钢管自密实混凝土的生产与应用

摘　要:自密实混凝土作为钢管混凝土结构核心混凝土,对方便施工、确保混凝土工程质量具有重要意义。以具体工程实例,对作为钢管混凝土拱桥核心自密实混凝土的生产和泵送施工进行介绍,体现了自密实混凝土与普通混凝土的区别,供同类工程施工借鉴。

关键词:自密实混凝土;钢管混凝土;工程应用;混凝土生产;施工

文章编号:1009 - 6477(2007) 01 - 0086 - 03 　　　中图分类号:U444 　　　文献标识码:B

　　钢管混凝土结构借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性,同时钢管对核心混凝土的约束作用使得混凝土处于三向受压状态,因此具有强度高、延性好、耐疲劳、易于施工等优点,近年来在高层、大跨的结构物中的应用逐年增多。然而由于其核心混凝土泵送高度高,距离长,阻力大,因此钢管混凝土泵送施工难度大,对混凝土的技术性能要求高[1 ] 。为了避免在施工中出现混凝土离析、堵泵、混凝土在拱顶和拱脚部位分布不均匀,采用自密实混凝土作为钢管核心混凝土是一种新的尝试。本文就具体的工程实例,对钢管自密实混凝土的生产和泵送顶升施工过程作简单的介绍,以体现自密实混凝土与普通混凝土的区别。

1 　工程概况

　　莆田市阔口大桥是一座跨度99 m、矢高19. 8 m的钢管混凝土拱桥。建成通车后的全桥概貌见图1。钢管混凝土拱截面为哑铃型,主拱共8 根Φ800 ×14 钢管,哑铃型截面的中间拱肋宽500 mm。钢管核心混凝土设计强度等级为C40 ,采用自密实混凝土泵送顶升施工。

2 　自密实混凝土的生产控制

2. 1 　实验室配合比及施工配合比

　　由于对材料和施工条件、环境条件的敏感性,自密实混凝土的配合比设计需要针对具体的工程和材料而进行。配合比设计所采用的原材料必须与施工时一致。另外,由于掺加了大量的矿物掺和料和多种外加剂,自密实混凝土的强度发展规律变得复杂,

　　因此,最好在达到28 d 强度后再进行施工,因此需要及早做好准备。实验室配合比得出后,需要根据现场材料的含水量转变为施工配合比。自密实混凝土对骨料的含水量变化很敏感,有时0. 5 %的含水量变化就会使得自密实混凝土的工作性有明显的不同。因此,需要在确定施工配合比时较为准确地测定骨料的含水量,并在现场施工过程中注意对骨料含水量的控制。通过专门的配合比设计,考虑钢管混凝土拱桥的受力特征,最终形成的实验室配合比如表1 所示。

2. 2 　生产前的准备工作

　　自密实混凝土的工程质量与生产和施工质量密切相关。作为一种新型的建筑材料,生产与施工单位的技术人员往往对自密实混凝土的技术要点了解不够,因此需要在自密实混凝土结构施工前,对有关人员做好交底工作,应事先熟悉自密实混凝土的相关技术要求,并在自密实混凝土的生产与施工中贯彻实施。

2. 3 　生产中材料的控制

　　由于自密实混凝土对材料各项指标波动比较敏感,因此在生产过程中应保证材料来源和品质的稳定。最好采用同一品牌和强度等级的水泥等,尤其注意粗骨料的变化。当粒形、级配等有明显变化时,需另外调整配合比。由于对用水量比较敏感,在施工过程中,当遇到砂、石含水率变动较大的情况,及时测定砂、石中的含水量,并按测定值调整配合比。本工程由于施工前专门备足了粗、细骨料,因此自密实混凝土生产过程没有出现材料的较大的变化,配合比仅仅根据砂、石的含水率进行了适当调整。

2. 4 　生产过程

　　生产前先根据现场测得的砂、石的含水率将实验室配合比转换为施工配合比,根据施工配合比下料,由于自密实混凝土的配合比对砂、石的含水率比较敏感,下料时预留5 %的水,搅拌后在搅拌机观察口目测混凝土工作性的情况,在允许范围内调整配合比中用水量和外加剂掺量。必要时可适当添加高效减水剂,严禁在拌和物出机后加水。由于自密实混凝土水胶比小,并掺入粉煤灰等活性细掺料,因此在生产中应比普通混凝土适当延长搅拌时间。本工程根据实际搅拌效果,确定搅拌时间为99 s。

2. 5 　开盘鉴定

　　应特别重视自密实混凝土生产中的开盘鉴定,并根据开盘鉴定结果及时调整配合比。开盘鉴定的指标除了要满足预拌混凝土的有关要求外,还应满足工程对自密实混凝土工作性的要求,如坍落流动度指标,L 型仪穿越能力和抗离析能力等。同时,对新拌自密实混凝土的表观密度进行测试,根据各种材料的表观密度核对其密实度或者含气量是否符合要求。

3 　运输控制及注意事项

　　采用搅拌车运送自密实混凝土拌和物时,搅拌车筒内积水、积浆不仅使自密实混凝土强度降低,而且影响其工作性,甚至导致离析。因此,在运送自密实混凝土之前,应该做好搅拌车的检查,确保搅拌筒湿润而无明水。另外,同运送普通泵送混凝土一样,须保持运输车滚筒慢速转动。当运输距离较长时,必须给予特别的注意。混凝土分送单上除了通常与普通混凝土一样需注明的内容以外,还必须注明以下内容:坍落流动度- 目标值和可接受范围;生产时间- 混凝土生产的时间;如果允许现场添加外加剂,则应注明添加外加剂的说明书,另外注意司机在运输途中务必不可擅自加水或者外加剂。

