桥涵砼强度影响因素讲义.docx
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桥涵砼强度影响因素讲义
浅谈桥涵砼强度
的影响因素
石嘴山市公路工程处
李万举
2002年三月
浅谈桥涵混凝土强度的影响因素
“西部大开发”的历史机遇，促使我市交通基本建设得以快速发展。
近几年来，道路建设项目得到迅速发展，尤其是国家采取加大基础设施建设的力度，刺激需求，拉动经济增长，给道路建设带来了前所未有的好机遇，公路建设也取得了骄人的成绩。
高速公路的建成通车，全区二三级公路的大规模建设，以及全区通县油路的建设，为我市道路交通建设的稳步发展奠定了坚实的基础。
尽管如此，我市道路交通基础建设的任务依然繁重。
而道路桥涵的建设也是其重要建设内容之一。
道路桥涵的设计、施工、监理质量的好坏，直接影响着桥涵以及路段的安全及使用性能。
而桥涵质量的优劣关键取决于桥涵混凝土的强度。
混凝土是由胶凝材料、骨料、水及某些外加剂按适当比例配合，经拌和、成型和硬化而制成的一种人造石材，是一种结构复杂的复合材料。
其物理和力学性质主要受组成材料的物理和力学性质以及水化后复合材料界面性能的影响。
众所周知，混凝土在硬化过程中，由于干燥收缩，温度应力以及不均匀界面等原因，将产生许多微裂纹等原生缺陷，这是水泥混凝土细观构造的一大特点。
它导致表面裂纹的扩赞，最终引起表面的局部断裂。
此外，混凝土中的原生缺陷在骨料周围尤为明显，而骨料硬度一般均大于水泥基质。
当疲劳裂纹扩展时，粗骨料因嵌埋较深不宜脱落，而细骨料则极易脱落。
这就是疲劳磨损在混凝土中的具体过程。
由以上分析可见，疲劳磨损与材料的断裂韧性有极大的关系。
若能减少孔隙、微裂纹等原生缺陷，提高均匀性或增强非均质界面的薄弱区，增大韧性，降低脆性，则混凝土的抗疲劳磨损能力将可改善。
鉴于混凝土的组成特性，总结以往的工作经验以及施工过程的观察，桥涵混凝土强度影响因素主要强度评定，影响强度的原因及强度不足补救措施等。
一．强度评定
JTJ071-94《公路工程质量检验评定标准》规定混凝土试块以15×15×15cm的立方体试块为标准试块，制作试块时应在浇筑地点或拌合地点随机取样。
试样以同龄期的3块试件为一组，一组试件应在同一盘料中抽取，标准养护的试块组数，应按下列规定留置。
（1）连续浇筑大体积结构时，每80～200m3或每工作班制取两组。
（2）上部结构，主要构件长16m以下制取1组，16～30m制取两组，30m以上者制取3组，50m以上者不少于5组，小型构件每批或每工作班至少应制取两组。
（3）每根钻孔桩至少应制取两组；桩长20m以上者不少于3组；桩径大、浇筑时间很长时，不少于4组。
混凝土试块应按需要或规定的龄期送有资质的试验室做试验，由试验室负责人签字，出具实事求是的试验报告。
对未做试块已浇成的混凝土构件，可采用回弹仪测试或钻芯取样，但都必须换算成标准抗压强度值。
由试块试验结果、钻芯取样或回弹仪所测强度值，依据JTJ071-94《公路工程质量检验评定标准》对构件混凝土强度值进行检验评定。
根据其试件组数，有以下两种强度检验评定方法：
1数理统计法：
当试件组数大于等于10组时，采用数理统计方法评定。
2非数理统计方法：
当试件组数小于10组时，可用非数理统计方法评定，
例如：
某桥梁工程上部结构为16m普通钢筋混凝土简支梁，某夜间一次浇筑2根梁，严格按照施工技术规范作业，待拆模发现表面伴有麻面、蜂窝，其设计混凝土强度等级为C25，怀疑其强度不符合要求，决定对留下10组试块的强度进行评定，10组试块的强度代表值为：
22.6、32.6、29.5、24.3、26.4、28.1、25.5、27.7、28.8、29.3。
假定采用非数理统计法评定，则：
