随着我国桥梁工程的大量修建,并向大跨度、海洋环境等方向发展,桥梁混凝土的耐久性引起了广大学者、工程建设者和管理者的高度关注.桥梁混凝土自身的耐久性能对整个桥梁的服役状态起着重要作用,因此如何加强桥梁混凝土生产质量控制,从源头上提高混凝土的质量显得尤为重要.
现阶段桥梁混凝土生产过程中多由施工方自行拌和,部分市政工程桥梁混凝土由商混站供应.在自行拌和的过程中,桥梁混凝土的品质最终通过取样混凝土的强度和耐久性指标来代表全过程,而桥梁混凝土整个生产过程包括原材料选择、配合比设计、原材料和生产过程控制、现场新拌混凝土测试、混凝土施工和取样混凝土检测等诸多环节,并不能全部通过取样混凝土来表征,而应该注重全过程的控制.
广深沿江高速深圳段起自东莞深圳交界处东宝河口,终于南山区月亮湾大道,主线长30.45km(桥梁约占99.7%).设计为双向8车道,主线行车速度100km/h.工程混凝土用量巨大,本文针对施工方自行拌和的情况(商混站供应在此不做讨论),简析现阶段混凝土生产过程中的各环节易出现的问题以及其产生的根源,提出了桥梁混凝土集中拌和生产模式的解决方案,以供同行借鉴和参考.
1现阶段混凝土生产普遍存在的问题
现阶段施工方自行拌和的桥梁混凝土存在原材料重视不足、配合比优化不够、生产质量控制不严和取样代表性不强等问题,在一定程度上影响了桥梁混凝土的质量.下面就以上问题一一论述.
1.1原材料重视不足
目前,混凝土原材料中水泥一般为甲控材料,均为国内知名品牌,品质较为稳定.但掺合料和减水剂大多为业主方提出技术指标,施工方自主选择材料.施工方在选择的过程中对于原材料的保供和价格方面考虑较多,对性能指标是否优良以及稳定性考虑相对较少.实际上性能优良的原材料往往可以降低混凝土的用水量和胶材用量,其性价比更有优势,更为重要的可提高混凝土的耐久性.
在施工过程中,砂石料级配、粉煤灰的细度、烧失量和含碳量、减水剂固含量和减水率等的波动对混凝土性能影响响应迟钝.这些指标存有波动时,虽能满足技术指标要求,但是其对混凝土的品质有较大影响[1].
另外,大方量混凝土施工过程中原材料的储备、检测和施工工期存在矛盾,往往前两者让步于施工工期.
1.2生产质量控制不严
混凝土拌和生产过程中,施工配合比在理论上应根据理论配合比在考虑砂、石料含水率的基础上进行调整得出,但实际生产过程中是根据达到实验室试配的坍落度来实现的,至于实际混凝土中的用水量严格意义上来说是未知的[2].混凝土中水与胶凝材料发生水化反应是形成强度的重要因素之一,水在拌和物中以游离形式存在是保证和易性、满足施工性能的关键.参与水化的用水量(水灰比)的多少决定混凝土的强度及耐久性(抗渗透性、碳化性、收缩性、抗冻性等);游离形式水的多少直接影响和易性,对施工工艺性能有很重要的作用.混凝土的用水量既反映水灰比的大小,又反映浆骨比的大小,因此有效地控制混凝土的单位用水量具有实际意义[3,4].
(1)砂石料含水率的影响.砂、石料的含水率本身存在着不均匀,如面层的含水率和堆场里面有较大差别,同时受雨天影响较大.而砂的含水率对混凝土的实际用水量影响较大,在泵送混凝土中,相差1%的含水率往往用水量相差7~8kg.
(2)原材料波动的影响.如混凝土实验室试拌时减水剂的减水率为30%,而施工时减水剂的减水率为28%,同样都满足高性能减水剂的要求,但是这种细微的变化就会导致混凝土中用水量的变化.关于减水剂还有含固量的变化、引气的变化.同理,砂石级配(砂的细度模数)、粉煤灰的细度、需水量比和烧失量的波动均会影响混凝土的用水量.当这些因素协同变化的时候,可能会造成用水量较大的波动.
(3)搅拌设备的影响.实验室试配时使用的搅拌机与现场拌和的搅拌设备存在差异,实验室一般为单轴搅拌机,而现场多为双轴搅拌机,在相同配合比情况下拌和出来的新拌混凝土的工作性能也存在一定的差别,如达到相同的坍落度,两者的用水量存在差别.
(4)施工设备的影响.现场施工过程中,由于泵送设备的泵送能力不同,有些较好设备在现场坍落度为160mm左右就能泵送,有些可能需达到180mm,甚至是200mm以上才能泵送,如在实验室试配过程中对此考虑不足也会造成对混凝土质量的影响.
