【DOC】大风、干旱、大温差地区高性能混凝土配合比和养护方式现场.doc

大风、干旱、大温差地区高性能混凝土配合比和养 护方式现场试验墩研究方案 大 风、干旱、大温差地区 高性能混凝土配合比和养护方式现场试验墩研究方案兰新铁 路新疆有限公司高性能混凝土咨询项目部二〇一〇年五月1 研究背景新建兰新铁路 第二双线新疆段全长 713.4km，设计时速 350km／h 以上，由中铁第一勘察设计院 集团有限公司设计该段沿线经过天山东脉北山南麓丘陵区，哈密、吐鲁番盆地北缘 山前冲、洪积平原区，东天山博格多山南坡低中山区和准噶尔盆地南缘山前冲、洪积 平原区等地区新建兰新铁路第二双线新疆段穿越的地区气候环境较为恶劣，主要 表现在以下几个方面：1 线路穿越风区，风期长、风力大线路穿越百里风区、三十里 风区等五大风区，区段内风速高，最大风速达 60m／s；风期长，局部地段大于 8 级 风的天数已超过 200 天2 沿线严重干旱缺水、蒸发量远大于降水量线路穿越地区 严重干旱缺水，线路穿越的四个地区的年降水量均较小，年均降水量最大的准噶尔 盆地南缘山前冲、洪积平原区年降水量为 271.4mm，而哈密、吐鲁番盆地北缘山前 冲、洪积平原区年均降水量仅为 16.2mm，但四个地区的年均蒸发量均在 2000mm 以上，其中天山东脉北山南麓丘陵区年均蒸发量达到 3301.6mm。

3 夏季高温、冬季 低温、昼夜温差大线路穿越地区夏季极端气温均在 30℃以上，最高达到 47.7℃，而 冬季极端气温又非常低，最低达到－41.5℃因为夏季高温是由太阳直射造成的，晚 上又受大风影响，气温降低较多，因此昼夜温差较大2 现场试验研究的必要性由于 新建兰新铁路第二双线新疆段穿越区段具有大风、干旱和大温差三大特点，因此该 线对高性能混凝土配合比的设计及施工后的养护方法要求较高若混凝土结构在施 工完成后，不采用合理、有效的养护方式对混凝土进行养护，势必会导致混凝土内部 水分大量向外散失，影响水泥和胶凝材料的水化，使混凝土强度增长缓慢另外，由 于大量的水分散失，会导致较大的干燥收缩，在混凝土表面产生大量的干缩裂缝裂 缝的1产生将导致混凝土结构抗冻性、抗渗性、抗化学腐蚀性以及抗风蚀性等耐久性 严重降低，使混凝土结构无法满足设计的 100 年使用期限传统的养护方式，如洒 水养护又因为当地缺水，很难进行，为了避免这种情况的发生兰州交通大学提出了 在拆模后的混凝土表面先包裹一层保湿膜，然后再包裹一层保温膜的混凝土双层包 裹养护方法兰州交通大学对所提出的双层包裹的混凝土养护方法的有效性在实验 室进行了试验研究，模拟现场环境对混凝土进行了养护，并对其进行了强度和相关 耐久性指标的测试。

但由于现场环境条件较为复杂，加之又随时在发生变化，因此实 验室无法做到精确模拟现场情况，所以选取具有典型气候和环境地区的典型桥墩进 行现场试验，并对相关性能进行测试，对于验证和优化高性能混凝土配合比和该种 养护方式具有重要意义通过预埋在现场实际混凝土构件内的测试元件得到的测试 数据，可以掌握混凝土在养护期间的温度和应力变化规律，确定该养护方式与混凝 土配合比的适应性另外，通过测试数据可以对配合比和此种养护方式进行优化和 改善，在保证按实际配合比浇注的混凝土不产生裂缝的同时尽可能降低养护的经济 成本，对保证兰新铁路第二双线新疆段全段后续的混凝土工程质量及推广这种养护 方式起到至关重要的作用3 现场试验拟研究的内容和目的3.1 通过对比试验，确 定配合比和双层养护方式的有效性以及相互的适应性在具有典型恶劣气候或环境的 桥梁桥址附近，修建两座对比桥墩作为研究对象两个对比试验墩分别采用临时配合比和优化后的配合比浇注用临时配合比浇注的试验墩采用传统的包裹养护方式， 即塑料薄膜棉毡彩条布采用优化后的配合比浇注的试验墩采用双层养护方式，即 保湿膜保温膜的方式进行包裹养护另外，在两种桥墩施工同时预留混凝土强度测 试试件和相关耐久性测试试件。