而1.15R＝1.15×25＝28.75（MPa）＞Rn＝27.48（MPa），不满足Rmin≥1.15R的条件。
另外，Rmin＝22.7（MPa），而0.95R＝0.95×25＝23.75（MPa）＞Rmin，又不满足Rmin≥0.95R的条件。
现采用数理统计法评定，则：
Rn=27.48（Mpa）
Rmin＝22.7MPa
K1＝1.70，K2＝0.90
Rn-K1Sn＝27.48-1.70×1.5＝24.93（MPa）＞0.9R＝22.5（MPa）
Rmin＝22.7MPa＞K2R＝0.9×25＝22.5MPa
通过计算强度等级符合设计要求。
非数理统计和数理统计评定混凝土强度，其结果不一样。
主要是因为所适用试块组数不一样，试块组数越多，代表性越大。
后一种方法符合JTJ071-94的要求。
经建设单位、设计院和施工单位三方商定，在指定部位钻芯取样，测定混凝土实际强度，并对外表较差的梁作荷载试验，证明梁的承载性能良好，满足设计要求和规范规定。
二．影响混凝土强度的原因
混凝土是由水泥石粘结骨料而成，其存在三种结构组分：
水泥石、骨料及它们之间的界面区。
由其结构组成可知水泥石和骨料的粘结强度是决定混凝土强度的主要因素。
（一）材料规格
（1）水泥：
选用水泥时，一般采用应硅酸盐水泥和普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥根据其特性对混凝土结构强度和使用条件是否适合或有无不利影响。
例如：
1、在钢筋混凝土中采用水泥的标号，一般宜比所配制的混凝土标号属于高标号水泥，如必须使用较低强度等级（与混凝土标号相近）的水泥时，混凝土的水灰比要小，并在灌注混凝土时应施以强力震动捣实。
2、对于大体积的混凝土，当不掺用活性的或填充性的掺合物时，以不使用强度等级高于325号的硅酸盐水泥为宜。
水泥的各向质量指标，均应符合现行水泥标准中的有关要求。
水泥进场时均应附有质量证明文件，并应按此对其品种、标号、出厂日期等进行检查验收。
对于重要结构用的水泥和出厂日期超过3个月以上的水泥，或对进场水泥的质量有怀疑时，使用前应进行复查试验，并按试验结果使用
水泥进场后应分批、分堆存放，妥善保管，并应注意下列各点：
（1）存储水泥应防止日晒、风吹及受潮，不宜和其它化学药品、油脂、糖类及有挥发性物质混放在一起。
（2）在室外露天临时存放水泥时，地板应垫高，一般高出原地面20-30cm，并应用防水布严密遮盖，存放时间不宜过长。
（3）大批水泥的存储应设立专门的水泥库。
水泥库宜设在较高地点，必须经常保持干燥不致受潮；库顶应不漏水；墙壁及地板面应严密，以防潮隔热，地板至少高于地面20-30cm。
（4）水泥库储存的袋装水泥，不应堆置过高，一般以10-12袋为宜，不宜超过1.5m。
水泥堆与墙面至少应留有20cm的距离，水泥堆之间亦保持50-60cm的人行过道。
（5）散装水泥应存储在专用的水泥罐和水泥斗仓中。
如必须堆存在普通水泥库时，则在墙面内壁应铺贴木板或油毡，地板亦应做成双层板中间夹以油毡，或在地板上铺设油毡防潮。
散装水泥入库时应妥善考虑缷存位置，务使先运到的先使，避免积压过久。
散袋水泥应尽量向高堆存，以减少与空气接触面。
水泥试验鉴定项目一般包括：
凝结时间、体积变化均匀性、细度、单位松体积的重量、相当密度。
任何水泥在任何情况下，如具有下列情况，不得使用：
1、有显著受潮结块现象。
2、强度低于22.5Mpa。
3、水泥的细度、凝结时间、体积变化均匀性不合格。
（2）骨料：
桥涵混凝土的细骨料，一般应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂，在河砂或海砂不易采到时，亦可用山砂或硬质岩石加式的机制砂。
凡砂中含泥量超过规定时应用水淘洗后再使用。
