99.0 103 7698 31.7
12 14/B-D C30 99.0 102 7698 38.9
13 16-17/D C30 99.0 102 7698 28.0
14 9-10/A C30 99.0 103 7698 29.6
15 20-21/A C30 99.0 102 7698 16.6
16 14-15/D C30 99.0 103 7698 19.3
17 7-8/A C30 99.0 103 7698 37.5
18 16-17/A C30 99.0 103 7698 25.2
19 21-22/D C30 99.0 103 7698 21.9
20 10-11/D C30 99.0 103 7698 16.9
抗壓試驗(yàn)后,在我站與參建各方的共同協(xié)商下,對(duì)D/19-20軸和14-15/A軸兩個(gè)部位的混凝土進(jìn)行重新取樣。檢測(cè)結(jié)果如下:
表2 (2)基礎(chǔ)混凝土抗壓強(qiáng)度表
序號(hào) 檢測(cè)部位 設(shè)計(jì)值 芯樣直徑(mm) 高度(mm) 面積(mm2) 抗壓強(qiáng)度值(MPa)
中圖分類號(hào):TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、規(guī)范條文摘錄
在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)中,有關(guān)框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的設(shè)計(jì)和澆注有以下的條文內(nèi)容及條文說(shuō)明:
——當(dāng)柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于梁、樓板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),應(yīng)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土施工采取有效措施(第13.5.7條):
——高層建筑不同強(qiáng)度的梁、柱節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑需要有關(guān)單位具體協(xié)商解決(條文說(shuō)明):
——抗震設(shè)計(jì)時(shí),一、二級(jí)框架的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)按本規(guī)程附錄C進(jìn)行抗震驗(yàn)算;三、四級(jí)框架節(jié)點(diǎn)以及各抗震等級(jí)的頂層端節(jié)點(diǎn)核心區(qū),可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算(第6.2.7條)、
——凡是梁柱節(jié)點(diǎn)之混凝土強(qiáng)度低于柱混凝土強(qiáng)度較多者,皆必須仔細(xì)驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力,包括受剪、軸心受壓、偏心受壓等,并采取有效的構(gòu)造措施(條文說(shuō)明)。
總之,規(guī)程對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的設(shè)計(jì)及施工并未作出明確的規(guī)定,而在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中,這一問題是不可能回避的,因此尋求一種梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土合理設(shè)計(jì)和便利施工的方法正是本文的目標(biāo)。
二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的現(xiàn)實(shí)問題
為了滿足柱軸壓比的要求,同時(shí)又要控制柱截面不過大,柱子采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土是一種必然。而對(duì)于以受彎為主的樓層梁板,過高的混凝土強(qiáng)度等級(jí)卻是不需要且不適宜的,前者指對(duì)其抗彎承載力的貢獻(xiàn)不明顯,后者則指對(duì)構(gòu)件承受非荷載應(yīng)力(混凝土收縮力、溫度應(yīng)力等)不利。正因如此,《高規(guī)》第6.1.9條才有“現(xiàn)澆框架梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜高于C40”的規(guī)定,但實(shí)際工程設(shè)計(jì)中樓蓋合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為C25—C35。由此可見,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于兩邊的設(shè)計(jì)強(qiáng)度必然存在,而且隨著建筑物高度的增大,兩者的設(shè)計(jì)強(qiáng)度差會(huì)越大,當(dāng)然該區(qū)段主要存在于高層建筑的下部。
目前混凝土的澆筑施工幾乎都是采用商品混凝土泵送工藝,而且習(xí)慣于將豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件分兩批集中澆注(即節(jié)點(diǎn)區(qū)采用樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)澆注)。如果要求其中的梁柱節(jié)點(diǎn)單獨(dú)澆注,則首先是其供應(yīng)量及澆注時(shí)間不易控制而會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量事故。其實(shí)是節(jié)點(diǎn)區(qū)與梁板之間的分隔確實(shí)存在難度,故施工單位至少不希望大面積采用此方法。
三、強(qiáng)度驗(yàn)算
考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的操作程序,同事又要滿足規(guī)范中對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)承載力的要求,我們列舉數(shù)例對(duì)典型節(jié)點(diǎn)區(qū)的受剪、軸心受壓、偏心受壓進(jìn)行驗(yàn)算,通過驗(yàn)算可得出以下規(guī)律:
