C40鋼管拱肋微膨脹混凝土的配制及應(yīng)用

薛大海

(江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司)

C40鋼管拱肋微膨脹混凝土的配制及應(yīng)用

薛大海

(江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司)

根據(jù)泵送混凝土的可泵性要求，進(jìn)行C40微膨脹混凝土配合比設(shè)計(jì)，為鋼管拱肋泵送混凝土的施工創(chuàng)造條件，滿足了鋼管拱肋混凝土填充性設(shè)計(jì)要求，并對(duì)配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用提出幾點(diǎn)見解供大家探討。

鋼管拱肋;填充用微膨脹混凝土;配合比;應(yīng)用

1 工程概況

興賢橋位于蘇州高新開發(fā)區(qū)，西接文昌路，東接蘇滸路，橫跨蘇杭大運(yùn)河，是溝通運(yùn)河兩岸滸墅關(guān)鎮(zhèn)和滸墅關(guān)開發(fā)區(qū)“兩滸”地區(qū)的主要通道，東西連接312國(guó)道和城鐵高新區(qū)站，橋面左幅和右幅的設(shè)計(jì)總寬度40 m，主橋?yàn)椴捎孟鲁惺较禇U拱橋100.9 m單跨鋼管混凝土系桿拱，，引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，全長(zhǎng)505.5 m。橫向分兩個(gè)拱，拱肋由按三角形排列的三根鋼管和綴板及加勁鋼板組成，直拱肋鋼管直徑為50 cm，壁厚1 cm，截面高度為1.8 m，截面寬度為1.5 m，直拱鋼管拱內(nèi)及綴板內(nèi)灌注混凝土，設(shè)計(jì)為C40微膨脹混凝土。本文就C40微膨混凝土配制并應(yīng)用，提出幾點(diǎn)見解供大家探討。

2 施工技術(shù)要求及措施

(1)拱肋鋼管混凝土要求采用對(duì)稱泵送頂升法連續(xù)灌注成型，綴板腹倉(cāng)內(nèi)混凝土不考慮頂升方案，而是采用自下而上的泵送倒注工藝。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，鋼管混凝土要求采用低水膠比，嚴(yán)格控制水膠比不大于0.35，膨脹混凝土最小水泥用量不小于350 kg要求，坍落度要求在120～180 mm，混凝土硬化后具有微膨脹，且28 d自應(yīng)力在1～2 MPa之間。

(2)根據(jù)施工工藝特點(diǎn)其混凝土拌和物應(yīng)具有良好的流動(dòng)性、保水性、均勻性和穩(wěn)定性，硬化后體積產(chǎn)生微膨脹。對(duì)此我們采取如下相應(yīng)的技術(shù)措施。

①由于該混凝土要求采用了低水膠比，而較底水膠比條件下具有較大流動(dòng)性，滿泵送混凝土要求。對(duì)此選用緩凝高效減水劑，來(lái)降低單位用水量，減小水膠比，延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，減小混凝土坍落度損失，使混凝土在所需的時(shí)間內(nèi)具有良好的流動(dòng)性、粘聚性、保水性，滿足泵送施工及高性能混凝土的要求。

②為了保證混凝土與鋼管內(nèi)壁能填充緊密，在混凝土中摻加適量膨脹劑，它與水泥水化反應(yīng)生成的鈣礬石晶體屬棒狀、針狀晶體，使混凝土產(chǎn)生微膨脹，在鋼管拱肋約束下，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力大致抵消混凝土硬化干縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止減小鋼管混凝土收縮，提高了混凝土的密實(shí)度。

3 原材料選用

(1)水泥:選擇質(zhì)量穩(wěn)定，大型旋窯生產(chǎn)廠家，強(qiáng)度波動(dòng)小，需水量低，活性高，水泥選擇江蘇金峰水泥有限公司生產(chǎn)的“金峰”牌 P.O42.5等級(jí)水泥。

(2)粗集料:選擇連續(xù)級(jí)配碎石，對(duì)石子壓碎值、針片狀含量，含泥量和石粉含量要嚴(yán)格控制，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懟炷翉?qiáng)度及和易性。選擇粒徑為5～25 mm的浙江湖州花崗巖碎石，表觀密度為2.76 g/cm3，含泥量為0.4%，針片狀為5.9% ，壓碎值為 10.8%。

