鋼管自密實混凝土的生產(chǎn)與應用

摘　要:自密實混凝土作為鋼管混凝土結構核心混凝土,對方便施工、確保混凝土工程質量具有重要意義。以具體工程實例,對作為鋼管混凝土拱橋核心自密實混凝土的生產(chǎn)和泵送施工進行介紹,體現(xiàn)了自密實混凝土與普通混凝土的區(qū)別,供同類工程施工借鑒。

關鍵詞:自密實混凝土;鋼管混凝土;工程應用;混凝土生產(chǎn);施工

文章編號:1009 - 6477(2007) 01 - 0086 - 03 　　　中圖分類號:U444 　　　文獻標識碼:B

　　鋼管混凝土結構借助內填混凝土增強鋼管壁的穩(wěn)定性,同時鋼管對核心混凝土的約束作用使得混凝土處于三向受壓狀態(tài),因此具有強度高、延性好、耐疲勞、易于施工等優(yōu)點,近年來在高層、大跨的結構物中的應用逐年增多。然而由于其核心混凝土泵送高度高,距離長,阻力大,因此鋼管混凝土泵送施工難度大,對混凝土的技術性能要求高[1 ] 。為了避免在施工中出現(xiàn)混凝土離析、堵泵、混凝土在拱頂和拱腳部位分布不均勻,采用自密實混凝土作為鋼管核心混凝土是一種新的嘗試。本文就具體的工程實例,對鋼管自密實混凝土的生產(chǎn)和泵送頂升施工過程作簡單的介紹,以體現(xiàn)自密實混凝土與普通混凝土的區(qū)別。

1 　工程概況

　　莆田市闊口大橋是一座跨度99 m、矢高19. 8 m的鋼管混凝土拱橋。建成通車后的全橋概貌見圖1。鋼管混凝土拱截面為啞鈴型,主拱共8 根Φ800 ×14 鋼管,啞鈴型截面的中間拱肋寬500 mm。鋼管核心混凝土設計強度等級為C40 ,采用自密實混凝土泵送頂升施工。

2 　自密實混凝土的生產(chǎn)控制

2. 1 　實驗室配合比及施工配合比

　　由于對材料和施工條件、環(huán)境條件的敏感性,自密實混凝土的配合比設計需要針對具體的工程和材料而進行。配合比設計所采用的原材料必須與施工時一致。另外,由于摻加了大量的礦物摻和料和多種外加劑,自密實混凝土的強度發(fā)展規(guī)律變得復雜,

　　因此,最好在達到28 d 強度后再進行施工,因此需要及早做好準備。實驗室配合比得出后,需要根據(jù)現(xiàn)場材料的含水量轉變?yōu)槭┕づ浜媳?。自密實混凝土對骨料的含水量變化很敏?有時0. 5 %的含水量變化就會使得自密實混凝土的工作性有明顯的不同。因此,需要在確定施工配合比時較為準確地測定骨料的含水量,并在現(xiàn)場施工過程中注意對骨料含水量的控制。通過專門的配合比設計,考慮鋼管混凝土拱橋的受力特征,最終形成的實驗室配合比如表1 所示。

2. 2 　生產(chǎn)前的準備工作

　　自密實混凝土的工程質量與生產(chǎn)和施工質量密切相關。作為一種新型的建筑材料,生產(chǎn)與施工單位的技術人員往往對自密實混凝土的技術要點了解不夠,因此需要在自密實混凝土結構施工前,對有關人員做好交底工作,應事先熟悉自密實混凝土的相關技術要求,并在自密實混凝土的生產(chǎn)與施工中貫徹實施。