　　本工程由于运输距离较短,途中运输时间大约在20～30 min ,且施工组织得当,因此运输过程十分顺利,混凝土基本上没有坍落度损失。另外,施工荷载加载的方式影响到拱轴线形,故加载的方式采用对称加载。为了保证混凝土施工的连续性和两岸的同步性,本工程使用了12 台混凝土搅拌运输车。

4 　现场检验,施工组织,质量控制等

4. 1 　现场检验

　　自密实混凝土运输到达现场,在泵送前应进行工作性检验方法,检验并确认其工作性满足要求,确保混凝土没有离析现象。

4. 2 　施工组织

　　由于自密实混凝土在浇筑的过程中没有振捣,仅靠自重成型,因此必须保证其在入模之前,仍具有优异的工作性,否则将影响混凝土工程质量,甚至造成严重的工程事故。为了保证自密实混凝土在入模时的工作性,施工组织工作也很重要,应事先根据浇筑量、生产能力、途中时间和浇筑能力制定合理的施工计划,使运输过程尽可能顺畅,缩短等待时间,保证施工现场泵送、浇筑的连续进行,确保自密实混凝土的分送和浇筑在混凝土工作性保持期内完成。

　　另外,为了保证工程质量,采取了一系列预防措施,确保工程施工质量。比如由于自密实混凝土的高流动性,在施工中对模板体系的强度和稳定性提出了更高的要求。本工程为了保证拱体的稳定性,采用两端同时连续泵送顶升施工,控制两端混凝土高差不超过1 m ,且间断泵送的时间间隔不超过15 min。两端混凝土高差通过事先在拱体上垂直高度每隔1 m 所开的直径为5 mm的排气孔检查,当混凝土浇注到排气孔的位置时,混凝土浆溢出,据此判断两侧混凝土的浇注高度,并保持两侧混凝土浇注高度一致。

　　针对哑铃型钢管混凝土拱肋在灌注腹腔内混凝土时容易出现爆管事故的特点,本工程在施工顺序上,先灌注上下弦管的管内混凝土,最后灌注腹腔内混凝土,以避免空钢管局部承压。同时由于自密实混凝土工作性良好,泵送施工中泵压较小,保证了腹板施工的顺利进行。

4. 3 　质量控制

　　现场混凝土浇注的密实情况,一般是通过在浇筑过程中用小锤敲击钢管壁的声音来判断的,声音沉而且哑者,表明混凝土填充饱满,若声音空洞或者有回声,则应采用超声波做进一步检测[2 ] 。该工程在施工过程中以及浇注完成后,采用小锤敲击表明,混凝土浇注密实。

　　现场浇注的同时,成型了抗压强度标准试件,由于目前对自密实混凝土立方体抗压试块的尺寸效应的强度换算系数不明确,本工程立方体抗压强度试块尺寸采用150 mm ×150 mm ×150 mm 的试块。试块标养至28 d ,抗压强度值见图2、图3。试验结果表明:该混凝土强度满足设计要求,且在多个部位取的试块强度离散性很小,混凝土匀质性好。

　　对于钢管混凝土拱桥,以前施工中常有的问题是:由于泵送过程对混凝土扰动很大,施工中容易造成混凝土离析、堵泵;由于混凝土拌和物在施工过程中离析而引起的钢管内部混凝土不均匀、不密实;或者在浇注一定时间后,由于内部混凝土的沉降引起顶部钢管壁与混凝土脱离、空鼓等。尤其对于哑铃型截面的钢管混凝土拱肋,当泵压较大时,在灌注腹腔内混凝土时容易出现爆管事故[3 ] 。而本工程采用自密实钢管混凝土进行施工混凝土浇注非常顺利,泵压正常,施工速度快,钢管核心混凝土密实,达到了预定的要求和效果。

5 　结语

　　在钢管混凝土拱桥的实际工程应用中,施工过程非常顺利,施工速度快,从开始浇注到结束,一气呵成。混凝土在施工过程中始终保持均匀,混凝土强度满足工程要求,强度的离散性较小。

施工到拱顶时,从拱顶排气管里冒出的是均匀的混凝土,而不是水泥浆或者砂浆,说明该自密实

　　混凝土均匀性好,始终处于稳定状态,没有发生离析。施工结束后9 个月,对钢管混凝土拱顶进行检查,敲击试验表明钢管与混凝土没有脱空。分析表明,自密实混凝土材料成本与普通泵送混凝土基本持平,而其施工性能优于普通泵送混凝土,并能保证钢管与内填自密实混凝土更好地共同工作,因此,自密实混凝土用于钢管混凝土拱桥将取得明显的综合效益。

参考文献

　　[1] 　王远锋,陈来发. 大型钢管混凝土拱桥泵送混凝土配合比设计[J ] . 水利水电快报,2002 ,123(4) :29 - 31.

　　[2] 　文国华,张腊春,陈　强,等. 钢管混凝土拱肋超声检测及混凝土密实度质量评判[J ] . 湖南城建高等专科学校学报,2001 ,10(3) :1 - 3.

　　[3] 　陈宝春. 钢管混凝土拱桥施工问题研究[J ] . 桥梁建设,2002 (3) :55 - 59.

　　[4] 　庞超明,秦鸿根,赵　谦,等. C50 自密实微膨胀混凝土的配制及其在钢管混凝土拱桥施工中的应用[J ] . 混凝土与水泥制品,2002(6) :17 - 1.