1、按《高規(guī)》附錄C進(jìn)行受剪抗震驗(yàn)算,即使柱梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差20Mpa時(shí),而節(jié)點(diǎn)區(qū)用樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)澆注,其節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面的受剪承載力仍可滿足要求。
2、在偏心受壓驗(yàn)算中,當(dāng)梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)比柱低5 Mpa時(shí),其受壓強(qiáng)度可以滿足要求:當(dāng)兩者的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差10 Mpa及以上時(shí),其受壓強(qiáng)度不滿足要求。
3、當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低10 Mpa及以上而仍用梁混凝土澆注節(jié)點(diǎn)區(qū),則對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)必須采取措施。從偏心受壓公式N≦0.9(fcA cor+f’y A’s+2af’y A’S+2af Asso)中的3項(xiàng)抗壓數(shù)值來(lái)看,第1項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)截面混凝土抗壓強(qiáng)度是不可變更的:第3項(xiàng)即箍筋提供的抗壓強(qiáng)度所占的比例最小,且一般設(shè)計(jì)不可能改變節(jié)點(diǎn)區(qū)的配箍規(guī)格:第2項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)豎向鋼筋提供的抗壓強(qiáng)度所占比例較大,且若采用HRB400鋼(fy=360N/mm2)來(lái)增加節(jié)點(diǎn)區(qū)的豎向配筋率則可顯著提高其抗壓強(qiáng)度。
四、施工措施
考慮到梁節(jié)點(diǎn)區(qū)需要處理的都在高層建筑的下部,該區(qū)段的柱主筋賠率一般接近或略大于1%,因此根據(jù)以上規(guī)律可將節(jié)點(diǎn)區(qū)的施工措施歸納如下:
1、當(dāng)梁板與柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)僅相差5 Mpa時(shí),節(jié)點(diǎn)區(qū)完全可以與樓蓋一起澆注;
2、當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別低于J:10Mpa和15 Mpa時(shí),節(jié)點(diǎn)區(qū)需增設(shè)豎向短筋,其數(shù)分分別為柱主筋配筋量的50%和100j%。
3、當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低20 Mpa及以上時(shí),再靠增設(shè)節(jié)點(diǎn)區(qū)豎向短筋來(lái)提高其抗壓強(qiáng)度已不可行,其原因一是無(wú)法布筋,二是短筋數(shù)量太大。此時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)需采用與柱同等級(jí)混凝土單獨(dú)澆注,雖然有一定的施工難度且需要有叫嚴(yán)密的施工組織措施,但所占的分量不是很大,仍可以接受。
上述施工措施可以針對(duì)邊柱和角柱節(jié)點(diǎn)區(qū)而言,如系中柱節(jié)點(diǎn)區(qū),則可將各條措施中梁柱混凝土氣大燈及的差異各提高5Mpa。該結(jié)論的依據(jù)雖是定性而不是定量的,但從充分發(fā)掘中柱節(jié)點(diǎn)的抗壓潛力,并考慮現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)方便性而言,它是可行且科學(xué)的。
五、混凝土強(qiáng)度等級(jí)的合理取值
梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度驗(yàn)算和施工處理同時(shí)也涉及到高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)的合理取值問題,其合理與否必須符合以下原則:
1、整個(gè)工程的豎向構(gòu)件混凝土強(qiáng)度種類不宜太多,一般為8層左右變一個(gè)等級(jí)且與豎向構(gòu)件截面的變化錯(cuò)層同步。
2、水平構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取值要符合規(guī)范要求,同時(shí)要與豎向構(gòu)件相配搭,使施工處理簡(jiǎn)單化,盡量避免或減少節(jié)點(diǎn)區(qū)單獨(dú)澆注混凝土。
根據(jù)上述原則,有關(guān)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的確定,對(duì)于諸如樓層數(shù)分別為30層(H<100m)、40層(H≈140m)和55層(H<190m)的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),其豎向構(gòu)件及水平構(gòu)件二者間混凝土強(qiáng)度等級(jí)的搭配,下面的取值可能是較合理和科學(xué)的(括號(hào)內(nèi)為樓層混凝土等級(jí)):
30層C40(C30)C35(C30)C30(C25)C25(C25);
40層C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25);
55層C60(C35)C55(C35)C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25).
