1、自密实微膨胀混凝土配合比设计和施工控制 摘要 ： : 从自密实微膨胀混凝土的原材料、配合比设计、混凝土的性能及其在钢管混凝土拱的工程应用进行了研究。 通过配合比的设计和优选, 配制出满足设计要求的高性能混凝土, 并对所配制混凝土的拌合物性能、力学性能、 变形性能及耐久性进行了试验研究,为实际工程解决了钢管混凝土拱结构所需要的缓凝、保塑、自密实微膨胀的高性能混凝土的配制与应用 关键词 ：自密实微膨胀 混凝土设计施工控制前言自密实混凝土是八十年代后期从日本首先发展起来的一种高性能混凝土。由于其良好的施工性能和在国内外许多大型工程中的成功使用,近几年来在我国也逐渐得到应用和推广, 尤其是在钢管混凝土
2、中和各种难以浇筑的结构部位更是得到了较为广泛的应用。对于钢管混凝土拱, 其拱内自密实微膨胀混凝土的配制是整个施工技术的核心。高强自密实微膨胀混凝土的配制 , 一般通过复合掺入活性矿物掺料和化学外加剂来降低水灰比, 提高混凝土的流动性 , 并达到缓凝、 保塑的施工要求。 活性矿物掺料除了取代一部分水泥、减小收缩的作用外 , 还可以取代一部分细集料 ,通过发挥其微集料效应, 更好地填充混凝土内部的孔隙, 起到改善混凝土的和易性和可泵性、提高混凝土的密实度和耐久性、减少泵送时混凝土对管壁的摩擦阻力的作用。高强自密实混凝土所用胶凝材料总量一般在500 550kg/m3之间 ,砂率较大 , 粗骨料用量和
3、粒径均较小 ,容易产生较大的收缩 ,引起内应力裂缝, 从而导致混凝土强度和耐久性的降低。一般通过加入膨胀剂来保证混凝土的无收缩或微膨胀。广深港铁路客运专线广深段沙湾水道特大桥1-112m 提篮拱桥长116m，计算跨度为112m，桥下净空为 32.9m；是目前国内施工高度最高的客运专线提篮拱。提篮拱按尼尔逊体系布置吊杆，采用单箱三室截面预应力混凝土系梁。桥面箱梁顶宽17.8 米，梁高 2.5米。系梁采用C50钢筋混凝土。拱肋采用悬链线线型，矢跨比为1： 5，拱肋平面内矢高为22.4m。拱肋横截面采用哑铃形混凝土钢管截面，截面高度为3.0m，沿程等高布置，钢管直径为1200mm，由厚 18mm的钢
4、板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用16mm厚的腹板连接。拱肋在横桥向内倾9，形成提篮式，拱顶处两拱肋中心间距9.19m，拱脚处两拱肋中心间距16.20m。系全桥共设 5 处钢结构横撑， 除拱顶处设一字撑并用斜杆相连外，其余均为K 型撑。沙湾特大桥提篮拱具有技术要求高, 施工难度大的特点 , 其中 606m3拱内流态混凝土的压注施工也是必须攻克的难点, 是全桥建设的关键环节。 设计一个合理的微膨胀混凝土配合比, 并组织好混凝土泵送施工, 则是突破这一难点的前提。一配合比技术指标要求钢管拱中间无配筋，但难于进行人工混凝土作业施工，要求混凝土具有良好的工作性能，能够无需振捣能够自动填充，快速施工。因
5、此要求设计坍落度要求220 260mm，经时损失20mm/h 扩展度要求 550650mm，电通量的设计要求 1000C，含气量要求 1.5 4，无抗冻要求，砼强度等级为 C55。二、原材料情况2.1 水泥华润（贵港）水泥有限公司生产的华润牌PO42.5，检测指标见下表 2.1 ：材料名称主 要 性 能 指 标碱含量（ %）氯离子含量（ %）游离 CaO比表面积28 天抗压强含量 (%)2度 Rc(MPa)PO42.5（ m/kg）0.420.0060.5234249.22.2 细集料西江肇庆河砂，细度模数2.9 ，检测指标见表 2.2 ：材料名称主 要 性 能 指 标泥块含量云母含量Cl-
6、含量轻物质含量含泥量（ %）（ %）（ %）（ %）中粗河砂（ %）1.10.20.030.0010.052.3 粗集料采用粒形好的广东珠海洪湾碎石场生产反击破碎石，严格控制最大粒径不超过25mm，规格及比例为5-16mm 5-25mm=40%60%，检测指标见表 2.3 ：主 要 性 能 指 标材料名称坚固性压碎值（ %）含泥量（ %）针片状含量（ %）（ %）5-25mm连续级配花6.84.20.34.2岗岩碎石2.4 矿物掺合料优选漳州电厂级粉煤灰，检测指标见表 2.4 ：材料名称主 要 性 能 指 标细度（ %）氯离子含量（ %）烧失量（ %）需水量比（ %）粉煤灰10.80.082.
