自密实混凝土在钢筋混凝土劲性骨架拱桥中的应用公路交通技术200605.doc

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1、 自密实混凝土在钢筋混凝土劲性骨架拱桥中的应用 摘 要：自密实混凝土具有大流动性及良好的粘聚性，使混凝土在自身重力作用下自行流动但不会发生骨料分离，从而实现自密实。自密实混凝土可以解决由于人为因素产生的施工质量不良的问题，并且可以解决钢筋密集部位或某些振捣机械无法达到的部分混凝土的施工问题，同时还能加快施工进度，节省人力，减少噪音污染。本文结合工程实例，介绍了自密实混凝土的特性、优点、配合比以及在钢筋混凝土劲性骨架拱桥实际应用中取得的效果。关键词：自密实混凝土；劲性骨架；拱桥；应用； 第 5 页 共 5 页自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称为SCC）也叫自流平

2、混凝土，是在低水胶比下，能不经振捣靠自身的重力作用自流平自密实并充满模板和包裹钢筋，这种新型混凝土为施工带来了极大便利，被称为“最近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”。自密实混凝土起步最早的是日本，后来美国、英国、联邦德国、加拿大等也进行了相关研究，现在这些国家自密实混凝土的使用量已经占混凝土全部用量的30%40%1。我国从上世纪九十年代才开始对其进行研究，尚处于起步阶段，目前年用量不足1%。1 自密实混凝土的特性及优点1.1 自密实混凝土特性高流动性：是自密实混凝土的最显著的特点。是指分散体系克服内阻力而产生变形的能力，可以保证混凝土能够绕过障碍物，充分填充模型内每个角落。常用评价指标

3、主要有坍落度、坍落扩展度等。高稳定性：保证混凝土质量均匀一致，即不泌水，骨料不离析。间隙通过性：保证混凝土浇筑时能自行穿越钢筋间隙而不发生阻塞。填充性：是衡量自密实混凝土工作性的一个重要指标，是流动性、稳定性和间隙通过性的最终结果。1.2自密实混凝土优点混凝土具有高流动性、高抗分离性、高间隙通过性和高填充性，能自行填充模板内的空间，形成均匀密实的混凝土结构，混凝土水胶比低，结构致密，抗渗和抗碳化性能强，混凝土收缩小，水化温升低，抗裂性能好，可有效抵御环境中有害物质的侵害；避免在混凝土施工中漏振和过振等人为因素对混凝土质量的影响，增加结构寿命；降低劳动强度，节省劳力、振捣机具和能耗，降低施工成本

4、；降低施工噪音，缓解施工扰民矛盾；简化工序，缩短工期，提高效率；施工方便，为结构设计提供了更大的自由度；可大量利用粉煤灰和矿渣粉等工业废料，废物利用，有利于环境保护等。2 自密实混凝土适用范围2.1 自密实混凝土的适用范围，一般有以下几个方面：浇筑量大、浇筑深度、高度大的结构工程；形体复杂、配筋密集、薄壁、钢管混凝土等受施工操作空间限制的工程结构；工程工期要求紧、严格环境噪音限制、普通混凝土无法实现的工程结构。以下情况不宜采用自密实混凝土2：用起重机及手推车浇筑混凝土时；混凝土浇筑表面的坡度超过3时；喷射混凝土时；通过加水获得的高流动性混凝土，而又无不良后果的，如真空混凝土，压轧混凝土及离心制

5、管等。3 工程应用实例湖北省兴山县平邑口香溪河特大桥，采用单孔净跨180m的上承式钢筋混凝土劲性骨架箱型拱，矢跨比1/8，净矢高22.5m，线形采用等截面悬链线，拱轴系数m1.543。拱箱采用钢管加斜腹杆和上、下平联形成的劲性骨架与外包混凝土组合构造，钢管管径829cm，内部灌注C40自密实混凝土，形成钢管混凝土两铰拱构造。3.1 配合比设计的原则3.1.1 一般原则要求拌和物具有很大的流动性，能自行密实而不产生离析，并能满足所要求的强度和耐久性。增大流动性的途径除了增大用水量外，还有增加外加剂掺量和采用聚羧酸系高效减水剂。适当增加砂率，保证浇筑时不产生离析。3.1.2 一般要求及配制要点砂率