(3)細(xì)集料:砂細(xì)度模數(shù)大，容易引起混凝土運(yùn)輸過(guò)程中離析及保水性差不易泵送，砂細(xì)度模數(shù)小，混凝土拌和物顯得粘稠，泵送較困難。我們選擇細(xì)度模數(shù)為2.76，符合II區(qū)級(jí)配要求，江西贛江產(chǎn)，砂表觀密度為2.69 g/cm3，含泥量為1.1%。

(4)膨脹劑:選用江蘇中凱新材料有限公司生產(chǎn)的UEA低堿膨脹劑，低堿能有效防止堿－骨料反應(yīng)，推薦摻量為8% ～12%，細(xì)度為8%，7 d抗折強(qiáng)度為6.3 MPa，28 d抗折強(qiáng)度為8.4 MPa ，7 d抗壓強(qiáng)度為 34.6 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度52.1 MPa，14 d水中、空氣中 28 d限制膨脹率分別為0.03%、－0.019%。

(5)減水劑:江蘇中凱新材料有限公司NF－1H0緩凝高效減水劑，它屬于β－奈磺酸甲醛高縮合物，減水率為20%，初凝凝結(jié)時(shí)間差+185 min，7 d、28 d天抗壓強(qiáng)度分別為141%、136%。

4 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

(1)確定試配強(qiáng)度(fcu，o)∶fcu，o≥40+1.645 ×5=48.2 MPa。

(2)計(jì)算水膠比:(W/B)

式中:W為水用量;B為膠凝材料總量;αa、αb為回歸系數(shù)，αa=0.53，αb=0.20

fb=fce，g×γc×γf×γs，因未摻入礦物摻合料水泥強(qiáng)度取42.5 MPa。

計(jì)算水膠比為0.43，基準(zhǔn)配合比水膠比取0.38按耐久性要求復(fù)核水膠比，滿足最大水膠比要求。

(3)單位用水量的確定:根據(jù)所要求的混凝土坍落度、碎石的最大粒徑、減水劑的減水率及以往的經(jīng)驗(yàn)，單位用水量為165 kg/m3。

(4)單位水泥用量:C=W/水膠比，基準(zhǔn)配合比水泥用量為434 kg/m3滿足鋼筋混凝土最小水泥用量及填充用膨脹混凝土最小水泥用量不小于350 kg要求。

(5)砂率的選擇:為了滿足混凝土的和易性，根據(jù)采用的原材料骨料品種情況、最大粒徑、水膠比及以往的經(jīng)驗(yàn)取44%。

(6)砂、石用量及配合比確定

采用絕對(duì)體積法計(jì)算砂石用量。由于填充用混凝土膨脹率要比補(bǔ)償收縮混凝土要大，填充用膨脹混凝土膨脹劑摻量，一般控制在10% ～15%之間。本次摻量取10%，為了確?；炷翉?qiáng)度，沒有考慮膨脹劑取代部分水泥。根據(jù)《普通配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55－2011要求，至少做三個(gè)不同水膠比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。三個(gè)水膠比分別取 0.41、0.38、0.35，經(jīng)過(guò)理論配合比計(jì)算及試配，分別檢測(cè)混凝土拌和物的塌落度、抗壓強(qiáng)度容重等性能現(xiàn)列表如下:

組別 水膠比 水/kg/m3砂/kg/m3石子/kg/m3水/kg/m3緩凝減水劑/(kg/m3)膨脹劑/(kg/m3) 砂率/% 坍落度/mm 7 d抗壓強(qiáng)度/MPa 28 d抗壓強(qiáng)度/MPa理論容重/(kg/m3)實(shí)際容重/(kg/m3)1 0.41 402 835 1062 165 4.02 40.20 44 165 47.8 58.6 2510 2500 2 0.38 434 822 1046 165 4.34 43.40 44 160 47.9 61.8 2520 2500 3 0.35 471 790 1047 165 4.71 47.10 43 160 52.4 63.2 2520 2510

經(jīng)試配調(diào)整，配合比的混凝土拌和物的和易性良好，坍落度實(shí)測(cè)160 mm左右，初凝8 h，終凝12 h，由于膨脹劑摻量較大，混凝土塌落度有所損失，但都能夠滿足拱肋對(duì)稱泵送頂升法，綴板腹倉(cāng)內(nèi)(三角形)混凝土連續(xù)灌注成型施工工藝要求。在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)7 d、28 d后測(cè)定立方體強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)該配合比進(jìn)限制膨脹率、限制干縮率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列表如下:

序號(hào) 項(xiàng)目 齡期 性能指要求 實(shí)測(cè)性能標(biāo)1 限制膨脹率(×10－4) 水中14d ≥2.5 1 2 3 2.8 2.9 3.2 2 限制干縮率(×10－4)水中14 d，空氣28 d ≤3.0 1 2 3－1.0－1.0－1.3