分析以上高層建筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)的配搭,對(duì)于30層高層建筑,節(jié)點(diǎn)區(qū)需要加短筋的僅為1/4樓層;對(duì)于40層高層建筑,則為3/5樓層;對(duì)于55層高層建筑,第1方案節(jié)點(diǎn)區(qū)需單獨(dú)澆注混凝土的為2/7,節(jié)點(diǎn)加短筋的為3/7。至于節(jié)點(diǎn)區(qū)加短筋的做法,在柱頂梁底標(biāo)高處預(yù)插短筋,其插入深度及突出梁面各300㎜,位置首選復(fù)合箍筋的交叉點(diǎn)處,當(dāng)交叉點(diǎn)少于短筋根數(shù)時(shí)另加選取靠近柱主筋的內(nèi)側(cè)位置,布筋原則是均勻?qū)ΨQ。
關(guān)鍵詞:公路薄壁橋臺(tái)裂縫探究
以下我們通過調(diào)查、驗(yàn)證試驗(yàn)的方法,對(duì)鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)裂縫原因及防止措施進(jìn)行闡述:
一、問題的提出:
通過對(duì)我區(qū)已通車的和在建的高速公路項(xiàng)目進(jìn)行的大量觀察,發(fā)現(xiàn)薄壁橋臺(tái)臺(tái)身的常見裂縫施工期間很少出現(xiàn),一般在工程完工投入使用后的三到五個(gè)月開始逐步出現(xiàn),大約是先從墻身高度的1/4處開始,逐漸往下至承臺(tái)或基礎(chǔ)交界處止,往上至臺(tái)帽處止,大致從下往上發(fā)展,裂縫呈豎向或斜向,嚴(yán)重的2-3米間距一道,裂縫寬也會(huì)雖時(shí)間的推移和環(huán)境影響逐漸增大,在墻體未沁水的條件下,它雖然在短期內(nèi)不影響結(jié)構(gòu)使用,但影響結(jié)構(gòu)的耐久性,這勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問題,最終導(dǎo)致帶來(lái)行車安全隱患。
二、產(chǎn)生裂縫原因
產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的,經(jīng)過分析總結(jié)歸納為以下幾個(gè)方面:
1、與材料性質(zhì)有關(guān)。
1.1水泥單一材料的品種、安定性、細(xì)度、活性堿含量等相關(guān)指標(biāo)不滿足規(guī)范要求,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)了離析與泛漿現(xiàn)象。
1.2集料中的技術(shù)指標(biāo)不符合規(guī)范要求,如粗集料彈性模量、粗細(xì)集料的級(jí)配、含泥量、軟弱顆粒含量、有害雜質(zhì)等,混凝土干縮變形加大。
1.3在混凝土拌合過程中使用了不合適的外加劑,引起混凝土有害的化學(xué)反應(yīng)。
2、與施工過程有關(guān)。
2.1 混凝土配合比不合理,如砂率、水灰比、集料與水泥漿比等參數(shù)不超出允許值。
2.2由于混凝土拌和不均勻或拌和時(shí)間過長(zhǎng)。
2.3水灰比過大,施工方法不當(dāng),干縮變形過大。
2.4混凝土未進(jìn)行連續(xù)澆筑,停滯時(shí)間過長(zhǎng),振搗不充分。
2.5混凝土保護(hù)層厚度不夠,硬化前受震動(dòng)或荷載作用。
2.6基礎(chǔ)與墻身澆筑時(shí)間間隔太長(zhǎng),造成混凝土徐變收縮量差異較大等。
3、與環(huán)境條件有關(guān)。
3.1混凝土澆筑時(shí)的環(huán)境溫度過低或過高,或養(yǎng)生期內(nèi)晝夜溫差過大,造成澆筑后內(nèi)外的溫差過大。
3.2沒有及時(shí)進(jìn)行覆蓋保濕養(yǎng)生,造成濕度的變化過大,養(yǎng)生的水溫太低,養(yǎng)生時(shí)間不足等
4、與結(jié)構(gòu)受力有關(guān)。
樁基礎(chǔ)薄壁橋臺(tái)結(jié)構(gòu),正常使用狀態(tài)時(shí),在活載和恒載土壓力作用下墻體承受彎矩和剪力,且合成應(yīng)力最大的部位約為墻高的1/4處,如果墻身截面尺寸與配筋量不夠,剛度不足,不足以承受設(shè)計(jì)荷載,必然會(huì)出現(xiàn)橋臺(tái)裂縫。
5、與結(jié)構(gòu)體積有關(guān)。
薄壁橋臺(tái)雖不算是大體積混凝土結(jié)構(gòu),但其屬于大面積混凝土構(gòu)件,混凝土受環(huán)境影響的外露面積較大,在凝結(jié)硬化過程中極易產(chǎn)生外露面與內(nèi)部混凝土收縮應(yīng)力不一致而造成混凝土早期的表面裂紋。
6、與施工荷載有關(guān)。