7、45952.5 外加剂选用北京瑞迪斯建材有限公司生产的FAC型聚羧酸高效减水剂，检测指标见表 2.5 ：材料名称主 要 性 能 指 标减水率（ %）Cl- 含量含气量（ %）抗压强度比坍落度保留值FAC 聚羧酸（ %）28d（%）60min （ mm）高效减水剂31.20.043.61351852.6 膨胀剂选用山西凯迪建材有限公司生产的UEA膨胀剂，检测指标见表 2.6 ：材料名称主 要 性 能 指 标Cl- 含量总碱量限制膨胀率水中抗压强度抗折强度UEA 膨胀剂（ %）（ %）28d(%)28d（ MPa）28d（ MPa）0.0060.620.06848.27.2三、配合比设计3.1混凝
8、土配置强度的计算根据设计要求以及规范规定，要求该混凝土符合CECS203-2006中三级自密实要求，另根据混凝土采用混凝土拌合站集中拌和, 强度标准差 =7.0MPa, fcu=55+1.645 7.0=66.5MPa3.2水灰比的计算根据规范和水泥厂家提供的报告，水泥的富余系数取1.05 ，fce= c fce,g 1.05 42.5 44.6 MPaW/C=0.46 44.6/ （ 66.5+0.46 0.07 44.6 ） =0.303.3 水泥、掺合料、外加剂及用水量的确定：混凝土设计使用年限为100 年 , 电通量指标小于1000C，环境作用等级T1，H1。根据 CECS02-200
9、4 自密实混凝土设计与施工指南、CECS203-2006自密实混凝土应用技术规程 、客运专线高性能混凝土暂行技术条件 、铁路混凝土工程施工质量验收补充标准和设计要求， 自密实为满足其工作性要求混凝土胶凝材料总量不应小于500kg/m3，水胶比小于0.35 。为提高混凝土的耐久性， 满足混凝土设计要求， 在混凝土中掺优质的粉煤灰和膨胀剂。外加剂为聚羧酸高效减水剂，掺量为 1.40%, ，经过试拌确定用水量为 157kg/3m，考虑掺有膨胀剂强度会降低，选取水胶比为 0.28 ，此时总胶凝材料为 561kg/m3, 膨胀剂掺量为8%，等量取代水泥， 掺量为 45kg/m3，粉煤灰掺量为 20，等量
10、取代水泥，掺量为112 kg/m3 。水泥用量为 404 kg/m3 。3.4 砂率选取根据CECS203-2006_自密实混凝土应用技术规程中规定，为满足工作性能单位体积粗骨料绝对体积宜为 0.320.35 。珠海洪湾碎石表观密度为 2640 kg/m3 ，选取砂率 45%。假定容重为 2400 kg/m 3 外加剂用量 561 1.30% 7.29 kg/m 3 333粗骨料为 1675 754 921 kg/m粗骨料（ 5-25 ）=921 0.6=553 kg/m 3； 粗骨料（ 5-16 ）=866 0.4=368 kg/m 3 粗骨料绝对体积为 9212640 0.35 ；粉体体积
11、为404 3100112 2300 453000 0.194粗骨料绝对体积和粉体体积均符合CECS203-2006中的要求。确定基准配合比为：水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：膨胀剂：外加剂 404：754： 921： 157：112： 45：7.29=1： 1.86 ： 2.28 ： 0.39 ：0.28 ： 0.11 ： 0.01803.5试拌及配合比的选定：据基准配合比分别调整水胶比0.32 、0.27 和砂率分别为46%和 44%进行试拌， 试拌后混凝土和易性良好，拌合物性能指标符合标准要求，抗压强度满足设计要求。按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则，选定的配合比为：水泥：