混凝土實(shí)測(cè)性能指標(biāo)均滿足填充用膨脹混凝土性能指標(biāo)要求。最終選定3號(hào)試驗(yàn)室配合比。

5 C40微膨脹混凝土的泵送施工及應(yīng)用

蘇州興賢橋鋼管拱肋混凝土施工，技術(shù)含量及難度較大，乃是整座橋梁施工關(guān)鍵，選擇兩臺(tái)HBT60混凝土泵對(duì)鋼管內(nèi)混凝土采用兩側(cè)泵送頂升法，三角形腹倉(cāng)內(nèi)混凝土采用兩側(cè)對(duì)稱倒注法泵送施工。

兩側(cè)對(duì)稱泵送頂升法混凝土施工工藝及流程:混凝土輸送采用水平外接管，施工時(shí)清洗鋼管拱內(nèi)污物→濕潤(rùn)內(nèi)壁→排除內(nèi)壁剩余水→鋼管拱頂安置溢流管，兼作混凝土排氣、溢流填補(bǔ)回落作用，兩拱腳安置壓注頭泵管和閘板止流裝置→連接混凝土泵管→檢查混凝土拌和物性能→兩邊對(duì)稱壓注鋼管內(nèi)混凝土至溢流→穩(wěn)定泵壓15 min后兩側(cè)對(duì)稱利用泵增壓→關(guān)閉閘板止流裝置→混凝土終凝產(chǎn)生強(qiáng)度拆除壓注頭泵管裝置。

兩側(cè)對(duì)稱泵送倒注法混凝土施工工藝及流程:混凝土輸送采用外接管，附加吊車配合→清洗三角形綴板內(nèi)污物→濕潤(rùn)內(nèi)壁→排除內(nèi)壁剩余水→分段在三角型排列綴板頂面安置灌注管及溢流管→綴板頂面合理布置振搗棒下入孔→連接混凝土泵管→檢查混凝土拌和物性能→兩邊對(duì)稱從下向上灌注綴板內(nèi)混凝土至溢流及時(shí)振搗綴板內(nèi)混凝土→對(duì)振搗棒下入孔、溢流管進(jìn)行焊接封閉→等15 min后從三角形綴板頂面對(duì)混凝土增補(bǔ)→混凝土終凝后拆除灌注裝置。

合理選擇泵車混凝土排量及泵壓，減少對(duì)鋼管肋的影響，泵壓控制不宜超過(guò)15 MPa。在整個(gè)混凝土泵送施工中連續(xù)不間斷地保持混凝土供應(yīng)，正常泵送間隔時(shí)間不超過(guò)10 min?；炷涟韬臀锾涠仍?60 mm左右，拌和物均勻粘聚性、保水性和可泵性均良好，鋼管拱混凝土泵送施工比較順利，達(dá)到了預(yù)定的要求和效果。鋼管拱肋內(nèi)混凝土及三角形排列綴板內(nèi)混凝土硬化后超聲檢測(cè)，混凝土密實(shí)，無(wú)孔隙現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)抽樣成型28 d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件24組，平均值為 60.6 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為 2.47 MPa，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，整個(gè)施工過(guò)程和混凝土控制水平良好。

6 結(jié)論

(1)合理選擇混凝土膨脹劑，配制具有微膨脹C40混凝土，使鋼管與混凝土之間充分填充密實(shí)。摻入高效緩凝減水劑，延緩凝結(jié)時(shí)間，降低水灰比，減少水泥用量，提高混凝土流動(dòng)性，滿足鋼管拱結(jié)構(gòu)混凝土采用的泵送倒注法和泵送頂升法施工的技術(shù)要求。

(2)施工中應(yīng)考慮摻入微膨脹后混凝土坍落度有所損失。

(3)應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)膨脹劑進(jìn)行限制膨脹率檢測(cè)，合格后方可入庫(kù)使用，對(duì)摻膨脹劑混凝應(yīng)以抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率和限制干縮率試驗(yàn)，檢驗(yàn)其性能指標(biāo)。

［1］普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程(JGJ55－2011)［S］.中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

［2］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/TF50－2011)［S］.人民交通出版社，2011.

［3］混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(GB50119－2003)［S］.中國(guó)建設(shè)部，2003.

U442

C

1008－3383(2013)04－0115－02

2013－03－11

薛大海(1965－)，男，安徽來(lái)安人，工程師。