6、。砂率是影响混凝土拌合物工作性的一个主要因素。砂率适宜可以减小集料的空隙率，减小骨料间的摩擦，增加润滑作用，增强粘聚性和保水性。砂率过大，会影响自密实混凝土的弹性模量和抗压强度。一般宜控制在40%45%。本工程砂率采用48.5%。水胶比。自密实混凝土水胶比选择除了应满足普通混凝土各项性能外，还必须考虑大流动性混凝土为保持良好的粘聚性需要对最大水胶比的限量。减小水胶比，可以增加混凝土的粘聚性。根据以往工程经验，水胶比一般选择在0.30.4之间。本工程采用0.36。混凝土胶凝材料用量。为了达到大流动和保持混凝土良好的粘聚性，混凝土胶凝材料不应过低，一般不低于500 kg/m3。本工程未掺粉煤灰，胶

7、凝材料用量达到了543kg/m3，早期强度较高，混凝土的水化热较大，收缩也大。混凝土单位用水量。增加单位用水量，可以增大混凝土流动度，但混凝土易发生离析，增大混凝土泌水性，影响到混凝土的和易性。在配制自密实混凝土时，应在保证坍落度和混凝土工作性的前提下，尽量降低单位用水量。本工程单位用水量采用186 kg/m3。塌落度损失及其控制。塌落度的经时损失在自密实混凝土中表现得尤为突出，其产生的主要原因是：随着水泥的水化反应，高效减水剂被水泥的水化产物大量吸附而使分散作用降低，表现微自密实混凝土的塌落度随时间的增长而逐渐减少。塌落度损失程度与高效减水剂的掺加方法、水泥品种、施工温度、搅拌工艺等有关。高

8、效减水剂可以采用反复掺加的方法，必要时可以加入少量的缓凝剂。水泥裹砂工艺。骨料含水量的不同以及混凝土搅拌方式的不同都会影响自密实混凝土的性能。自密实混凝土最易出现的问题是离析和泌水。日本人首先提出的水泥裹砂工艺，就是在骨料表面包上一层低水胶比的水泥浆形成皮壳外壳，以提高混凝土的各种性能，可以防止此类问题的发生。造壳搅拌的砂子，其表面含水量以15%25%为宜。3.2 原材料及其性能3.2.1 水泥 水泥是混凝土中的胶凝材料，可为混凝土提供活性。混凝土中的水泥用量过多会产生不良后果：如水化热过大，混凝土收缩过大产生裂缝及空隙。理论上各种水泥都可用于配制自密实混凝土，最好是硅酸盐水泥，其次是普通硅酸

9、盐水泥。水泥标号一般不宜低于42.5MPa。同时还要考虑水泥的吸水性和高效减水剂的相容性。本工程采用华新普通42.5硅酸盐水泥，水泥密度为3.08g/m3，3天和28天抗压强度分别达到26.2MPa和 49.1MPa，3天和28天抗折强度分别达到5.3MPa和8.9MPa。3.2.2 骨料骨料在混凝土中起骨架作用，必须控制骨料的最大粒径、粒型和级配。级配不好，将影响混凝土的粘性，容易离析、泌水。粗骨料最大粒径一般不超过25mm。同时要求针、片状颗粒含量要少。细骨料宜选用级配良好的中砂或粗砂（细度模数2.6），且适当增加砂中细粉的含量，提高混凝土的粘度。粗骨料采用525mm的人工碎石，表观密度为

10、2670kg/m3。细骨料采用细度模数为2.78，石粉含量11%的河砂。3.2.4化学外加剂混凝土中适当掺入外加剂，可以明显改善混凝土拌和物的性能，减少用水量，延缓凝结时间，降低水化热，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等。掺加高效减水剂则是配制自密实混凝土的技术关键。自密实混凝土对外加剂的要求有3：与水泥相容性好；减水率大；缓凝、保塑。常用减是剂有：萘磺酸盐系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸盐系列和聚羧酸系列四大类。其中聚羧酸系列效果显著。本工程主要采用的上海麦斯特生产的聚羧酸系SP8CR-HC高效减水剂。另外掺入UEA膨胀剂，起到膨胀密实的效果。3.2.5拌和水当用于拌制混凝土的水中含杂质过量时，不

11、仅会影响混凝土的强度，还会影响混凝土的凝结时间，其质量应符合饮用水的标准。3.3 混凝土施工配合比经试验，最终确定自密实混凝土的配合比如表1。表1 C40微膨胀自密实混凝土配合比使用部位设计标号水泥品种坍落度控制配合比的主要参数每方混凝土材料用量石子最大粒径水胶比单位用水量/m3砂率%膨胀剂掺量%减水剂掺量%水水泥天然砂人工骨料减水剂SPCR-HC原液膨胀剂UEA钢管内部C40华新普通42.51822250.3618648.5100.61864658208463.10523.4 混凝土体积变形（表2）从表2可以看出，混凝土前期膨胀不大，14天以后出现收缩，但后期收缩趋于稳定，第63天收缩值最大