如果施工荷載不合適,不注意保護(hù)混凝土,如未安裝上部梁板就回填臺(tái)背土方、安裝了梁板但臺(tái)背填土不是對(duì)稱施工、安裝或臺(tái)背施工時(shí)機(jī)械設(shè)備撞擊了墻體等,這些施工時(shí)的不利荷載也會(huì)造成墻體裂縫的早期發(fā)生。
三、分析研究
鑒于上述產(chǎn)生臺(tái)身裂縫的分析,為了探究如何有效預(yù)防薄壁橋臺(tái)的裂縫發(fā)生,我們專門成立了一個(gè)課題組,依托項(xiàng)目研究有針對(duì)性的選定了不同組合預(yù)防方案,如采用補(bǔ)償收縮混凝土、增加支撐梁、改變承臺(tái)尺寸、改變臺(tái)帽尺寸、改變臺(tái)身尺寸、表面掛網(wǎng)等,并確定了在同條件下施工的八種組合試驗(yàn)墻體。
具體試驗(yàn)墻體組合形式:①采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米;②采用補(bǔ)償收縮C30混凝土(摻加UEA-Ⅰ膨脹劑)、臺(tái)身厚55厘米;③采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米、表面掛防裂鋼絲或鋼筋網(wǎng)片;④采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米、背面1/2處增加30×50厘米肋;⑤采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米、增加支撐梁;⑥采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚度增加到70厘米和80厘米;⑦采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米、降低臺(tái)身高度、臺(tái)帽高度增加到60厘米;⑧采用常規(guī)C30混凝土、臺(tái)身厚55厘米、增大承臺(tái)尺寸為150×190厘米
四、方案措施
試驗(yàn)方案確定后,我們總結(jié)了以往施工工藝方面的不足,在本次試驗(yàn)方案實(shí)施中同時(shí)采取了嚴(yán)格控制材料質(zhì)量、改進(jìn)了施工工藝、改善了養(yǎng)生條件、改變混凝土配比、改變結(jié)構(gòu)尺寸和配筋,具體措施如下:
1、在材料選擇中,嚴(yán)格把好水泥質(zhì)量關(guān),水泥的安定性、細(xì)度、活性堿含量必須符合施工規(guī)范要求。碎石選擇5--26.5毫米具有連續(xù)級(jí)配的碎石,且其壓碎值、含泥量、雜質(zhì)含量等應(yīng)符合規(guī)范要求,砂選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒純凈的中粗砂。在補(bǔ)償收縮混凝土中添加緩凝劑和微膨脹劑。
2、在施工過程中,盡可能保證基礎(chǔ)或承臺(tái)強(qiáng)度達(dá)到后立即澆筑墻身,減少因承臺(tái)(基礎(chǔ))與墻身混凝土齡期差過長(zhǎng)而產(chǎn)生的收縮徐變裂縫,根據(jù)試驗(yàn)組合要求,強(qiáng)度分別采用C30普通混凝土和C30補(bǔ)償收縮混凝土兩種配比施工,分別為:C30混凝土配比:水泥:砂:碎石:水=1:1.55:3.3:0.48。
C30補(bǔ)償收縮混凝土配比:水泥:砂:碎石:水:膨脹劑:緩凝劑
=1:1.56:3.32:0.1:0.008
采用C30補(bǔ)償收縮混凝土就是以等量取代的方法在混凝土中慘加膨脹劑,目的就是希望補(bǔ)償收縮混凝土在凝結(jié)過程中產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力與混凝土硬化中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力相互抵消,并在混凝土中添加緩凝劑以防混凝土在運(yùn)輸、澆筑、高溫天氣下塌落度損失,保證混凝土澆筑過程的和易性、密實(shí)度,從而防止由于薄壁臺(tái)混凝土面積大的缺陷引起的混凝土收縮裂紋。
施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行實(shí)施,考慮到集中拌和罐車運(yùn)輸坍落度采用5―7厘米為宜,控制好每一盤混凝土的坍落度,攪拌時(shí)間≥90s,水灰比=0.45,澆筑分層厚度控制在30-50厘米為宜,同時(shí)控制好每一層的澆筑時(shí)間,以免出現(xiàn)由于溫差的變化或澆筑后混凝土的收縮不一致,使混凝土在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生裂縫。
薄壁橋臺(tái)本身通常在臺(tái)背回填中,遵循薄壁橋臺(tái)的施工順序,即:①基礎(chǔ)(承臺(tái))②薄壁臺(tái)身③臺(tái)帽④支撐梁⑤架設(shè)梁板,澆筑板縫⑥兩側(cè)臺(tái)背對(duì)稱回填土。
