C50钢管混凝土配合比设计与性能试验研究报告 - 图文

山西阳翼高速北深沟大桥

高性能微膨胀钢管混凝土配合比设计与性能试验

研 究 报 告

武汉理工大学

武汉工大交通工程有限责任公司

中铁大桥局股份有限公司阳翼高速公路L12A合同段项目部

二○○九年八月

目 录

1工程概况..................................................................................................................... 1 2 C50微膨胀高性能混凝土配合比设计 ..................................................................... 1

2.1 水泥用量......................................................................................................... 2 2.2 用水量及水灰比............................................................................................. 2 2.3 矿物掺合料用量............................................................................................. 2 2.4 砂率................................................................................................................. 2 2.5 高效减水剂..................................................................................................... 3 2.6 膨胀剂............................................................................................................. 3 3微膨胀缓凝混凝土设计方案..................................................................................... 3

3.1 试验原材料..................................................................................................... 3

3.1.1 水泥...................................................................................................... 3 3.1.2 矿渣粉.................................................................................................. 4 3.1.3 碎石...................................................................................................... 4 3.1.4 细集料.................................................................................................. 5 3.1.5 高效减水剂.......................................................................................... 5 3.1.6 膨胀剂.................................................................................................. 5 3.1.7 拌合水.................................................................................................. 5 3.2 试验方法......................................................................................................... 5 4 试验配比与结果........................................................................................................ 7

4.1 混凝土试验配比............................................................................................. 7 4.2 混凝土工作性能试验结果............................................................................. 8 4.3 混凝土强度试验结果..................................................................................... 9 4.4 混凝土限制膨胀率试验结果....................................................................... 10 4.5 混凝土自生体积变形试验结果................................................................... 11 5 主要研究结论.......................................................................................................... 12

1工程概况

阳翼高速公路是山西省高速公路网规划\人字骨架，两纵十一横十一环\最南一横的重要组成部分，是\十一五\期间全省的重点工程，也是晋城市\大十字\高速公路主骨架未建成的最后一部分。阳翼高速公路东起晋阳高速公路北音立交桥，途经阳城、沁水两县，终点为沁水、翼城交界处的云台山隧道，全长64.8公里，设计标准为山岭重丘双向四车道，概算投资41.66亿元，建设工期三年，计划2010年11月竣工通车。阳翼高速公路沿线山大沟深，地形险峻，地质条件复杂，施工条件恶劣，全线共设计大中型桥梁32座，隧道13座，互通立交5处，总投资额在晋城市高速公路建设历史上遥遥领先。建成后将使晋侯高速公路全线贯通，结束沁水县没有高速公路的历史，使晋城市西出口畅通无阻，是该市连接晋南、陕西的交通大动脉。

位于沁水县城东南约3.5公里处的北深沟特大桥是全线控制性工程，桥长683

米，主桥为260米，是中承式钢管混凝土拱桥，为山西省高等级公路建设史上首次采用，也是华北地区跨度最大的钢管拱桥。

本工程主拱采用C50 缓凝型微膨胀钢管混凝土，混凝土单次灌注量较大，

单次连续施工时间长，对混凝土工作性能要求较高。设计目标坍落度200 mm以上，3 h后坍落度仍保持180 mm 以上，不离析、不泌水，粘聚性能好，确保施工的连续进行和混凝土质量。

2 C50微膨胀高性能混凝土配合比设计

钢管混凝土拱桥的设计充分发挥了钢管对核心混凝土的套箍作用，提高了钢管的承载能力和构件的稳定性。为了保证钢管和混凝土的协同工作，钢管中灌注的高性能混凝土通常要求具有体积微膨胀的特性。同时，为了保证结构施工阶段的安全性和施工进度，对混凝土多提出了一定的早强要求。并且，本工程钢管混凝土采用顶升法施工，对混凝土的流动、密实能力和凝结时间提出了较高的要求。配制满足本工程结构要求混凝土的关键是混凝土的强度和膨胀能力。其中，钢管

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混凝土事实上为微应力混凝土。三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好.在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2～3倍。设置微应力，可提高构件的承载力及改变普通灌注法造成混凝土和钢管间有间隙的现象。

综上所述，配制满足本工程要求的微膨胀缓凝型高性能混凝土的关键是一方

面混凝土工作性能必须良好，凝结时间足够长，可以保证泵送过程顺利，无大气泡存在；另一方面混凝土具有满足设计要求的强度和膨胀率。

2.1 水泥用量

配制C50以上混凝土宜选用强度等级42.5以上的水泥，由于目前水泥品种

繁多，同一种等级的水泥强度差别较大，因此水泥用量通常在450~600kg/m3范围内波动，水泥用量如果再高，则会带来诸多不利的影响，如水化热过高、收缩增大等负面效应。另外，当水泥用量超过一定值后，混凝土的强度基本不再增加，所以本项目应控制水泥的用量在450~600 kg/m3范围内。

2.2 用水量及水灰比

水灰比是控制混凝土强度最为重要的一个参数，在满足施工和易性的前提

下，应尽量降低水灰比以获得高强度。配制C50混凝土适宜水灰比在0.30~0.38之间。

2.3 矿物掺合料用量

用于配制高强混凝土的矿物掺合料应该具有较高的活性和良好的均匀性，一

般掺量为水泥重量的5%~10%。

2.4 砂率

泵送混凝土砂率可以适当高于普通混凝土，以防止混凝土离析。另外，砂率

也应根据胶凝材料量的不同，而做适当的调整，如果胶凝材料量较多，则要适当的降低砂率，以减少泵送压力，反之亦然。

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2.5 高效减水剂

优良的高效减水剂是能否配制成功钢管混凝土的关键所在。首先应该选择性

能稳定，对用水量不是很敏感的减水剂。当外加剂分子中有杂环时，不易造成混凝土拌合物的离析。其次，考虑到施工要求，高效减水剂还应当具有一定缓凝保坍效果。

2.6 膨胀剂

膨胀剂的掺加方式一般有内掺法（取代等重量的水泥）和外掺法（在普通混

凝土的基础上直接掺加膨胀剂）二种，可采用内掺法，也可采用外掺法。一般说来内掺法虽然可以节约水泥、降低水化热，但它会明显降低强度。如何既保证合理的膨胀又不影响强度及工作度是高性能膨胀粉煤灰配合比设计的关键。如果在基准混凝土配合比的基础上直接外掺膨胀剂，则由于胶凝材料用量增多，而用水量、砂率等其它条件未能相应变化，则会大大降低混凝土的工作度。

3微膨胀缓凝混凝土设计方案

根据钢管混凝土工作性能、力学性能和体积变形要求，针对水泥用量、用水量及水灰比、高效减水剂类型与用量、膨胀剂类型等因素开展混凝土工作性能和力学性能试验。

试验依据：

（1）GB/T 50081-2002 （2）GB/T 50080-2002 （3）GBJ 82-85

《普通混凝土力学性能试验方法》 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》

3.1 试验原材料

3.1.1 水泥

本试验采用山西新绛威顿水泥有限公司生产的威顿P·O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥技术性能指标如表1所示。

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