C40钢管拱肋微膨胀混凝土的配制及应用

C40钢管拱肋微膨胀混凝土的配制及应用

【摘要】本文介绍采用部分当地原材进行C40微膨胀混凝土配合比设计，优选配合比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，组织混凝土泵送施工并取得良好的效果。

【关键词】钢管拱肋填充用微膨胀混凝土配合比应用

一、工程概况

西宁市新庄桥位于青海省西宁市城南新区，跨越南川河，连接西塔高速及西久公路的一座城市景观桥梁，由东南大学设计，该桥为下承式系杆拱桥，桥梁全长87.76m，全宽在桥台40 m，跨中加宽到52m。横向分两个提篮式拱，每一个提篮拱有一根直立的直拱和一个斜置的斜拱组成。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50cm，壁厚1cm，截面高度为1.8m，截面宽度为1.5m，矢跨比为1/4，矢高为17.5m；斜拱肋钢管直径为50cm，壁厚1cm，截面高度为1.5m，截面宽度为1.5m，矢跨比为1/2.554，矢高为28.969m。直拱和斜拱钢管拱内及缀板内灌注混凝土，设计为C40微膨胀混凝土。本文结合西宁市新庄桥采用部分地产材料和混凝土膨胀剂、缓凝高效减水剂进行C40微膨胀混凝土配制，并成功应用于钢管混凝土拱工程。

二、施工技术要求及措施

直拱肋钢管混凝土为188m3。斜拱肋钢管混凝土为136m3。共为324 m3混凝土。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（三角形）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灰比，严格控制水灰比不大于0.35，坍落度要求在120-180mm，混凝土硬化后具有微膨胀，且28d自应力在1-2Mpa之间。

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。由于该混凝土要求采用了低水灰比，因此在较底水灰比条件下具有较大流动性，满足泵送混凝土要求。对此选用缓凝高效减水剂，来降低单位用水量，减小水灰比，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。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。

三、原材料选用

水泥：选择质量稳定，强度波动小，需水量低，活性高，大型旋窑生产厂家。

水泥选择甘肃永登水泥厂生产的“祁连山”牌P.O42.5等级水泥，细度为3.1%，安定性合格，初凝175min，终凝230min，3d抗折强度为5.2 Mpa，28d抗折强度为8.5Mpa，3d抗压强度为26.6Mpa，28d抗压强度为50.2Mpa。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5-25mm的西宁大通玄武岩碎石，表观密度为2.76g/cm3，含泥量为0.4%，针片状为5.9 % ，压碎值为6.8%。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，贵德贺尔加矿生产的黄河砂，砂表观密度为2.69g/cm3，含泥量为1.1%。膨胀剂：选用安徽淮南中凯合成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%，7d抗折强度为6.3Mpa，28d抗折强度为8.4Mpa，7d抗压强度为34.6Mpa，28d抗压强度52.1Mpa，14d水中、空气中28d限制膨胀率分别为0.03%、-0.019%。减水剂：安徽淮南中凯合成材料有限公司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+185min，7d、28d天抗压强度分别为141%、136%。

四、混凝土配合比的设计

确定试配强度（fcu，o）：fcu，o≥40+1.645×6=49.9Mpa，取得50 Mpa。水灰比的确定：w/c=αa×fce/（fcu，o+αa×αb×fce）。αa＼αb---回归系数分别为0.46、0.07。fce---水泥强度取50.2Mpa。基准配合比水灰比取0.38，满足钢筋混凝土最大水灰比及填充用膨胀混凝土水灰比不大于0.5要求。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165Kg/m3。单位水泥用量：C=W/水灰比，基准配合比水泥用量为434Kg/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350Kg要求。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、水灰比及以往的经验取44%。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》JGJ55-2000要求，至少做三个不同水灰比进行对比试验。

五、C40微膨胀混凝土的泵送施工及应用

西宁市新庄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，业主、设计、监理都比较重视，在取得一系列理论数据及混凝土各项技术指标均满足设计要求后，于2005年11月13日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。结合当地机械设备情况，我们选择两台HBT60混凝土泵。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15min后两侧对称利用泵增压