3、掌握好薄壁橋臺(tái)的環(huán)境溫度十分重要。薄壁橋臺(tái)砼澆筑施工時(shí)間保持夏季的5―8月間,環(huán)境溫度在10℃-30℃較為適宜,盡量避開中午高溫時(shí)間,夏季施工時(shí)還要對(duì)鋼模板外側(cè)進(jìn)行遮蓋或?yàn)⑺禍兀悦飧邷氐匿撃0遄苽炷帘砻?,混凝土澆筑完?yīng)及時(shí)覆蓋,并采用噴淋灑水保濕養(yǎng)護(hù),對(duì)養(yǎng)生水進(jìn)行溫度控制,保證養(yǎng)生的水溫與墻體混凝土的溫度差小于10℃,防止混凝土表面首次養(yǎng)生遇冷收縮裂紋。
4、為確保薄壁臺(tái)身的剛度,改變以往設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),通道基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ),150×190厘米承臺(tái),臺(tái)身高度控制在4-6米的薄壁橋臺(tái),其主筋間距控制在15厘米以內(nèi),臺(tái)身厚度分別采用55--80厘米的幾個(gè)不同尺寸,目的是驗(yàn)驗(yàn)證薄壁臺(tái)的裂縫是否由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足而引起的。
通過以上的分析研究,我們對(duì)選定的八種組合的試驗(yàn)薄壁臺(tái)身于2009年在寧夏滾紅高速公路YK6+000、YK7+372、K9+370、K10+480、K12+571、K13+472、K14+800七座通道橋進(jìn)行了實(shí)施,施工時(shí)間選擇在寧夏最有利施工的5月份,施工工藝完全按照上述方案進(jìn)行,并對(duì)試驗(yàn)通道墻體從施工到通車后一年多進(jìn)行觀察記錄,結(jié)果為:第①組合半幅墻體有輕微裂縫4道;第②組合半幅墻體有輕微裂縫1道;第③組合半幅墻體無(wú)微裂縫;第④組合半幅墻體有輕微裂縫1道;第⑤組合半幅墻體有輕微裂縫1道;第⑥組合半幅墻體有輕微裂縫2道;第⑦組合半幅墻體有輕微裂縫1道;第⑧組合半幅墻體無(wú)輕微裂縫。
試驗(yàn)結(jié)論:薄壁橋臺(tái)裂縫形成的原因是多方面的,通過上述試驗(yàn)證明,加厚薄壁墻身和承臺(tái)尺寸并在墻體外掛鋼筋網(wǎng)片,鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)臺(tái)身裂縫問題可以得到有效控制,也充分說(shuō)明薄壁臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足是橋臺(tái)裂縫發(fā)生的主要因素。
結(jié)束語(yǔ):通過對(duì)樁基礎(chǔ)薄壁臺(tái)正常使用狀態(tài)的受力分析,最不利的受力狀態(tài)是在完工通車后,在臺(tái)背動(dòng)載與臺(tái)背填土壓力的綜合作用下,墻體受彎矩和水平剪力是自上而下,由小到大分布的,約在墻高1/4處復(fù)合應(yīng)力最大,這與本文試驗(yàn)觀測(cè)的裂縫首先在此位置出現(xiàn)的結(jié)果一致。因此,解決薄壁臺(tái)裂縫問題首先在設(shè)計(jì)橋臺(tái)時(shí),既不能簡(jiǎn)單的加厚墻體尺寸,這樣就改變了薄壁臺(tái)輕巧、節(jié)約工程量的優(yōu)點(diǎn),又要根據(jù)薄壁臺(tái)受力特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),應(yīng)改變和加強(qiáng)最不利薄弱部位的結(jié)構(gòu)尺寸和配筋,建議將薄壁臺(tái)高1/2以下厚墻設(shè)計(jì)為梯形,并相應(yīng)加大承臺(tái)尺寸,增加配筋。
以下為常用的混凝土等級(jí)的配比比例:
1、C20:水75千克,水泥343千克,砂621千克,石子1261千克;
配合比為:0.51比1比1、81比3、68 。
2、C25:水175千克,水泥398千克,砂566千克,石子1261千克;
配合比為:0.44比1比1、42比3、17 。
3、C30:水75千克,水泥461千克,砂512千克,石子1252千克;
配合比為:0.38比1比1、11比2、72。
混凝土按強(qiáng)度分成若干強(qiáng)度等級(jí),混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k劃分的。混凝土的強(qiáng)度分為C7、5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等十二個(gè)等級(jí)。
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