自密實混凝土在鋼混結合段中的應用

【摘 要】鋼混結合段是結構特性和材料特性的突變點，因而成為混合梁橋施工的關鍵部位。鄂東長江公路大橋是一座主跨926m的混合梁斜拉橋，在其施工過程中，通過混凝土配合比的優化設計及現場澆筑工藝試驗，將自密實混凝土成功應用于主梁鋼混結合段。

【關鍵詞】自密實混凝土；鋼混結合段；配合比設計；工藝試驗

引言

自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，SCC）指混凝土拌合物主要靠自重、不需要振搗即可充滿模板和包裹鋼筋，屬于高性能混凝土的一種。該混凝土具有高流動性、良好的施工性能和穩定性，混凝土硬化后具有良好的力學性能和耐久性。此外應用自密實混凝土還有許多優點，如：加快施工速度、節省勞動力、提高混凝土質量、減少噪音污染、降低綜合造價等。由于自密實混凝土的許多優點，世界上許多國家相繼進行了研究和應用。日本于1983年研制開發了自密實混凝土，并在明石海峽大橋工程中大量應用；德國預制行業應用自密實混凝土可降低造價3.5%~6.8%，并頒布了自密實混凝土技術規范；丹麥在地鐵和隧道中都應用了自密實混凝土。

1 工程概況

湖北鄂東長江公路大橋是國家“十一五”重點交通建設項目，其主橋為橋跨布置（3×67.5+72.5+926+72.5+3×67.5）m的雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋，跨徑位居同類型橋梁世界第二。主梁中跨采用PK斷面鋼箱梁，邊跨采用與中跨同斷面外形的混凝土箱梁，鋼混結合段設在中跨側距索塔中心線12.5m處，設計為有格室的后承壓板結構，該構造形式在國內混合梁斜拉橋中尚屬首次應用。結合段單個格室長2m、寬1.2m、高0.8m，格室頂、底板布置有Φ22×140剪力釘，腹板上設有PBL鍵，格室內填充混凝土，縱向通過鋼筋和預應力鋼束與混凝土箱梁連接。鋼混結合段結構如圖1、圖2所示。

圖2 主梁鋼混結合段縱斷面圖

鋼混結合段靠近橋塔根部，受主跨傳來的最大軸力達25000tf以上，軸力通過鋼格室承壓板及PBL鍵傳遞至格室內的混凝土，再由混凝土擴散、過渡至混凝土箱梁。因此，混凝土在鋼格室內的澆筑質量直接影響結構受力。但鋼格室內鋼筋、預應力管道、PBL鍵和剪力釘分布密集，澆筑空間狹窄，且混凝土只能通過格室頂板上的澆筑孔進入，再加上PBL剪力鍵要求混凝土與其緊密包裹。因此，鋼混結合段混凝土要求具有優良的施工性能，以保證密實澆筑和良好的穿越開孔的性能，為此采用自密實混凝土。

2 自密實混凝土配合比設計

2.1 設計要求

混凝土的自密實性能等級為Ⅱ級，目標坍落度250±20mm，坍落度損失1h不超過20mm，抗離析性好，坍落擴展度650±50mm，T50為3~15s；強度等級C55，28d抗壓強度不低于70MPa，彈模≥4.0×104MPa；氯離子擴

初始坍落度均在230mm以上，擴展度均在600mm以上，滿足Ⅱ級自密實混凝土的設計要求。60min后坍落度保持在220mm以上，損失值僅為10mm，表明兩種混凝土拌和物的流動性好，間隙通過能力強，易密實澆筑。相比而言，微膨脹聚丙烯纖維混凝土拌合物較粘稠，流動較慢，T50時間較長。

從表2力學性來看：兩種混凝土的28d抗壓強度均超過了70MPa配制強度的要求；GH-1的劈拉強度與彈性模量較GH-2高，說明鋼纖維混凝土更有利于提高鋼混結合段的抗開裂能力與剛度。

混凝土彎曲韌性試驗采用Instron1346伺服式試驗機，參考ASTM C1018方法進行。從表3看出：鋼纖維對混凝土的阻裂效應明顯優于聚丙烯纖維。聚丙烯纖維混凝土彎曲韌性指數增長幅度很小，說明聚丙烯纖維的增韌效果不明顯；GH-1的三個彎曲韌性指數較GH-2分別提高了88%、119%、136%，表明鋼纖維的增韌效果十分顯著，更有利于提高鋼混結合段的抗沖擊能力。

3 混凝土配合比優選

在綜合比較混凝土工作性、物理力學性能的基礎上，通過鋼格室混凝土澆筑工藝試驗研究，進一步檢驗混凝土的性能，并為確定混凝土配合比提供依據。

在工藝試驗中，未發現混凝土拌合物泌水、離析、纖維結團等現象，混凝土不經振搗，在一個鋼格室布料時，能順利的流到另外兩個格室內，混凝土粘聚性好。兩種混凝土在試驗時的工作性和力學性能見表4，鋼纖維混凝土各項指標優于聚丙烯纖維混凝土。

第一組模型（非振搗成型）養護14d后，將鋼格室頂板拆卸，發現混凝土頂面平整，沒有不密實、脫粘等現象，但氣孔較多，經分析是因為受頂板覆蓋且排氣孔數量較少，混凝土中的氣體積聚在頂面不能順利排出，正式施工前，設計單位根據試驗結果對鋼格室頂板結構進一步完善，增設并重新布置了排氣孔。

第一組模型繼續養護滿28d后，用切割機沿隔板方向將模型切開，經檢查，混凝土在鋼格室內填充密實，未發現蜂窩、麻面、空洞、收縮裂紋等缺陷，鋼與混凝土結合緊密，PBL鍵被混凝土充分包裹，表明混凝土工作性良好，達到預期目的。

從混凝土配合比設計和澆筑工藝試驗結果分析，雖然兩種混凝土均能滿足設計和施工要求，但鋼纖維混凝土具有更優良的自密實填充性能與更高的力學性能，更能保證鋼混結合段在施工和運行階段的抗裂性與抗沖擊韌性，提高鋼箱梁與混凝土箱梁的協同工

[1] 高鶴，李北星，崔鞏，查進. C55鋼纖維自密實混凝土的配合比設計與試驗研究.混凝土，2008.9

[2] 張國志，劉秉京，徐長生，屠柳青，雷宇芳. 自密實混凝土在橋梁工程中的應用.中國港灣建設，2004.2

[3] 李克亮，陳健，祝燁然，黃國平.自密實混凝土在潤揚長江公路大橋中的應用.混凝土，2005.1

[4] 李北星. 超大跨徑混合梁斜拉橋PC寬箱梁及鋼混結合段高性能砼防裂技術與耐久性研究報告. 2007.11

作者簡介

楊軍，男，湖北宜昌人 1992年畢業于西安公路學院，一級注冊建筑師，注冊造價工程師，長期從事公路橋梁工程設計及建設管理工作。