12、，之后又逐渐收缩变小。虽然从数据上看混凝土略有收缩，但掺入一定量的膨胀剂后，对减少混凝土的收缩起到了一定的缓解作用，从长久来看，可以补偿混凝土水化热带来的体积收缩。表2 混凝土自身体积变形（）龄期（d）1234567891011121314212936424956637077自身体变（）01525303525201815149972-7-21-27-42-36-49-50-41-433.5 自密实混凝土的质量控制要点钢管内不得出现断缝、孔洞，不得出现混凝土与管壁分离现象；单管混凝土浇筑必须连续浇筑，且灌注完成时间不得超过首盘混凝土的初凝时间。施工时，环境温度应控制在540，钢管温度小于60，如

13、果有超温现象，应先降低钢管温度后再组织施工。浇筑时，利用压力泵将混凝土从钢管拱两端的拱脚相向、均衡、对称顶升灌注，直到拱顶预设的出气管口冒出混凝土为止，表明已在管内完全浇灌混凝土。浇筑过程中，采用小铁锤敲击钢管，检查混凝土的上升位置，及时检查发现混凝土浇筑过程中是否产生空洞。为保证钢管混凝土的密实性，可在拱顶位置设置溢流管。对钢管内混凝土不密实部位，可采用钻孔压浆法进行补强，压浆后钻孔补焊牢固。3.6 施工质量检测钢管内自密实混凝土浇筑2周后，利用超声和手锤敲击方法对混凝土的施工质量进行了全面检测。结果表明：对选样点进行超声法和手锤敲击测试，所浇注的8根钢管混凝土拱，其内部混凝土均匀密实，混凝

14、土与管壁之间最大空隙为15mm，主要集中在拱顶附近。经采用高强砂浆补强后，满足设计要求。4 结束语自密实混凝土具有许多振动密实混凝土所不具备的优点，有良好的发展前景。将自密实混凝土技术与钢管混凝土技术结合起来，消除了浇筑混凝土时的振捣噪声，提高了施工速度与质量，实现了混凝土浇筑时的省力化，为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的工程施工带来了极大的方便，并且能够有效地保证工程质量。参考文献：1 翁友发、吕家良. 自密实混凝土的研究现状及其发展方向. 中国港湾建设J.2002年4月第2期.P1619；2肖延亮，高早强微膨胀自密实高强混凝土的培植及其性能研究，武汉大学硕士学位论文，武汉，2

15、004年4月，P422。3刘数华，方坤河，曾力，高掺量粉煤灰高强自密实混凝土试验研究，粉煤灰，2004.03Applications of self-compacting concrete in Reinforced Concrete Composited Arch bridges of Stiffen FrameworkTang Yunwei1，Lu Yongjun1，Li Mingze2(1. Yichang Communication Supervisory of Quality Bureau, Yichang, 443000,China;2、Xingshan Highway manag

16、ement section, Yichang 443711,China)Abstract：The Self-Compacting Concrete has the property of high flowability and high consistency，it can flow flat under its own gravity without any segregation and it is compacted by itself.Since the self-conpacting concrete can solve all the problems which are cau

17、sed by workers matter，the denseness of steel or the narrow room,at the same time,still can accelerate the construction pregress,，save labor power, reduce the noise pollution. This article unifies the project example, introduced from characteristic，advantage，mixing proportion of the self-conpacting c

18、oncrete as well as obtains the practical application effect in Reinforced Concrete Composited Arch bridges of Stiffen Framework.Key words: Self-Compacting Concrete；Stiffen Framework；arch bridges; application1唐云伟，身份证号码412826650504033，研究生学历，工程硕士，高级工程师，曾担任河南省汝南设计院院长、汝南建筑质量监督站站长、宜昌猇亭公路管理段段长，现任宜昌市交通基本建设质

19、量监督站站长，宜昌市交通系统科技带头人之一，参与研究的公路边坡生物防治技术的应用研究湖北省科技进步三等奖，联系电话：13607204656，0717-6469956，通信地址：湖北省宜昌市沿江大道104号2-201室，邮编：443000，电子邮件：tywzjz。2陆永军，身份证号码321027197610014512，在读工程硕士，工程师，1999年7月毕业于重庆交通学院（现重庆交通大学），曾参与宜昌长江公路大桥工程建设管理工作，现任宜昌市交通基本建设质量监督站副站长，联系电话：13329805189，0717-6469983，通信地址：湖北省宜昌市沿江大道104号2-201室，邮编：443000，电子邮件：zjzlyj。3 李明泽，身份证号码420526197305030018，本科学历，工程师，现任宜昌市兴山县公路段工程科长，联系电话：13387273999，通信地址：湖北省宜昌市兴山县公路段，邮编：443711。