C40钢管拱肋微膨胀混凝土的配制及应用

薛大海

(江苏省交通工程集团有限公司)

C40钢管拱肋微膨胀混凝土的配制及应用

薛大海

(江苏省交通工程集团有限公司)

根据泵送混凝土的可泵性要求，进行C40微膨胀混凝土配合比设计，为钢管拱肋泵送混凝土的施工创造条件，满足了钢管拱肋混凝土填充性设计要求，并对配合比设计及应用提出几点见解供大家探讨。

钢管拱肋;填充用微膨胀混凝土;配合比;应用

1 工程概况

兴贤桥位于苏州高新开发区，西接文昌路，东接苏浒路，横跨苏杭大运河，是沟通运河两岸浒墅关镇和浒墅关开发区“两浒”地区的主要通道，东西连接312国道和城铁高新区站，桥面左幅和右幅的设计总宽度40 m，主桥为采用下承式系杆拱桥100.9 m单跨钢管混凝土系杆拱，，引桥为预应力混凝土现浇连续箱梁，全长505.5 m。横向分两个拱，拱肋由按三角形排列的三根钢管和缀板及加劲钢板组成，直拱肋钢管直径为50 cm，壁厚1 cm，截面高度为1.8 m，截面宽度为1.5 m，直拱钢管拱内及缀板内灌注混凝土，设计为C40微膨胀混凝土。本文就C40微膨混凝土配制并应用，提出几点见解供大家探讨。

2 施工技术要求及措施

(1)拱肋钢管混凝土要求采用对称泵送顶升法连续灌注成型，缀板腹仓内混凝土不考虑顶升方案，而是采用自下而上的泵送倒注工艺。根据设计图纸要求，钢管混凝土要求采用低水胶比，严格控制水胶比不大于0.35，膨胀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胀，且28 d自应力在1～2 MPa之间。

(2)根据施工工艺特点其混凝土拌和物应具有良好的流动性、保水性、均匀性和稳定性，硬化后体积产生微膨胀。对此我们采取如下相应的技术措施。

①由于该混凝土要求采用了低水胶比，而较底水胶比条件下具有较大流动性，满泵送混凝土要求。对此选用缓凝高效减水剂，来降低单位用水量，减小水胶比，延缓混凝土的凝结时间，减小混凝土坍落度损失，使混凝土在所需的时间内具有良好的流动性、粘聚性、保水性，满足泵送施工及高性能混凝土的要求。

②为了保证混凝土与钢管内壁能填充紧密，在混凝土中掺加适量膨胀剂，它与水泥水化反应生成的钙矾石晶体属棒状、针状晶体，使混凝土产生微膨胀，在钢管拱肋约束下，产生预压应力大致抵消混凝土硬化干缩时产生的拉应力，防止减小钢管混凝土收缩，提高了混凝土的密实度。

3 原材料选用

(1)水泥:选择质量稳定，大型旋窑生产厂家，强度波动小，需水量低，活性高，水泥选择江苏金峰水泥有限公司生产的“金峰”牌 P.O42.5等级水泥。

(2)粗集料:选择连续级配碎石，对石子压碎值、针片状含量，含泥量和石粉含量要严格控制，因为它们直接影响混凝土强度及和易性。选择粒径为5～25 mm的浙江湖州花岗岩碎石，表观密度为2.76 g/cm3，含泥量为0.4%，针片状为5.9% ，压碎值为 10.8%。

(3)细集料:砂细度模数大，容易引起混凝土运输过程中离析及保水性差不易泵送，砂细度模数小，混凝土拌和物显得粘稠，泵送较困难。我们选择细度模数为2.76，符合II区级配要求，江西赣江产，砂表观密度为2.69 g/cm3，含泥量为1.1%。

(4)膨胀剂:选用江苏中凯新材料有限公司生产的UEA低碱膨胀剂，低碱能有效防止碱－骨料反应，推荐掺量为8% ～12%，细度为8%，7 d抗折强度为6.3 MPa，28 d抗折强度为8.4 MPa ，7 d抗压强度为 34.6 MPa，28 d抗压强度52.1 MPa，14 d水中、空气中 28 d限制膨胀率分别为0.03%、－0.019%。

(5)减水剂:江苏中凯新材料有限公司NF－1H0缓凝高效减水剂，它属于β－奈磺酸甲醛高缩合物，减水率为20%，初凝凝结时间差+185 min，7 d、28 d天抗压强度分别为141%、136%。

4 混凝土配合比的设计

(1)确定试配强度(fcu，o)∶fcu，o≥40+1.645 ×5=48.2 MPa。

(2)计算水胶比:(W/B)

