C40鋼管拱肋微膨脹混凝土的配制及應用

薛大海

(江蘇省交通工程集團有限公司)

C40鋼管拱肋微膨脹混凝土的配制及應用

薛大海

(江蘇省交通工程集團有限公司)

根據泵送混凝土的可泵性要求，進行C40微膨脹混凝土配合比設計，為鋼管拱肋泵送混凝土的施工創造條件，滿足了鋼管拱肋混凝土填充性設計要求，并對配合比設計及應用提出幾點見解供大家探討。

鋼管拱肋;填充用微膨脹混凝土;配合比;應用

1 工程概況

興賢橋位于蘇州高新開發區，西接文昌路，東接蘇滸路，橫跨蘇杭大運河，是溝通運河兩岸滸墅關鎮和滸墅關開發區“兩滸”地區的主要通道，東西連接312國道和城鐵高新區站，橋面左幅和右幅的設計總寬度40 m，主橋為采用下承式系桿拱橋100.9 m單跨鋼管混凝土系桿拱，，引橋為預應力混凝土現澆連續箱梁，全長505.5 m。橫向分兩個拱，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，直拱鋼管拱內及綴板內灌注混凝土，設計為C40微膨脹混凝土。本文就C40微膨混凝土配制并應用，提出幾點見解供大家探討。

2 施工技術要求及措施

(1)拱肋鋼管混凝土要求采用對稱泵送頂升法連續灌注成型，綴板腹倉內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。根據設計圖紙要求，鋼管混凝土要求采用低水膠比，嚴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自應力在1～2 MPa之間。

(2)根據施工工藝特點其混凝土拌和物應具有良好的流動性、保水性、均勻性和穩定性，硬化后體積產生微膨脹。對此我們采取如下相應的技術措施。

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性，滿泵送混凝土要求。對此選用緩凝高效減水劑，來降低單位用水量，減小水膠比，延緩混凝土的凝結時間，減小混凝土坍落度損失，使混凝土在所需的時間內具有良好的流動性、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，它與水泥水化反應生成的鈣礬石晶體屬棒狀、針狀晶體，使混凝土產生微膨脹，在鋼管拱肋約束下，產生預壓應力大致抵消混凝土硬化干縮時產生的拉應力，防止減小鋼管混凝土收縮，提高了混凝土的密實度。

3 原材料選用

(1)水泥:選擇質量穩定，大型旋窯生產廠家，強度波動小，需水量低，活性高，水泥選擇江蘇金峰水泥有限公司生產的“金峰”牌 P.O42.5等級水泥。

(2)粗集料:選擇連續級配碎石，對石子壓碎值、針片狀含量，含泥量和石粉含量要嚴格控制，因為它們直接影響混凝土強度及和易性。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)細集料:砂細度模數大，容易引起混凝土運輸過程中離析及保水性差不易泵送，砂細度模數小，混凝土拌和物顯得粘稠，泵送較困難。我們選擇細度模數為2.76，符合II區級配要求，江西贛江產，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的UEA低堿膨脹劑，低堿能有效防止堿－骨料反應，推薦摻量為8% ～12%，細度為8%，7 d抗折強度為6.3 MPa，28 d抗折強度為8.4 MPa ，7 d抗壓強度為 34.6 MPa，28 d抗壓強度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%，初凝凝結時間差+185 min，7 d、28 d天抗壓強度分別為141%、136%。

4 混凝土配合比的設計

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

(2)計算水膠比:(W/B)

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

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

計算水膠比為0.43，基準配合比水膠比取0.38按耐久性要求復核水膠比，滿足最大水膠比要求。

(3)單位用水量的確定:根據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驗，單位用水量為165 kg/m3。

(4)單位水泥用量:C=W/水膠比，基準配合比水泥用量為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，根據采用的原材料骨料品種情況、最大粒徑、水膠比及以往的經驗取44%。

(6)砂、石用量及配合比確定

采用絕對體積法計算砂石用量。由于填充用混凝土膨脹率要比補償收縮混凝土要大，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%，為了確保混凝土強度，沒有考慮膨脹劑取代部分水泥。根據《普通配合比設計規程》JGJ55－2011要求，至少做三個不同水膠比進行對比試驗。三個水膠比分別取 0.41、0.38、0.35，經過理論配合比計算及試配，分別檢測混凝土拌和物的塌落度、抗壓強度容重等性能現列表如下:

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抗壓強度/MPa 28 d抗壓強度/MPa理論容重/(kg/m3)實際容重/(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

經試配調整，配合比的混凝土拌和物的和易性良好，坍落度實測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稱泵送頂升法，綴板腹倉內(三角形)混凝土連續灌注成型施工工藝要求。在標準條件養護7 d、28 d后測定立方體強度均滿足設計要求。對該配合比進限制膨脹率、限制干縮率試驗，試驗結果列表如下:

序號 項目 齡期 性能指要求 實測性能標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

混凝土實測性能指標均滿足填充用膨脹混凝土性能指標要求。最終選定3號試驗室配合比。

5 C40微膨脹混凝土的泵送施工及應用

蘇州興賢橋鋼管拱肋混凝土施工，技術含量及難度較大，乃是整座橋梁施工關鍵，選擇兩臺HBT60混凝土泵對鋼管內混凝土采用兩側泵送頂升法，三角形腹倉內混凝土采用兩側對稱倒注法泵送施工。

兩側對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，施工時清洗鋼管拱內污物→濕潤內壁→排除內壁剩余水→鋼管拱頂安置溢流管，兼作混凝土排氣、溢流填補回落作用，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→兩邊對稱壓注鋼管內混凝土至溢流→穩定泵壓15 min后兩側對稱利用泵增壓→關閉閘板止流裝置→混凝土終凝產生強度拆除壓注頭泵管裝置。

兩側對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→清洗三角形綴板內污物→濕潤內壁→排除內壁剩余水→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→兩邊對稱從下向上灌注綴板內混凝土至溢流及時振搗綴板內混凝土→對振搗棒下入孔、溢流管進行焊接封閉→等15 min后從三角形綴板頂面對混凝土增補→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，減少對鋼管肋的影響，泵壓控制不宜超過15 MPa。在整個混凝土泵送施工中連續不間斷地保持混凝土供應，正常泵送間隔時間不超過10 min。混凝土拌和物坍落度在160 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，達到了預定的要求和效果。鋼管拱肋內混凝土及三角形排列綴板內混凝土硬化后超聲檢測，混凝土密實，無孔隙現象。現場抽樣成型28 d抗壓強度標準養護試件24組，平均值為 60.6 MPa，標準差為 2.47 MPa，混凝土強度滿足設計要求，整個施工過程和混凝土控制水平良好。

6 結論

(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。摻入高效緩凝減水劑，延緩凝結時間，降低水灰比，減少水泥用量，提高混凝土流動性，滿足鋼管拱結構混凝土采用的泵送倒注法和泵送頂升法施工的技術要求。

(2)施工中應考慮摻入微膨脹后混凝土坍落度有所損失。

(3)應對進場膨脹劑進行限制膨脹率檢測，合格后方可入庫使用，對摻膨脹劑混凝應以抗壓強度、限制膨脹率和限制干縮率試驗，檢驗其性能指標。

［1］普通混凝土配合比設計規程(JGJ55－2011)［S］.中國住房和城鄉建設部，2011.

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

［3］混凝土外加劑應用技術規范(GB50119－2003)［S］.中國建設部，2003.

U442

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1008－3383(2013)04－0115－02

2013－03－11

薛大海(1965－)，男，安徽來安人，工程師。