通过测试两种养护方式养护的混凝土结构表面裂缝 开展情况、裂缝深度、裂缝宽度、强度、抗冻性、抗渗性、抗磨蚀性、抗化学腐蚀性等 指标比较两种养护方式的优劣，从而确定高性能混凝土配合比和双层养护方式的有 效性以及相互的适应性23.2 监测混凝土的内外温度以及温度应力的大小变化规律， 判断裂缝的产生试验墩混凝土浇筑前，在混凝土内部埋设温度测试元件和埋入式混 凝土应变计或钢筋应力计等应力测试元件，测试混凝土浇筑完成后水化过程中及养 护期间混凝土内外不同部位的温度变化、混凝土应力变化情况和规律，通过对混凝 土内外温度的实时监控，了解混凝土内外温差的大小，判断是否会产生较大温度应 力而导致混凝土结构产生温度裂缝另外，由于混凝土拆模时要求混凝土芯部与表 层、表层与环境的温度温差不宜大于 15℃，在混凝土内部的温度元件可以提供准确 的拆模时机3.3 监测混凝土表面干燥收缩应力大小及变化规律，优化配合比和双 层养护方式导致混凝土产生裂缝的原因较多，而 3.2 中的措施仅能确定混凝土水化 过程中内外温差和养护期间外界温度变化产生的温度应力是否产生温度裂缝而大 风天气和强蒸发也会导致混凝土表面开裂干燥收缩裂缝，为测试大风和强蒸发的影 响，监控混凝土表面拉应力和温度的变化规律，由监控数据对高性能混凝土配合比 和双层包裹的养护方式进行优化，如调整保温保湿材料厚度等参数，从而使混凝土 配合比和双层养护方式更为有效和经济。

4 现场试验拟研究对象的选取根据新建兰 新铁路第二双线新疆段穿越区段的气象资料，各方共同协商之后，经指挥部研究决 定，现场试验拟选择四个环境条件极为恶劣的混凝土桥墩工程进行研究1 DK1451＋335 十三间房特大桥十三间房特大桥位于十三间房，桥址处沟槽宽阔，宽 约 350m，深约 20m，在两凸起的山坡之间由于地处沙漠中，常年无水，加之大风 的侵袭，地表覆盖的一层土呈褐色，寸草不生十三间房附近为兰新铁路第二双线新 疆段最大的风区，主要是风速高最大风速可达60m/s、风期长据 2002 年至 2007 年 大风监测系统资料统计，兰新线百里风区大风天数约 131 天、季节性强每年冬春交 替季节大风最为集中，占全年大风天数的 30以上，风速也最大、变化速度快15～40 分钟内风速可由 0～5m/s 迅速增加到 19～20m/s3以上的特点2 D1K1567＋248 跨 X064 县道大桥跨 X064 县道大桥位于鄯善附近，夏季温度很高、蒸发量比较大 的区段，极端最高温45.2℃，最冷月平均气温－10.7℃3 DK1735680 20—32M 特大 桥本桥位于吐鲁番市和乌鲁木齐市达坂城区境内，沿既有兰新铁路南侧向西，全长 665 延米，距离既有兰新铁路较近。

本桥处于三十里风区，风区大风频繁，风力强劲， 对铁路的修建影响很大大风多集中在每年的春秋季节，最大风速大于 40m/s，主导 风向 N100～500W线路所经之处大风频繁，风力强劲、风速变化剧烈每年 8 级 以上的风期平均就达156 天之多4 DK1831＋359 跨乌鲁木齐河特大桥跨乌鲁木齐 河特大桥位于准噶尔盆地南缘山前冲、洪积平原区，是兰新铁路第二双线新疆段冻 季温度最低区段，极端最低温度－41.5℃，长达 4～5 个月的冬季寒冷期 5 现场 试验测试仪器、测点布置5.1 现场试验测试仪器1 裂缝测试仪器采用 DJCK—2 裂缝测宽仪读取裂缝宽度；DJCS—05 裂缝测深仪读取裂缝深度；采用皮尺量测裂缝长 度2 混凝土温度和应力测试元件混凝土桥墩内外不同部位的温度采用 JMT 型温 度传感器测试，该传感器技术指标为：测试精度为±0.5℃，测量范围为 －20℃～＋125℃，最高可达＋150℃，线性误差为±0.3℃混凝土内部应力可采用埋 入式混凝土应变计或 ZX—416AT 钢筋应力计测试，技术指标如下：1 量程 ±300MPa；2 灵敏度 0.1MPa；43 使用环境温度 －10℃～＋70℃；4 温度测量范围 －20℃～＋110℃；5 温度灵敏度 0.1℃；6 温度精度 ±0.5℃。