2. 3 　生產(chǎn)中材料的控制

　　由于自密實混凝土對材料各項指標波動比較敏感,因此在生產(chǎn)過程中應保證材料來源和品質的穩(wěn)定。最好采用同一品牌和強度等級的水泥等,尤其注意粗骨料的變化。當粒形、級配等有明顯變化時,需另外調整配合比。由于對用水量比較敏感,在施工過程中,當遇到砂、石含水率變動較大的情況,及時測定砂、石中的含水量,并按測定值調整配合比。本工程由于施工前專門備足了粗、細骨料,因此自密實混凝土生產(chǎn)過程沒有出現(xiàn)材料的較大的變化,配合比僅僅根據(jù)砂、石的含水率進行了適當調整。

2. 4 　生產(chǎn)過程

　　生產(chǎn)前先根據(jù)現(xiàn)場測得的砂、石的含水率將實驗室配合比轉換為施工配合比,根據(jù)施工配合比下料,由于自密實混凝土的配合比對砂、石的含水率比較敏感,下料時預留5 %的水,攪拌后在攪拌機觀察口目測混凝土工作性的情況,在允許范圍內調整配合比中用水量和外加劑摻量。必要時可適當添加高效減水劑,嚴禁在拌和物出機后加水。由于自密實混凝土水膠比小,并摻入粉煤灰等活性細摻料,因此在生產(chǎn)中應比普通混凝土適當延長攪拌時間。本工程根據(jù)實際攪拌效果,確定攪拌時間為99 s。

2. 5 　開盤鑒定

　　應特別重視自密實混凝土生產(chǎn)中的開盤鑒定,并根據(jù)開盤鑒定結果及時調整配合比。開盤鑒定的指標除了要滿足預拌混凝土的有關要求外,還應滿足工程對自密實混凝土工作性的要求,如坍落流動度指標,L 型儀穿越能力和抗離析能力等。同時,對新拌自密實混凝土的表觀密度進行測試,根據(jù)各種材料的表觀密度核對其密實度或者含氣量是否符合要求。

3 　運輸控制及注意事項

　　采用攪拌車運送自密實混凝土拌和物時,攪拌車筒內積水、積漿不僅使自密實混凝土強度降低,而且影響其工作性,甚至導致離析。因此,在運送自密實混凝土之前,應該做好攪拌車的檢查,確保攪拌筒濕潤而無明水。另外,同運送普通泵送混凝土一樣,須保持運輸車滾筒慢速轉動。當運輸距離較長時,必須給予特別的注意?；炷练炙蛦紊铣送ǔＥc普通混凝土一樣需注明的內容以外,還必須注明以下內容:坍落流動度- 目標值和可接受范圍;生產(chǎn)時間- 混凝土生產(chǎn)的時間;如果允許現(xiàn)場添加外加劑,則應注明添加外加劑的說明書,另外注意司機在運輸途中務必不可擅自加水或者外加劑。

　　本工程由于運輸距離較短,途中運輸時間大約在20～30 min ,且施工組織得當,因此運輸過程十分順利,混凝土基本上沒有坍落度損失。另外,施工荷載加載的方式影響到拱軸線形,故加載的方式采用對稱加載。為了保證混凝土施工的連續(xù)性和兩岸的同步性,本工程使用了12 臺混凝土攪拌運輸車。

4 　現(xiàn)場檢驗,施工組織,質量控制等

4. 1 　現(xiàn)場檢驗

　　自密實混凝土運輸?shù)竭_現(xiàn)場,在泵送前應進行工作性檢驗方法,檢驗并確認其工作性滿足要求,確?；炷翛]有離析現(xiàn)象。

4. 2 　施工組織

　　由于自密實混凝土在澆筑的過程中沒有振搗,僅靠自重成型,因此必須保證其在入模之前,仍具有優(yōu)異的工作性,否則將影響混凝土工程質量,甚至造成嚴重的工程事故。為了保證自密實混凝土在入模時的工作性,施工組織工作也很重要,應事先根據(jù)澆筑量、生產(chǎn)能力、途中時間和澆筑能力制定合理的施工計劃,使運輸過程盡可能順暢,縮短等待時間,保證施工現(xiàn)場泵送、澆筑的連續(xù)進行,確保自密實混凝土的分送和澆筑在混凝土工作性保持期內完成。