设计上有抗渗性、抗冻性要求的混凝土中，所用的砂符合高强度等级混凝土的技术要求。
一般普通混凝土所用的砂子以细度模量2.5-3.5之间的中、粗砂为最合适，砂子的孔隙率一般不宜大于40%。
各类砂应分批检验，各项指标合格才能使用。
粗骨料应选用坚硬的卵石或碎石。
桥涵工程混凝土用的卵石或碎石，须能满足各项技术条件的要求。
根据结构工作的需要采用不同的规格尺寸，由机械或人工加工配制混凝土所用的卵石或碎石，要求质地坚硬、清洁、不含泥块、草木屑及其它杂物。
在高强度等级混凝土或有抗冻性要求的混凝土所用的粗骨料，应符合高强度等级混凝土的技术要求；在硫酸钠溶液中浸至饱和又使其干燥循环5次，其重量损失不超过5%，按照设计要求颗粒级配供施工使用。
施工中一般拌合站大都事先备置大部分骨料，为节省场地，采取大堆堆放。
故备料时，除须符合规范规定规格和配合比设计要求外，不同规格石子应分别堆放，以便分别秤量配料。
对粗骨料要按其技术要求严格掌握，粗骨料的强度只需中等以上就行。
细骨料宜用粗、中砂，如果工地现场不允许，也可用细砂，但含量宜用低限。
粗骨料的最大粒径要严格根据建筑物的最小截面小边尺寸及钢筋间距确定。
此外，石子大堆堆放，经雨水作用，石子中的石粉、尘土及长期堆放所附着之杂物，会沉集于料堆下部。
故料堆下部的石子应筛洗，以保证质量。
（3）拌和用水：
混凝土对水质的有一定的要求，饮用的水，一般均能满足使用条件，使用时不用检验。
其它水质要求水中不应有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质或油脂、糖类及游离酸等。
污水、酸碱度PH值小于4的酸性水及含硫酸盐量按SO3计超过水的质量0.27%的水不得使用;不得用海水拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。
（4）外加剂：
混凝土掺入外加剂，可节约水泥、改善和易性，其掺入量应参照产品说明和试配情况确定，同时要注意有关外加剂的要求。
外加剂掺量要准，应有针对性地选用合理外加剂，目前在混凝土中常采用的外加剂有早强剂、缓凝剂、减水剂、防冻剂及防水剂，如果错用或用量不准，则可能不能达到预期强度。
（5）碱性骨料反应：
当水泥含碱量较高时（超过0.6%），同时又使用含有活性氧化碳的粗骨料（如由流纹岩、凝灰岩等制成的骨料），水泥中碱性氧化物水解后形成氢氧化钠与氢氧化钾，它们和骨料中的活性氧化硅起化学反应，生成不断吸水、膨胀、复杂的碱硅酸凝胶体，造成混凝土开裂，强度、弹性模量下降。
（二）材料配合
配料准确与否，将直接影响混合料的质量。
当水泥标号（或强度）一定时，混凝土强度主要取决于水灰比。
在一定范围内用水量越多，混凝土强度越低。
因水泥水化时所需的结合水，一般约为水泥重量的25%。
在实际工作中为了达到施工必要的流动性，实际所加的水远远大于25%，可达水泥重量的40～80%。
混凝土硬化后，多余的水份蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或小泡，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时孔隙周围产生应力集中，使混凝土强度下降。
如果水灰比过小，即用水量很少时，混凝土混合料过于干涩，在一定的捣实成型条件下，很难保证成型后不产生较多的孔洞（如蜂窝等），会降低混凝土强度和耐久型质量，也难以密实，混凝土中将出现会缩短混凝土构件的使用寿命。
影响水灰比的因素还与骨料的含水量、气候、运输混合料的距离、工具等有关，应采取相应的措施。
最好在浇筑现场经常作坍落度抽验，以便发现问题及时纠正。
有的工地不严格秤量配料，采取定量体积配料，配合比不准确，影响混凝土强度，此种计量方法应予制止。
