摘要: 介绍了模袋混凝土的性能及用途, 以沧州地区京沪高速公路泊海连接线护坡为例, 叙述了模袋混凝土配合比设计方法。
关键词: 模袋混凝土; 配合比设计; 施工
中图分类号: TV 431 文献标识码:A
土工模袋(简称模袋) 是一种采用合成纤维机织而成的单层或双层织物作成的袋子。模袋混凝土是在模袋内灌注具有一定流动性的混凝土拌和物, 硬化后成为具有一定强度, 能够承受各种外力作用的混凝土。模袋混凝土技术是交通部从日本引进的, 主要用于公路和港口护坡、土坝上下游护坡、渠道和河道岸坡等工程。
模袋混凝土护坡, 是借模袋内灌注混凝土后的自重和模袋混凝土成型后与坡面的摩擦力使边坡稳定。模袋可根据施工现场的地形条件及主要功能, 由设计者提出各种类型, 在工厂加工生产, 可以适应各种变化复杂的地形, 便于施工。灌注模袋的混凝土拌和物必须具有一定的流动性, 使混凝土拌和物顺利地充灌到模袋的各个部位。由于模袋自身具有透水性, 加上充灌时的压力, 使混凝土中的部分水分被挤压而流出模袋, 从而降低混凝土的水灰比, 加速其凝结硬化, 获得较高密实度和较高强度的混凝土。
1 工程概况
京沪高速公路泊(头) 海(丰) 连接线, 全长105 km , 路宽12 m , 双车道, 由沧州市交通设计院设计, 一年后建成使用。L - 2 合同段经过1. 6 km 的盐池, 水深1. 2 m , 选用模袋混凝土做公路护坡。模袋混凝土护坡设计强度等级为C20, 施工单位要求混凝土坍落度为180～ 220 mm。
2 原材料
1) 水泥。选用普通硅酸盐水泥(P. 032. 5) , 各项技术指标如表1。
2) 细骨料。石家庄市新乐河砂, 细度模数M x = 2. 7, 表观密度ρo= 2. 60 g/ cm 3, 堆积密度ρo = 1 490 kg/m 3, 孔隙率ρ= 43% , 含泥量1. 8% , 泥块含量0. 9% , 颗粒级配见表2。
3) 粗骨料。天津市蓟县碎石, 粒径10～ 20 mm , 表观密度ρo = 2. 69 g/ cm 3, 堆积密度ρo = 1 510 kg/m 3, 孔隙率ρ= 44. 0% , 含泥量1. 3% , 泥块含量0. 2% , 针片状颗粒含量2. 4% , 压碎指标8. 4% , 颗粒级配见表3。
4) 粉煤灰。沧州市发电厂粉煤灰, 经试验符合Ⅲ级灰标准。
5) 水。混凝土拌合用水为黄骅盐场生活区地下深井水, 水质符合混凝土用水标准要求, 试验结果见表4。
以上各种材料均符合有关标准规定。
3 模袋混凝土配合比设计
3. 1 模袋混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计的区别
1) 水泥浆量大。由于泵送和填充模袋的要求, 需要混凝土拌合物流动性大, 而不产生泌水和离析, 因此模袋混凝土的水泥浆量要大, 一般占混凝土总量的30% 左右。
2) 砂率大。在砂率的选择上, 普通混凝土的砂率是根据水灰比、石子的最大粒径和级配来决定, 而模袋混凝土的砂率是根据施工流动性和混凝土拌和物填充模袋的难易程度来决定。由于混凝土流动性大, 砂率对拌和物的和易性影响较大, 砂率不当, 容易产生泌水和石子离析。按一般大流动性混凝土的砂率, 虽然能满足泵送施工的需要, 但填充模袋会出现困难。因此, 砂率不仅要满足泵送的要求, 还要满足填充模袋的要求。另外,较大的砂率会使混凝土强度下降, 所以选择砂率时要考查混凝土强度。一般模袋混凝土的砂率在50% 左右。3) 石子粒径小。石子最大粒径是根据模袋混凝土的厚度来决定的, 一般150～ 250 mm 厚的混凝土, 最大粒径选择20 mm 为宜, 石子过大不宜充灌模袋。