式中:W为水用量;B为胶凝材料总量;αa、αb为回归系数，αa=0.53，αb=0.20

fb=fce，g×γc×γf×γs，因未掺入矿物掺合料水泥强度取42.5 MPa。

计算水胶比为0.43，基准配合比水胶比取0.38按耐久性要求复核水胶比，满足最大水胶比要求。

(3)单位用水量的确定:根据所要求的混凝土坍落度、碎石的最大粒径、减水剂的减水率及以往的经验，单位用水量为165 kg/m3。

(4)单位水泥用量:C=W/水胶比，基准配合比水泥用量为434 kg/m3满足钢筋混凝土最小水泥用量及填充用膨胀混凝土最小水泥用量不小于350 kg要求。

(5)砂率的选择:为了满足混凝土的和易性，根据采用的原材料骨料品种情况、最大粒径、水胶比及以往的经验取44%。

(6)砂、石用量及配合比确定

采用绝对体积法计算砂石用量。由于填充用混凝土膨胀率要比补偿收缩混凝土要大，填充用膨胀混凝土膨胀剂掺量，一般控制在10% ～15%之间。本次掺量取10%，为了确保混凝土强度，没有考虑膨胀剂取代部分水泥。根据《普通配合比设计规程》JGJ55－2011要求，至少做三个不同水胶比进行对比试验。三个水胶比分别取 0.41、0.38、0.35，经过理论配合比计算及试配，分别检测混凝土拌和物的塌落度、抗压强度容重等性能现列表如下:

组别 水胶比 水/kg/m3砂/kg/m3石子/kg/m3水/kg/m3缓凝减水剂/(kg/m3)膨胀剂/(kg/m3) 砂率/% 坍落度/mm 7 d抗压强度/MPa 28 d抗压强度/MPa理论容重/(kg/m3)实际容重/(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

经试配调整，配合比的混凝土拌和物的和易性良好，坍落度实测160 mm左右，初凝8 h，终凝12 h，由于膨胀剂掺量较大，混凝土塌落度有所损失，但都能够满足拱肋对称泵送顶升法，缀板腹仓内(三角形)混凝土连续灌注成型施工工艺要求。在标准条件养护7 d、28 d后测定立方体强度均满足设计要求。对该配合比进限制膨胀率、限制干缩率试验，试验结果列表如下:

序号 项目 龄期 性能指要求 实测性能标1 限制膨胀率(×10－4) 水中14d ≥2.5 1 2 3 2.8 2.9 3.2 2 限制干缩率(×10－4)水中14 d，空气28 d ≤3.0 1 2 3－1.0－1.0－1.3

混凝土实测性能指标均满足填充用膨胀混凝土性能指标要求。最终选定3号试验室配合比。

5 C40微膨胀混凝土的泵送施工及应用

苏州兴贤桥钢管拱肋混凝土施工，技术含量及难度较大，乃是整座桥梁施工关键，选择两台HBT60混凝土泵对钢管内混凝土采用两侧泵送顶升法，三角形腹仓内混凝土采用两侧对称倒注法泵送施工。

两侧对称泵送顶升法混凝土施工工艺及流程:混凝土输送采用水平外接管，施工时清洗钢管拱内污物→湿润内壁→排除内壁剩余水→钢管拱顶安置溢流管，兼作混凝土排气、溢流填补回落作用，两拱脚安置压注头泵管和闸板止流装置→连接混凝土泵管→检查混凝土拌和物性能→两边对称压注钢管内混凝土至溢流→稳定泵压15 min后两侧对称利用泵增压→关闭闸板止流装置→混凝土终凝产生强度拆除压注头泵管装置。

两侧对称泵送倒注法混凝土施工工艺及流程:混凝土输送采用外接管，附加吊车配合→清洗三角形缀板内污物→湿润内壁→排除内壁剩余水→分段在三角型排列缀板顶面安置灌注管及溢流管→缀板顶面合理布置振捣棒下入孔→连接混凝土泵管→检查混凝土拌和物性能→两边对称从下向上灌注缀板内混凝土至溢流及时振捣缀板内混凝土→对振捣棒下入孔、溢流管进行焊接封闭→等15 min后从三角形缀板顶面对混凝土增补→混凝土终凝后拆除灌注装置。

合理选择泵车混凝土排量及泵压，减少对钢管肋的影响，泵压控制不宜超过15 MPa。在整个混凝土泵送施工中连续不间断地保持混凝土供应，正常泵送间隔时间不超过10 min。混凝土拌和物坍落度在160 mm左右，拌和物均匀粘聚性、保水性和可泵性均良好，钢管拱混凝土泵送施工比较顺利，达到了预定的要求和效果。钢管拱肋内混凝土及三角形排列缀板内混凝土硬化后超声检测，混凝土密实，无孔隙现象。现场抽样成型28 d抗压强度标准养护试件24组，平均值为 60.6 MPa，标准差为 2.47 MPa，混凝土强度满足设计要求，整个施工过程和混凝土控制水平良好。

6 结论

(1)合理选择混凝土膨胀剂，配制具有微膨胀C40混凝土，使钢管与混凝土之间充分填充密实。掺入高效缓凝减水剂，延缓凝结时间，降低水灰比，减少水泥用量，提高混凝土流动性，满足钢管拱结构混凝土采用的泵送倒注法和泵送顶升法施工的技术要求。

(2)施工中应考虑掺入微膨胀后混凝土坍落度有所损失。

(3)应对进场膨胀剂进行限制膨胀率检测，合格后方可入库使用，对掺膨胀剂混凝应以抗压强度、限制膨胀率和限制干缩率试验，检验其性能指标。

［1］普通混凝土配合比设计规程(JGJ55－2011)［S］.中国住房和城乡建设部，2011.

［2］公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50－2011)［S］.人民交通出版社，2011.

［3］混凝土外加剂应用技术规范(GB50119－2003)［S］.中国建设部，2003.

U442

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1008－3383(2013)04－0115－02

2013－03－11

薛大海(1965－)，男，安徽来安人，工程师。