（三）混凝土拌制和运输：
拌制混凝土时，对所用的衡器应保持准确可靠，对骨料的含水率应经常进行检测，并根据配比调整骨料和拌和水的用量。
混凝土配料的称量要准确，严禁采用定量体积的配制方法，要盘盘过称。
外加剂应先调成适当的浓度的溶液再加入。
装料数量超过标示容量时，其超过值不得大于伴筒标示容量的10%。
混凝土的运输，根据运距的远近和运输量的大小，采用不同的运输设备。
要求运输能力应能够适应混凝土的凝结速度和浇注速度的要求。
在运输方式上可采用：
无搅拌器的运输车、搅拌的运输车、混凝土泵车和胶带运输机等。
根据现场情况灵活选用运输机械。
（四）置模
现浇或预制构件应尽量采用钢摸，钢模变形小，使用寿命长，维修费用低，虽一次购置成本较高，但与木模相比，仍然经济合理。
若使用木模，最好顶面和内壁包贴铁皮。
否则内壁易沾粘，顶面沾染后难以清除干净，影响平整度，立模要注意接缝密贴，高低左右不错位，撑钎加固应稍稠些。
底部缝隙用粘土培堵严密或用石灰砂浆、水泥砂浆堵抹，以防漏浆产生蜂窝。
（五）浇筑方法
混凝土浇筑前，应根据有关规定对支架、、模板、钢筋和预埋件检查、修整及验收；重要结构应会同有关人员进行隐蔽工程验收。
检查的主要项目有：
模板的标高是否与设计符合，构件位置及其截面尺寸是否与设计符合；构件的预留拱度是否正确；所装设的支架是否稳定；支柱的支撑和模板的固定是否可靠；cx，合格后方可进行渡筑。
混凝土按规定的分层厚度、分节长度逐步浇筑，保证其密实度，振捣方式要结合建筑物的规模，振捣时不能漏捣和不均匀振捣，熟练掌握不同振捣方式所需的振捣时间，防止过振，产生离析。
（六）养护的温度和湿度
水泥的水化、凝结和硬化的继续，只能是在一定的温度和湿度情况下进行。
为此必须使成型后的混凝土处于具有一定温度和湿度的环境中养护，可以采用草袋覆盖，并常洒水，使之保持潮湿状态。
为了满足工期限制，可采用蒸气养护。
（七）龄期
混凝土在正常条件下（保证一定的温度和湿度），强度随着龄期的增加而提高。
通常初期强度增长较快，后期增长缓慢。
在标准养护条件下的混凝土强度大致与其龄期的对数成比例：
三．强度不足的补救措施
（一）补救的基本要求
安全可靠，不留隐患，满足使用要求，经济合理，条件许可，施工方便、操作安全。
（二）强度不足事故的处理原则
（1）查清结构或构件混凝土的实际强度或承载能力，供选择处理方法时参考。
（2）分析利用后期强度的可能性，以简化处理。
应考虑的因素有：
混凝土质量情况，预计后期强度增长情况，以及加载时间与荷载值等。
（3）综合考虑混凝土标号与结构或构件的受力性质，来分析标号不足时实际承载力的影响。
一般而言，混凝土标号降低后对受弯构件的承载能力影响较小，而对轴心受压、冲切等构件的承载影响较大。
（三）具体措施
（1）对尺寸大、受力集中的梁肋，加固时维持原梁高度不变，采取两侧加喷射混凝土，下侧凿除原保护层，增配主筋后，重新用喷射混凝土做出保护层。
（2）对隐藏在混凝土内部不太严重的缺陷，可采用水泥压力灌浆进行补强。
每次灌浆时，对耗用的水泥量、最终压力及灌浆时间都作详细记录。
对蜂窝麻面进行敲击清理，对那些蜂窝周围混凝土很密实的表面缺陷，用1∶2水泥砂浆涂抹处理。
（3）对强度严重不符合设计要求，应果断地处理掉，不可因情面凑合使用，否则会出大事故。
四．结束语
本文综合考虑了影响桥涵混凝土强度的诸多因素，以及在施工过程中的质量要求和控制措施。
通过采取以上的方法和措施，我处近年来所组织施工的桥涵工程均达到优良标准和施工规范的技术要求。
当然，影响桥涵混凝土强度的因素还很多，还需要进一步的探索和研究，有不妥之处还请专家指正。
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