C60自密實無收縮鋼管混凝土試驗研究及應用

何強

（中國水利水電第四工程局有限公司勘測設計研究院，西寧810000）

1 引言

鋼管混凝土是“鋼管套箍混凝土”（STCC）的簡稱，它是將混凝土填入圓形鋼管內而形成的組合結構材料，是套箍混凝土的一種特殊形式[1]。然而，鋼管混凝土在施工過程中，經常面臨著振搗困難或者無法振搗的情況。同時，由于混凝土的收縮，易在鋼管內壁與內核混凝土之間形成縫隙，影響鋼管混凝土組合結構的整體性，從而對整個結構工程的承載能力及使用壽命產生嚴重影響。因此，考慮采用自密實無收縮鋼管混凝土進行施工，既解決了振搗不便的問題，又解決了混凝土收縮的影響，無疑對工程施工質量及使用壽命具有重要的作用和意義。

2 工程概況

武漢地鐵11號線是連接蔡甸、四新城市副中心，溝通西部和東南2大城市群，引導城市東西新城組群發展、支撐城市副中心建設的交通主體線路。本次C60自密實無收縮鋼管混凝土試驗目標車站為地下3層島式車站，與規劃遠期某條地鐵線形成換乘，該車站采用明挖順做法進行施工，車站主體結構采用3層鋼筋混凝土箱型框架結構（局部4層），第3層南側有一段地下綜合管廊與車站合建。主體結構頂板覆土厚度約2.2～3.2m，底板埋深約25.73～28.33m。其鋼管混凝土設計指標參如表1所示。

表1 鋼管混凝土設計指標

3 混凝土原材料選擇

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其28d抗壓強度為49.8MPa，抗折強度為9.7MPa，密度為 3.06g/cm3，檢測各項指標均滿足GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標準要求；摻合料①采用F類I級粉煤灰，其密度為2.24g/cm3，檢測各項指標均滿足GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標準要求；摻合料②采用S95級磨細礦渣粉，其密度為2.74g/cm3,檢測各項指標均滿足GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標準要求；外加劑采用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率為28.6%，檢測各項指標均滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》標準要求；細骨料采用天然河砂，其細度模數為2.8，表觀密度為2.69g/cm3,檢測各項指標均滿足GB/T 14684—2011《建筑用砂》標準要求；粗骨料采用5～20mm連續級配人工碎石，表觀密度為2.81g/cm3,檢測各項指標均滿足GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》標準要求；膨脹劑采用硫鋁酸鈣-氧化鈣類（AC類）I型混凝土膨脹劑，其密度為2.76g/cm3，檢測各項指標均滿足GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》標準要求。

4 混凝土配合比設計

自密實混凝土配合比設計的基本要求是新拌混凝土必須滿足自密實混凝土工作性評價指標要求，硬化混凝土的力學性能和耐久性必須滿足工程設計要求，確保自密實混凝土工程施工質量且達到經濟合理。然而為了獲得高流動性，在自密實混凝土配合比設計上常常存在一些誤區，如不恰當地增加用水量、膠凝材料總量或者采用過大的砂率等，導致混凝土在新拌階段缺乏穩定性，嚴重離析、泌水；在硬化后均勻性差，容重低于正常混凝土，彈性模量低，體積穩定性不好等等。因此，在自密實混凝土配合比設計時，要根據所應用結構形式的特點、施工工藝、環境因素對自密實混凝土的技術要求進行設計。在綜合考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性以及其他必要的性能要求基礎上提出初始配合比，經試驗室試配調整得出滿足工作性要求的基準配合比，并進一步經強度、耐久性復合得到生產配合比[2]。

根據JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》標準及相關設計指標要求，C60自密實無收縮鋼管混凝土的配制強度為69.0MPa，取單方混凝土中粗骨料絕對體積用量分別為0.30m3、0.32m3和0.34m3,砂漿中砂的體積分數分別為0.42、0.44和0.45，分別進行計算、試配及驗證，其配合比設計參數如表2所示，混凝土性能檢測結果如表3所示。指標均滿足設計及規范要求，并在本工程中得到了成功應用。

表2 C60自密實無收縮鋼管混凝土配合比設計參數

表3 C60自密實無收縮鋼管混凝土性能檢測結果

通過表3混凝土性能檢測結果可以看出：編號G3、G5、G7的配合比各項性能指標均滿足設計及現場施工工藝要求。同時，根據現場施工情況及經濟合力的原則綜合考慮分析，最終選定編號G5的配合比為C60自密實無收縮鋼管混凝土推薦基準配合比。后經拌合站實際生產驗證，其新拌混凝土填充性、間隙通過性、抗離析性以及硬化混凝土的力學、耐久等各項性能

5 結語

通過以上分析可知：（1）新拌混凝土的工作穩定性是自密實混凝土在鋼管混凝土中成功應用的前提。粗骨料的級配和粒形對新拌自密實混凝土的工作性有決定性作用。（2）自密實混凝土宜采用通過增加膠凝材料的方法適當增加漿體體積，或通過添加外加劑的方法來改善漿體的粘聚性和流動性[3]。但是，如不恰當地增加用水量、膠凝材料總量或者采用過大的砂率等，會導致混凝土在新拌階段缺乏穩定性，嚴重離析、泌水；在硬化后均勻性差，容重低于正常混凝土，彈性模量低，體積穩定性不好等。（3）合理選用自密實混凝土的原材料，可以配制出各項性能指標均滿足要求的自密實混凝土。鋼管自密實混凝土配合比設計時，應采取摻加膨脹劑等減少收縮的措施。