中铁二十三局集团第一工程有限公司
摘要：以大跨度钢管拱C55为例，介绍大跨度钢管拱用C55自密实混凝土配合比设计及施工难点
关键词：钢管拱；自密实混凝土；配合比设计；施工控制难点；
1、工程简况
阳茂特大桥主梁为160m钢管拱混凝土连续梁，钢管拱主拱肋上下弦管、缀板设计为C55自密实补偿收缩混凝土。
2、钢管拱混凝土特点及控制难点
2.1 近年来钢管拱技术在铁路跨公路桥梁中逐渐增多，钢管拱特点是增大跨线桥跨度、施工时不影响地方公路通行，同时结构稳定、外形美观、维护费用小。钢管拱混凝土要求较高，一般为C30-C100，除普通预应力混凝土强度、弹性模量要求外，还应具备早强、低泡、高流动性、微膨胀收缩补偿、低水化热、缓凝时间长、坍损保持时间长等性能。
2.2 钢管拱混凝土的强度、微膨胀收缩补偿、工作性能之间存在矛盾关系，相互影响。掺加膨胀剂会造成钢管拱混凝土坍落度、扩展度损失过快，同时过量掺加会降低钢管拱混凝土混凝土强度，造成局部构件失稳，影响结构稳定性；掺量不足，会造成钢管拱内混凝土脱空，同样影响结构稳定性。高性能自密实钢管拱混凝土，一般采用粉煤灰、硅灰双掺。掺量过小混凝土和易性不能满足施工要求，掺量过大会导致混凝土强度等指标达不到要求。
2.3 一般自密实混凝土胶凝材料、砂率、含气量较高，水化热大、需水量大且坍落度、扩展度损失快。减水剂相容性能差，不利于混凝土性能控制。若减水剂含固量过小，混凝土和易性不容易得到保证，若含固量过大混凝土又特别敏感，因此确定减水剂配方及用量相当关键。砂率过大会造成收缩徐变大。含气量高，会造成钢管拱管内混凝土脱空，影响结构稳定性。因此必须选择适中的砂率、高性能减水剂，以满足钢管拱混凝土性能要求。
3、钢管拱混凝土配合比选定
3.1 钢管
基于桥梁设计拱混凝土设计要求对钢管混凝土的性能要求，本桥钢管内灌注C55自密实补偿收缩混凝土设计要求，依据《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ T283-2012）配合比设计规程进行配合比设计，确定C55自密实补偿收缩混凝土配合比。
C55自密实补偿收缩钢管混凝土主要技术指标要求如下：
（1）力学性能：3d抗压强度≥50MPa，7d抗压强度≥55MPa，28d抗压强度≥64.9MPa；28d弹性模量≥3.60×104 MPa；
（2）体积稳定性能：密闭环境下混凝土自由膨胀率稳定收敛期应小于60d，其值应控制在（0～6.0）×10-4；
（3）工作性能：满足以下要求；
3.2 原材料及要求
3.2.1 水泥 按TB 10424-2010《铁路混凝土工程质量验收标准》规定比水泥表面积不易大于350m2/kgC3A，含量不宜大于8%。否则水化快、坍损大、坍损过快与外加剂相容性差，不利于钢管拱混凝土配置及施工。经多次试验最终采用广东阳春海螺水泥有限责任公司生产的 P.Ⅱ52.5硅酸盐水泥能满足钢管拱混凝土的各项要求。
3.2.2硅灰 硅灰水化活性高，对水不敏感，掺加硅灰，可改善混凝土工作性。C50以上钢管拱混凝土配合比一般均采用硅灰同粉煤灰复掺的方法。采用北京中德新亚建筑技术有限公司生产的硅灰能大大改善混凝土的和易性，比表面积≧15000m2/kg、二氧化硅含量93%。
3.2.3粉煤灰 粉煤灰可降低混凝土水化热、改善和易性。同硅灰双掺可降低混凝土粘度、和易性不良、泵送阻力大的缺点。采用阳西海滨电力发展有限公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰。
3.2.4 膨胀剂 膨胀剂限制膨胀率，水中7d实测0.032×10-4，空气中21d实测-0.015×10-4；膨胀剂掺量及种类选择应根据试验确定，首先选择满足要求的膨胀剂，试拌并检测不同掺量下混凝土膨胀率（过掺会导致混凝土工作性差，少掺会导致混凝土膨胀率不足产生脱空现象），确定合适的掺量。经试验采用广州盾基建材有限公司生产的Ⅰ型膨胀剂，掺量8%。
3.2.5 砂 采用河砂，并要严格控制含泥量、泥块含量、细度模数、云母含量、轻物质含量、硫化物含量等各类指标。
采用阳西砂场的Ⅱ区中砂，细度模数2.7，含泥量1.1%、泥块含量0.2%、云母含量0.1%、轻物质含量0.1%、硫化物含量0.2%
3.2.6 碎石 宜采用压碎值、母材强度、含泥量、泥块含量合格的小粒径碎石，宜为5-20mm碎石或5-16碎石。采用阳西林峰石场生产的5-16碎石，压碎值8%、母材抗压强度153Mpa、含泥量0.1%、泥块含量0.1%、针片状颗粒含量3%、硫化物含量0.1%.
