高性能自密實混凝土在鋼混結合段的應用

韓成博 李泰霖

（山東高速基礎設施建設有限公司，山東濟南 250014）

1.工程概況

某特大橋位于新泰至臺兒莊（魯蘇界）公路馬蘭屯段，跨越京杭運河棗莊段。主橋采用（85+180+85）m變截面混合梁連續箱梁橋，立面圖如圖1所示，橋梁寬度2m×12.75m（分左右幅設計，左右幅設計線間距1m），跨中鋼箱梁段總長度為61.5m，鋼混結合段4.5m。

圖1 主橋立面圖（cm）

鋼混結合段總體布置如圖2所示，采用有格室的后承壓板形式，將鋼箱梁端部的頂、底板和腹板做成雙壁板，在雙壁板內部設PBL剪力板和剪力釘，形成鋼格室。在鋼格室內填充混凝土，通過兩端分別錨固于鋼箱梁剛度過渡區和混凝土梁橫隔梁上的預應力短束使鋼箱梁與混凝土箱梁緊密結合。

圖2 鋼混結合段總體布置立面圖（mm）

2.鋼混結合段對混凝土的性能需求

鋼混結合段不僅應保證主梁內剛度過渡勻順，內力傳遞順暢，還應具備良好的抗疲勞性與耐久性[1-3]。鋼混結合段兩側主梁剛度相差懸殊，為避免主梁剛度與強度突變，結合段澆得混凝土應剛度大、韌性好，保證鋼梁與混凝土梁間的力學匹配；結合段內設置了大量PBL剪力鍵、剪力釘、鋼筋及預應力管道，致使澆筑混凝土時無法振搗，為保證澆筑質量，應采用大流態混凝土；為防止鋼混結合段混凝土收縮較大導致在施工和使用階段脫粘開裂，應盡量減小混凝土的收縮。

該特大橋鋼混結合段采用100MPa級高性能自密實混凝土，其性能指標為：初始擴展度≥600mm，1h無擴展度損失，抗壓強度≥100MPa，抗折強度≥11MPa，軸心抗壓強度≥75MPa，彈性模量≥43GPa。該混凝土工作性能良好，無需振搗即可使混凝土結構達到密實狀態；其中使用了體積分數為1%的鋼纖維，纖維可被看作二次加固，混凝土處于收縮狀態時可抑制收縮，混凝土處于膨脹狀態時又可限制膨脹變形，提高混凝土體積穩定性的同時可顯著改善其力學性能；且收縮較小，在28d齡期時小于 400με。

3.高性能自密實混凝土的配合比與性能

3.1 原材料

經優選，水泥采用冀東P.O425R普通硅酸鹽水泥，其初凝時間為185min，終凝時間為250min，3d齡期時抗壓強度、抗折強度分別為28.6MPa、5.5MPa，28d齡期時的抗壓強度、抗折強度分別為54.5MPa、8.3MPa。粉煤灰采用Ⅰ級粉煤灰，需水量比為94%，燒失量為1.8%。細骨料采用兩種粒徑的石英砂，40～70目與100～200目石英砂的質量比為7:3。粗骨料為6mm～16mm連續級配的玄武巖，篩分試驗結果如表1所示。鋼纖維為微絲端鉤型鋼纖維，長度13mm，直徑0.22mm。減水劑為白色粉末狀聚羧酸系高效減水劑。

表1 粗骨料篩分結果

3.2 配合比與混凝土性能

參考自密實混凝土、纖維混凝土及高性能混凝土相關標準及文獻[4-11]，結合大量試驗研究，得到自密實高性能混凝土的基準配合比為：水泥460kg、粉煤灰140kg、砂872kg、石900kg、鋼纖維78kg、水157.5kg、減水劑8kg。可達到的工作性能與力學性能指標如表2所示。由表2可以看出，配制的高性能自密實混凝土工作性能良好，初始坍落擴展度達到750mm，且1.5h時擴展度零損失；抗壓強度、抗折強度及彈性模量均滿足設計要求。收縮測試采用接觸法，高性能自密實混凝土的收縮發展如圖3所示，在28d齡期時低于400με。

表2 工作性及力學性能

圖3 高性能自密實混凝土的收縮性能

4.鋼混結合段混凝土施工工藝

4.1 施工準備

由于自密實混凝土流動性大，應現場需求，流動性2h內無損失，流動性保持時間長，混凝土凝結前可持續對模板產生較大的側壓力，所以模板需要足夠的承載能力、剛度和穩定性來滿足流態混凝土所產生的自重、側壓力、施工過程中產生的荷載，不得低于最高澆筑表面的開放部分或缺口，成型的模板應拼裝緊密，不得漏漿，不影響自密實混凝土均勻性和強度發展，并能保證構件形狀正確、規整。在施工前應檢驗模板直立、鋼筋及保護層厚度等情況，對影響混凝土澆筑的問題及時處理。

