鋼管自密實混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用

摘　要:自密實混凝土作為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)核心混凝土,對方便施工、確?；炷凉こ藤|(zhì)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(jìn)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(guān)鍵詞:自密實混凝土;鋼管混凝土;工程應(yīng)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(xiàn)標(biāo)識碼:B

　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)借助內(nèi)填混凝土增強(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)物中的應(yīng)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(shù)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(shè)計強(qiáng)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(shè)計需要針對具體的工程和材料而進(jìn)行。配合比設(shè)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(qiáng)度發(fā)展規(guī)律變得復(fù)雜,

　　因此,最好在達(dá)到28 d 強(qiáng)度后再進(jìn)行施工,因此需要及早做好準(zhǔn)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(zhuǎn)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(zhǔn)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(shè)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(zhǔn)備工作

　　自密實混凝土的工程質(zhì)量與生產(chǎn)和施工質(zhì)量密切相關(guān)。作為一種新型的建筑材料,生產(chǎn)與施工單位的技術(shù)人員往往對自密實混凝土的技術(shù)要點了解不夠,因此需要在自密實混凝土結(jié)構(gòu)施工前,對有關(guān)人員做好交底工作,應(yīng)事先熟悉自密實混凝土的相關(guān)技術(shù)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(biāo)波動比較敏感,因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)保證材料來源和品質(zhì)的穩(wěn)定。最好采用同一品牌和強(qiáng)度等級的水泥等,尤其注意粗骨料的變化。當(dāng)粒形、級配等有明顯變化時,需另外調(diào)整配合比。由于對用水量比較敏感,在施工過程中,當(dāng)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(diào)整配合比。本工程由于施工前專門備足了粗、細(xì)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(jìn)行了適當(dāng)調(diào)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(zhuǎn)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(yù)留5 %的水,攪拌后在攪拌機(jī)觀察口目測混凝土工作性的情況,在允許范圍內(nèi)調(diào)整配合比中用水量和外加劑摻量。必要時可適當(dāng)添加高效減水劑,嚴(yán)禁在拌和物出機(jī)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(xì)摻料,因此在生產(chǎn)中應(yīng)比普通混凝土適當(dāng)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(yīng)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(jié)果及時調(diào)整配合比。開盤鑒定的指標(biāo)除了要滿足預(yù)拌混凝土的有關(guān)要求外,還應(yīng)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(biāo),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(jìn)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(yùn)輸控制及注意事項

　　采用攪拌車運(yùn)送自密實混凝土拌和物時,攪拌車筒內(nèi)積水、積漿不僅使自密實混凝土強(qiáng)度降低,而且影響其工作性,甚至導(dǎo)致離析。因此,在運(yùn)送自密實混凝土之前,應(yīng)該做好攪拌車的檢查,確保攪拌筒濕潤而無明水。另外,同運(yùn)送普通泵送混凝土一樣,須保持運(yùn)輸車滾筒慢速轉(zhuǎn)動。當(dāng)運(yùn)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(nèi)容以外,還必須注明以下內(nèi)容:坍落流動度- 目標(biāo)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(yīng)注明添加外加劑的說明書,另外注意司機(jī)在運(yùn)輸途中務(wù)必不可擅自加水或者外加劑。

　　本工程由于運(yùn)輸距離較短,途中運(yùn)輸時間大約在20～30 min ,且施工組織得當(dāng),因此運(yùn)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(yùn)輸車。

4 　現(xiàn)場檢驗,施工組織,質(zhì)量控制等

4. 1 　現(xiàn)場檢驗

　　自密實混凝土運(yùn)輸?shù)竭_(dá)現(xiàn)場,在泵送前應(yīng)進(jìn)行工作性檢驗方法,檢驗并確認(rèn)其工作性滿足要求,確保混凝土沒有離析現(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(zhì)量,甚至造成嚴(yán)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(yīng)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(yùn)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(jìn)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(nèi)完成。

　　另外,為了保證工程質(zhì)量,采取了一系列預(yù)防措施,確保工程施工質(zhì)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(qiáng)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(dāng)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(cè)混凝土的澆注高度,并保持兩側(cè)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(nèi)混凝土?xí)r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(nèi)混凝土,最后灌注腹腔內(nèi)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(jìn)行。

4. 3 　質(zhì)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(yīng)采用超聲波做進(jìn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的強(qiáng)度換算系數(shù)不明確,本工程立方體抗壓強(qiáng)度試塊尺寸采用150 mm ×150 mm ×150 mm 的試塊。試塊標(biāo)養(yǎng)至28 d ,抗壓強(qiáng)度值見圖2、圖3。試驗結(jié)果表明:該混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求,且在多個部位取的試塊強(qiáng)度離散性很小,混凝土勻質(zhì)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(nèi)部混凝土不均勻、不密實;或者在澆注一定時間后,由于內(nèi)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(dāng)泵壓較大時,在灌注腹腔內(nèi)混凝土?xí)r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(jìn)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(dá)到了預(yù)定的要求和效果。

5 　結(jié)語

　　在鋼管混凝土拱橋的實際工程應(yīng)用中,施工過程非常順利,施工速度快,從開始澆注到結(jié)束,一氣呵成。混凝土在施工過程中始終保持均勻,混凝土強(qiáng)度滿足工程要求,強(qiáng)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(jié)束后9 個月,對鋼管混凝土拱頂進(jìn)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(nèi)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?qū)⑷〉妹黠@的綜合效益。

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