3.2.7 外加剂 减水剂应选择减水率25%以上且拌合后混凝土含气量小于2.5%的产品。经反复试验，确定减水剂配方，采用江苏奥莱特新材料股份有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂ART-JLR，减水率28%、含气量2.0%、初凝时间18.5h、终凝时间20h、含固量23.10%。
3.2.8 水 自来水 pH值7.6、硫酸盐含量35mg/L。
3.3 配合比及实测数据
4、钢管拱自密实混凝土施工拌合控制要点
4.1 施工前对所有原材料复检，混凝土施工前进行拌合站试拌，应在各个搅拌机进行混凝土试生产，测定砂石料含水率，测定胶凝材料温度，胶凝材料温度不宜大于50摄氏度。针对每台搅拌机制定独立的配合比。并安排专职试验人员驻机监督生产。并检测坍落度、扩展度、含气量、T50时间、V型漏斗通过时间、U型箱填充高度、凝结时间、3d强度、弹性模量指标。确保各项指标达到设计及规范要求。（见4.1）
4.2 正式施工时，安排专职试验员盯控每台搅拌机出产的混凝土，随时根据拌合站出机混凝土、现场检测各项指标，每2-3小时测定砂石含水率，混凝土拌合时间控制为120s，以保证混凝土能够搅拌充分，保证出站混凝土达到设计要求。根据天气、浇筑速度、浇筑部位调整混凝土指标要求及混凝土产量。
4.3 严格控制混凝土的坍落度、扩展度、V型箱、U型箱指标，如达不到要求将造成钢管拱堵管。不合格的及时调整，无法调整的必须废除处理，严格控制混凝土含气量指标，过大会造成钢管拱拱内脱空，影响结构整体安全。
4.4 在施工准备阶段应将钢管拱弦管、缀板用清水洗除内部残留焊渣、杂物。在施工时应在钢管拱弦管、缀板内注入不少于0.5方清水及1.0方砂浆润滑管壁，避免因钢材吸水，造成混凝土假凝现象，堵管影响施工。
4.5 控制好混凝土浇筑速度，要做到两侧对称灌注（相差不大于2m）、连续不间断、一次性灌注。同时搅拌机及配件、泵车、罐车等设备应有预留及应急方案，避免设备故障影响混凝土供应，造成堵管。
4.6 浇筑时现场试验人员必须做到，每车混凝土指标检测，不合格的立即调整或废弃处理，运输及施工过程中严禁加水。
4.7 浇筑时应派专人在泵车、钢管拱浇筑部位处盯控，出现情况及时汇报现场总指挥进行处理。拱顶排气孔应保持通气，专人盯控随时检查。在钢管拱上应设置冲洗设备，对漏出混凝土、水泥浆进行冲洗工作。
4.8 混凝土顶升至钢管拱拱顶时，依次冒出水、砂浆、混凝土，直至冒出混凝土不少于1方，停止泵送5min，排除管内空气。再次连续泵送不少于3个行程，反复5次后，关闭止浆阀，混凝土终凝后拆除止浆阀。拆除清洗泵管，换至下个施工部位继续施工。
参考文献
[1]《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
[2]《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB1005-2010）
[3]《钢管混凝土拱桥技术规范》GB 50923-2013
[4]《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）
[5]《自密实混凝土应用技术规程》JGJ T283-2012
[6]《自密实混凝土应用技术规程》CECS 203：2006规定
论文作者:闫爱玲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/8
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