4.2 干混料生產

為較好的保障高性能自密實混凝土的性能和質量，并方便現場使用，采用預混料的形式供應產品。預混料中包含水泥、粉煤灰及細骨料。所用水泥為P.O42.5水泥，粉煤灰為一級粉煤灰。生產過程中原材料計量允許偏差為±1%。

4.3 原材料進場

高性能自密實混凝土采用噸包形式運輸至現場。原材料碼放應做好防潮防水處理，底部墊碎石或塑料布覆蓋，室內存放并做好標記。其他原材料包含鋼纖維、外加劑及粗骨料，應就近碼放，做好防潮防水處理。

4.4 高性能自密實混凝土制備

采用普通混凝土攪拌站雙臥軸強制式攪拌機進行生產，為便于鋼纖維上料，攪拌前需對上料系統進行簡單改造，增加了鋼纖維上料用溜槽。

混凝土攪拌站配備工人6～8人，裝載機1～2臺。負責干混料上料、鋼纖維添加、輔料添加等。攪拌站應配備臺秤，以便稱量輔料等。混凝土攪拌時應先將干混料加入攪拌機內，加料過程保持攪拌機處于正常攪拌狀態，加干混料的同時投放鋼纖維、外加劑及粗骨料，上料結束后加入水，攪拌2min～3min即可出料。

4.5 高性能自密實混凝土制備過程質量檢查

首次使用時進行開盤鑒定，開盤鑒定包括以下內容：（1）混凝土的原材料與配合比設計所采用的原材料一致。（2）出機混凝土工作性與配合比設計要求一致。（3）混凝土凝結時間與工作性經時損失。（4）混凝土強度。（5）工程有要求時，尚應包括混凝土的耐久性等。開盤鑒定應有技術、質檢、生產人員參加，并至少留置一組28d標準養護試件用于驗證配合比。

設備管理人員應對攪拌機及計量器具的強檢和自檢情況進行檢查，質檢員在日常檢驗過程中應注意檢查每盤稱量的偏差是否符合規定。

核對施工配合比，確保所使用的配合比準確無誤。

混凝土生產過程中應設專職檢查員進行質量檢查控制，每班應有詳細交接班記錄。

4.6 高性能自密實混凝土運輸

高性能自密實混凝土可保證2h內擴展度無損失，可采用普通混凝土罐車運輸。運輸前罐車應將車內殘留的其他品種混凝土清洗干凈，并將車內積水排盡。因水膠比變化對自密實混凝土工作性能影響顯著，接料、運輸、卸料過程中嚴禁以任何形式向罐內加水。卸料前攪拌運輸車應高速旋轉1min以上方可卸料。混凝土的運輸速度應保證施工的連續性。

混凝土泵的現場布置應符合下列規定：

（1）混凝土泵設置地，應滿足場地平整、堅實，道路暢通，距離澆筑地點近，適于通行等要求。

（2）在混凝土泵的作業范圍內，不得有阻礙物，同時應有防范高空墜物的設施。

4.7 高性能自密實混凝土澆筑

高性能自密實混凝土澆筑前由技術人員在現場測試其坍落度及擴展度，確保工作性能滿足澆筑要求，同時應留置現場試件。

鋼混結合部自密實混凝土屬于大體積混凝土，混凝土的入模溫度不宜超過30℃，不宜低于5℃。根據現場實際情況，采用料斗或地車泵的形式進行澆筑。澆筑后無需振搗，即可實現自密實，填充效果好。混凝土的泵送和澆筑過程應保持連續性，為利于氣泡排出，適當放緩鋼格室混凝土澆筑速度。自密實混凝土澆筑的最大水平流動距離不宜超過7m，最大傾落高度不宜大于9m，大于9m時，應采用串筒、溜槽、溜管等輔助裝置進行澆筑。

4.8 高性能自密實混凝土養護

綜合考慮自密實混凝土的性能、現場條件、構件特點、技術要求、施工操作等因素制定養護方案。由于混凝土澆入鋼混結合部后幾乎處于密封狀態，基本不需要特殊養護，鋼箱梁孔處外露的混凝土需采用常溫保濕養護，澆筑完畢后應立即進行覆膜并用土工布覆蓋，避免表層失水造成開裂，土工布應經常灑水，保持濕潤。養護時間不得少于14d。

5.結語

結合自密實混凝土、纖維混凝土及高性能混凝土相關標準及文獻，自主研發了100MPa級高性能自密實混凝土，工作性能及力學性能均滿足設計要求，且28d齡期時收縮低于400με。100MPa級高性能自密實混凝土可解決鋼混結合段混凝土難振搗、易收縮脫粘等難題，在鋼混結合段的成功應用可為類似項目提供參考。