4) 掺入粉煤灰。模袋混凝土拌合物需要较多的胶凝材料, 全部用水泥势必造成浪费, 必须要掺用一定量的粉煤灰。既可以增加混凝土拌合物的流动性, 同时还可以替代一部分水泥, 节约成本, 一般采用超量取代法。
5) 掺入混凝土高效减水剂或泵送剂。掺入外加剂后可减少用水量, 节约部分水泥, 同时增加和易性。此工程由于甲方原因而没有使用。
3. 2 泊海连接线公路护坡模袋混凝土配合比设计
1) 计算试配强度。依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 5522000) 的规定, 混凝土试配强度f cu, o= f cu, k+ 1. 645R, 标准差依据《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204) R 取5. 0M Pa, 经计算试配强度f cu, o=28. 2M Pa。
2) 计算水胶比。由于做混凝土配合比设计时, 水泥28 d 强度还没有检测结果, 根据以往的经验此水泥富余系数取1. 05。W /C + F = A f ce/(f cu, o+ A B f ce) = 0. 53, 符合JGJ 55- 2000 规程中最大水灰比之规定。
3) 确定初步用水量。根据设计坍落度的要求及粗骨料的最大粒径, 选择初步用水量W 0= 230 kg/m 3。
4) 计算水泥初步用量。C= 434 kg/m 3。
5) 计算粉煤灰用量。根据《粉煤灰混凝土应用技术规程》(GBJ 146- 90) , 选定粉煤灰取代水泥率为10% ,超量系数1. 5, 取代后的水泥用量C0= C × (1- 10% ) = 391 kg/m 3, 粉煤灰用量F 0= 1. 5× (434- 391) =65 kg/m 3。
6) 选择砂率SP。砂率的大小对模袋混凝土的流动性、粘聚性、保水性, 特别是对模袋的填充性, 起着至关重要的作用。模袋混凝土的砂率比普通泵送混凝土的砂率要大得多, 较大的砂率使混凝土强度下降。分别考查了不同水灰比下砂率对坍落度、扩展度(填充性) 及强度的影响。优化试验的结果砂率确定为49%。
7) 计算砂、石用量(表观密度法)。按混凝土表观密度ρ0 = 2 430 kg/m 3, 计算出砂子S 0= 826 kg, 石子G0= 918 kg。
8) 模袋混凝土各种材料用量: C0= 391 kg/m 3,W 0= 2 430 kg/m 3, S 0= 826 kg/m 3, G0= 918 kg/m 3, F 0=65 kg/m 3。
9) 试验调整。经试验测得混凝土拌和物坍落度为220 mm , 扩展度为640 mm , 粘聚性、保水性均良好; 测得混凝土表观密度Ρ0= 2 415 kg/m 3, 与计算值2 430 kg/m 3 之差的绝对值不超过计算值的2% , 故各种材料可不做调整; 以W /C = 0. 53 为中间值增减0. 05 制作三组标准试件, 经过标准养护28 d, 测得抗压强度为23. 8M Pa、29. 5M Pa、34. 3M Pa。选择了W /C = 0. 53 这一组。
10) 试验室配合比。经过计算、试验调整得出C20 模袋混凝土的试验室配合比, 见表5。
4 结论
使用以上配合比施工, 和易性、可泵性均良好, 实测坍落度210 mm , 28 d 抗压强度达到24. 8M Pa, 满足设计要求。
参 考 文 献
[1 ] JGJ55- 2000, 普通混凝土配合比设计规程[S ].
[2 ] GBJ146- 90, 粉煤灰混凝土应用技术规程[S ].
[3 ] 陶同康.土工合成材料与堤坝渗流控制[M ]. 北京: 中国水利水电出版社, 1998.
[4 ] 土工合成材料应用技术规范汇编编委会.土工合成材料应用技术规范汇编[M ]. 北京: 中国标准出版社, 1999.