12、砂：碎石：水：粉煤灰：膨胀剂：外加剂=404： 754：921： 157： 112： 45： 7.29=1：1.86 ： 2.28 ： 0.39 ： 0.28 ：0.11 ： 0.0180选定的配合比试件的各项性能指标满足设计要求，结果见下表 3.1 ：抗压强度（ MPa）收缩值 st （ 10-6 ）电通量（ C）抗裂性3d7d28d7d28d90d53.663.367.7-95-113-54692合格四自密实微膨胀混凝土现场施工控制混凝土密实度直接影响其整体结构性能, 因此采用由拱脚向拱顶的“连续顶升”施工方法，即采用一级泵送一次到顶，拱顶弦管内以隔舱板隔开。泵送时按照先下管、后上管、再腹
13、腔的顺序进行，保证拱内混凝土的密实性。; 拱肋混凝土施工每片拱肋采用两台混凝土输送泵, 从两端拱脚对称顶升灌注混凝土, 也就是每次拱肋混凝土施工需要4 台混凝土输送泵同时工作。在拱顶处设置隔仓板和排浆溢流管, 以保证将泵送混凝土前端的不良部分排出, 并使拱顶段有一定压力以减小其收缩量 , 增加密实性。 隔仓板是从拱顶将两端拱肋分隔开 , 使两侧拱脚泵送至拱顶的混凝土不至于混流 , 同时加强两侧混凝土的连接。灌注顺序：先灌注下管，待下管内混凝土强度、弹模达设计值的80以上后，对称灌注上管内混凝土；待上管内混凝土、弹模达设计值的80以上后，分仓、对称灌注腹腔内混凝土。工艺流程： 施工准备拱肋钢管开
14、孔、焊接安装灌注管混凝土输送泵调试压注清水和水泥浆，润滑输送管和拱肋钢管压注管内混凝土一关闭灌注管的截止阀稳定一清洗泵送设备和管路拆除泵送管补焊钢板。混凝土质量检测：砼泵送顶升时，试验室应留有足够的试件。每次砼泵送时，制作试件，进行抗压强度试验。 砼泵送完成三个月左右后，收缩趋于稳定， 应对砼与钢管的密实情况进行检查。检查方法有三种：锤击敲打法。通过敲击声音的变化，可以检查出灌注砼与钢管内壁间的空隙。钻小孔取样法，采用磁力电钻。超声波无损检查法。超声波检测的主要目的是检查管内砼是否均匀、砼与钢管是否密贴。五、结论5.1所配制的 C55自密实微膨胀混凝土具有优良的工作性,坍落度达到260mm,3
15、h坍落度保留值为 220mm,6h为 200mm;保水性好 , 泌水率小 ; 同时还具有良好的力学性能、 微膨胀性能和耐久性能。满足了沙湾水道特大桥桥梁钢管混凝土拱施工中采用泵送顶压法浇注混凝土的技术要求。5.2采用自密实微膨胀混凝土浇筑钢管混凝土结构不仅能减少空洞、蜂窝、麻面等质量问题及提高密实性,而且还能提高施工速度,降低施工难度 ,避免了模具的损耗, 具有良好的经济效益。5.3在 C55 自密实微膨胀混凝土中掺入20% 的级粉煤灰, 不但可提高混凝土的缓凝保塑性和可泵性 , 而且改善了混凝土的力学性能和耐久性,使其后期强度能稳定增长,同时还节约了能源和资源 ,降低了造价 , 保护了环境 , 具有明显的经济效益和社会效益。参考文献1. CECS203-2006_ 自密实混凝土应用技术规程 ；2. 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 ；3. 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 ；4. 广深港客运专线沙湾特大桥设计图纸及设计要求。