　　另外,為了保證工程質量,采取了一系列預防措施,確保工程施工質量。比如由于自密實混凝土的高流動性,在施工中對模板體系的強度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。本工程為了保證拱體的穩(wěn)定性,采用兩端同時連續(xù)泵送頂升施工,控制兩端混凝土高差不超過1 m ,且間斷泵送的時間間隔不超過15 min。兩端混凝土高差通過事先在拱體上垂直高度每隔1 m 所開的直徑為5 mm的排氣孔檢查,當混凝土澆注到排氣孔的位置時,混凝土漿溢出,據(jù)此判斷兩側混凝土的澆注高度,并保持兩側混凝土澆注高度一致。

　　針對啞鈴型鋼管混凝土拱肋在灌注腹腔內混凝土時容易出現(xiàn)爆管事故的特點,本工程在施工順序上,先灌注上下弦管的管內混凝土,最后灌注腹腔內混凝土,以避免空鋼管局部承壓。同時由于自密實混凝土工作性良好,泵送施工中泵壓較小,保證了腹板施工的順利進行。

4. 3 　質量控制

　　現(xiàn)場混凝土澆注的密實情況,一般是通過在澆筑過程中用小錘敲擊鋼管壁的聲音來判斷的,聲音沉而且啞者,表明混凝土填充飽滿,若聲音空洞或者有回聲,則應采用超聲波做進一步檢測[2 ] 。該工程在施工過程中以及澆注完成后,采用小錘敲擊表明,混凝土澆注密實。

　　現(xiàn)場澆注的同時,成型了抗壓強度標準試件,由于目前對自密實混凝土立方體抗壓試塊的尺寸效應的強度換算系數(shù)不明確,本工程立方體抗壓強度試塊尺寸采用150 mm ×150 mm ×150 mm 的試塊。試塊標養(yǎng)至28 d ,抗壓強度值見圖2、圖3。試驗結果表明:該混凝土強度滿足設計要求,且在多個部位取的試塊強度離散性很小,混凝土勻質性好。

　　對于鋼管混凝土拱橋,以前施工中常有的問題是:由于泵送過程對混凝土擾動很大,施工中容易造成混凝土離析、堵泵;由于混凝土拌和物在施工過程中離析而引起的鋼管內部混凝土不均勻、不密實;或者在澆注一定時間后,由于內部混凝土的沉降引起頂部鋼管壁與混凝土脫離、空鼓等。尤其對于啞鈴型截面的鋼管混凝土拱肋,當泵壓較大時,在灌注腹腔內混凝土時容易出現(xiàn)爆管事故[3 ] 。而本工程采用自密實鋼管混凝土進行施工混凝土澆注非常順利,泵壓正常,施工速度快,鋼管核心混凝土密實,達到了預定的要求和效果。

5 　結語

　　在鋼管混凝土拱橋的實際工程應用中,施工過程非常順利,施工速度快,從開始澆注到結束,一氣呵成。混凝土在施工過程中始終保持均勻,混凝土強度滿足工程要求,強度的離散性較小。

施工到拱頂時,從拱頂排氣管里冒出的是均勻的混凝土,而不是水泥漿或者砂漿,說明該自密實

　　混凝土均勻性好,始終處于穩(wěn)定狀態(tài),沒有發(fā)生離析。施工結束后9 個月,對鋼管混凝土拱頂進行檢查,敲擊試驗表明鋼管與混凝土沒有脫空。分析表明,自密實混凝土材料成本與普通泵送混凝土基本持平,而其施工性能優(yōu)于普通泵送混凝土,并能保證鋼管與內填自密實混凝土更好地共同工作,因此,自密實混凝土用于鋼管混凝土拱橋將取得明顯的綜合效益。

參考文獻

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