混凝土表面温度和应力 采用 ZX—2XXX 表面应变仪测试，其技术指标如下：1 量程 ±1200με；2 灵敏度 1με 或 0.1Hz；3 测量标距 GLZX—212CT 型：128mm4 使用环境温度 －10℃～＋70℃；5 温度测量范围 －20℃～＋110℃；6 温度灵敏度 0.1℃；7 温度精 度 ±0.5℃5.2 测点布置1 DK1451＋335 十三间房特大桥试验墩测点布置十三间房 特大桥处于百里风区，设计方对桥墩结构形式尚未确定经与施工单位协商，该处试 验墩采用矩形实体墩的结构形式，截面尺寸 2×6m，墩高 3～4m温度测点沿桥墩 高度共布置两个截面，一个截面布置在距墩底 1.0m 处，一个截面位于距墩顶 1.0m 处应力测点沿桥墩高度共布置一个截面，位于 1／2 墩高截面每一个截面的测试 元件布置如图 1所示5● 混凝土温度和应力测点 ○ 混凝土温度测点单位：cm图 1 矩形试验墩测点布置平面图2 D1K1567＋248 跨 X064 县道大桥试验墩测点布置● 混凝土温度和应力测点 ○ 混凝土温度测点单位：cm图 2 双柱式试验墩测点布置平 面图6经与施工单位协商，跨 X064 县道大桥试验墩采用兰乌二线施桥参 03—6 双 线双柱式桥墩的结构形式，墩高 3～4m。

温度测点沿桥墩高度共布置两个截面，一 个截面布置在距墩底1.0m 处，一个截面位于距墩顶 1.0m 处应力测点沿桥墩高度 共布置一个截面，位于 1／2墩高截面每一个截面的测试元件布置如图 2 所示外 侧测点距混凝土表面 5cm3 DK1735680 20—32M 特大桥经与施工单位协商， DK1735680 20—32M 特大桥试验墩采用通桥 20084301圆端形实体墩的结构形式， 墩高 3～4m温度测点沿桥墩高度共布置两个截面，一个截面布置在距墩底 1.0m 处，一个截面位于距墩顶 1.0m 处应力测点沿桥墩高度共布置一个截面，位于 1／2 墩高截面每一个截面的测试元件布置如图 3 所示● 混凝土温度和应力测 点 ○ 混凝土温度测点单位：cm图 3 实体试验墩测点布置平面图4 DK1831＋359 跨乌鲁木齐河特大桥试验墩测点布置经与施工单位协商，跨乌鲁木齐河特大桥试验 墩采用通桥 20084301圆端形实体墩的结构形式，墩高 3～4m温度测点沿桥墩高 度共布置两个截面，一个截面布置在距墩底 1.0m处，一个截面位于距墩顶 1.0m 处 应力测点沿桥墩高度共布置一个截面，位于 1／2 墩高截面。

每一个截面的测试元 件布置如图 3 所就獠嗖獾憔嗷炷帘砻?5cm76 温度和应力测试元件的预埋模板 安装前，施工单位要通知现场测试人员到场，指导测试元件和连接导线的布置测试 元件应按 5.2 节中的要求说明，牢固准确的定位连接导线应合理平顺牢固的引致 数据采收装置在所有测试元件和连接导线布置完毕后，须进行整套设备的检测和 调试在确保所有测试元件都能正常工作的前提下，方可进行下一个工序的施工 7 试验墩的施工7.1 施工注意事项试验墩的施工过程中，除了要遵守铁道部和兰新铁 路新疆公司的有关规范标准和文件外，还应注意以下方面1 场地的准备试验墩的场地要选在选定桥梁的桥墩附近，与设计桥墩应有相同的环境条件因试验墩墩高 3～4m，且不受上部荷载，只受自身的重力荷载作用，所以对地基的要求不高，但场 地必须平整压实，并保证三通场地准备好之后，报经现场测试人员查看批准后，方 可进行下一工序的施工2 模板的安装模板安装前，施工单位要通知现场测试人员 到场指导测试元件和连接导线的布置施工过程中要严格按照模板的施工规范正确 安装模板，确保混凝土拆模后的表观质量3 混凝土的配制按照选定的桥墩高性能 混凝土临时配合比报告单和优化后高性能混凝土配合比准备试验所需的原材料，经 现场测试人员检查无误后，由经过验收批准的混凝土搅拌站进行混。