1.3取样代表性不强
在上节论述的情况下,往往会造成混凝土强度和耐久性指标不能满足要求,但实际情况往往由于取样时会偏向于取坍落度较小的留样,不能完全代表整个混凝土生产情况.
2管理解决方案 针对以上出现的问题,笔者提出了设立单独拌和站集中拌和的解决方案.混凝土集中拌制曾在国内某些桥梁工程中采用过,其模式为由商混站购买原材料、拌制混凝土供应给各个标段.该模式主要有两个弊端,其一,由于原材料由商混站提供,其品质往往不太理想;其二,混凝土生产过程中为了降低成本,往往施工过程中自行调整配合比,与报批的配合比存在较大差别.考虑到上述问题的根源为商混站与混凝土生产过程存在利益关系,在此基础上将两者剥离,商混站成为来料加工厂,只负责本工程混凝土的生产,业主付给其加工费.同时,对商混站的生产管理提出严格要求,尤其将生产过程中的标准差控制水平作为商混站选择的一个重要依据,同时要求其自动记录所有混凝土生产过程中的配合比参数,便于随时抽查.
该模式具有以下几个优点.
(1)剥离利益关系、提高原材料质量.由于拌和站与混凝土成本没有了直接关系,不会因为降低成本而考虑原材料和配合比.这样业主就可加大原材料甲控范围,将混凝土原材料甲控范围由原来的水泥扩大到砂石料、掺合料和外加剂,这样可有效提高原材料质量,为混凝土质量提供源头上的保障.同时,由于所有标段的原材料相同,为统一设计配合比提供了基础.现阶段各个标段设计配合比时,往往存在对桥梁混凝土配合比设计理念的理解不同,在掺合料的应用、胶材用量上存在一定的差别.如某桥梁混凝土配合比设计时从桩基、承台到墩身,均采用60% P.Ⅱ水泥+20%粉煤灰+20%矿粉,该胶材比例没有考虑不同结构的特点,对粉煤灰和矿粉对混凝土的工作性能和耐久性能的影响考虑,较为模糊.再如,配合比设计过程中对混凝土的耐久性考虑相对较少,在可掺入50%掺合料时往往只掺入40%,仅为在离散情况下强度能够达到设计要求.配合比统一设计可缓解这一问题,同时便于配合比的优化.
(2)提高控制水平.由于拌和站在混凝土生产、运输、泵送设备方面有着丰富的经验,建立有完整的质量保证体系和严格的管理制度,同时招投标时对拌和站生产控制水平提出了高要求,这有利于降低混凝土的标准偏差,提高混凝土的匀质性.由于标准偏差的降低,可降低混凝土的试配强度,继而可降低混凝土的胶材用量或为胶材比例的调整提供更大的空间,便于提高混凝土的抗开裂性能.
(3)提高拌和能力.由于混凝土的集中拌制,将原来的各个标段建立拌和站变为了集中建立1~2个拌和能力更大的拌和站,提高拌和能力.现阶段桥梁施工过程中,超大体积混凝土(主桥承台)方量大,施工单位建拌和站往往不能满足浇筑时间要求,导致大体积混凝土浇筑时间过长(超过48h),在一定程度上影响混凝土质量,如采用集中拌和,可提高拌和能力,大大缩短浇筑时间.同时,这些超大构件施工完成后,浇筑小构件时施工单位拌和站往往又存在拌和能力富余,导致拌和楼使用率降低,如集中拌和,可为其他标段提供混凝土,提高了拌和楼使用率.
(4)降低投入.采用混凝土集中搅拌方式,有利于节约混凝土搅拌设备及材料堆场的投资,避免重复投资,同时可大大节约临时土地资源和资金投入.按一个标段建一个搅拌站平均占地25亩(1亩=666.7m2,下同)计算,4个标段需占地100亩土地,如采用集中拌和,则只需40亩土地即可.按某桥梁工程60万m3混凝土计算,集中拌和需要投入资金约3 000万元,如4个标段均建立拌和站,约投入资金约6 000万元,经济效益十分可观.另外,运营的人力和维修成本也可相应降低.
3结语
采取设立单独拌和站集中拌和,可提高混凝土生产控制水平、混凝土匀质性,提高拌和楼使用率和降低资金投入,有效避免现阶段桥梁混凝土生产质量控制存在的问题,但其也存在着繁忙施工期混凝土供应、混凝土质量认定等问题,还需要进一步探索.
参考文献:
[1] 杨华舒,邓学会,朱芝典.用配合比分析方法控制混凝土工程的质量[J].云南工学院学报,1994,10(1):54-59.
[2] 李玉琳,廉慧珍.加强施工质量的过程控制 [J].建筑技术,2009,40(5):429-431.
[3] 廉慧珍,李玉琳.当前混凝土配合比"设计"存在的问题[J].混凝土,2009,(3):1-5.
[4] 乔志伟.混凝土质量控制及防护措施[J].公路,2008,(2):58-61