支井河大桥C50钢管微膨胀混凝土配合比试验(1)

C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

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文章编号:1003-4722(2009)04-0032-03

桥梁建设 2009年第4期

支井河大桥C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

谢功元1,2,彭 劲3,袁长春4,刘 军2

(1.长安大学桥梁与隧道陕西省重点实验室,陕西西安710064;2.湖北省交通厅

工程质量监督局,湖北武汉440030;3.湖北沪蓉西高速公路建设指挥部,湖北恩施445000;4.中铁十三局集团有限公司,吉林长春116033)

摘 要:支井河大桥为主跨430m的上承式钢管混凝土拱桥,拱圈填充C50微膨胀混凝土,采用泵送施工。根据钢管微膨胀混凝土配合比的原理及设计思路,通过对不同水灰比、含砂率以及不同用量粉煤灰、膨胀剂的配合比试验研究,得出符合工程需要的施工配合比。工程应用表明,钢管内混凝土自密性稳定,混凝土与钢管接触较好,混凝土强度满足要求。

关键词:上承式桥;拱桥;钢管混凝土结构;微膨胀混凝土;配合比;试验中图分类号:U448.22;TU528.062 文献标志码:A

TestsforMixProportioningofC50Micro Expansion

ConcreteUsedinSteelTubesofZhijingRiverBridge

XIEGong yuan

1,2

,PENGJing,YUANChang chun,LIUJun

342

(1.KeyLaboratoryforBridgesandTunnelsofShanxiProvince,Chang anUniversity,Xi an710064,China;2.AdministrationofEngineeringQualitySupervision,DepartmentofCommunications,HubeiProvince,

Wuhan440030,China;3.ConstructionHeadquartersofWestSectionofShanghai Chengdu

ExpresswayinHubeiProvince,Enshi445000,China;4.ChinaRailwayTieshisanju

CivilEngineeringGroupCo.,Ltd.,Changchun116003,China)

Abstract:ZhijingRiverBridgeisaconcrete filledsteeltubedeckarchbridgewithamainspan430mandthearchringsoftheBridgewerefilledwiththeC50micro expansionconcretebypumping.Inaccordancewiththeprincipleanddesignconsiderationsofthemicro expansioncon creteusedinthesteeltubes,theconcretemixproportioningwithdifferentwater/cementratios,sandcontent,differentusageamountsofflyashandexpansionagentwastestedandstudiedandthemixproportioningapplicabletotheconstructionoftheBridgewasobtained.Theapplicationofthemixproportioningintheconstructionshowsthattheself densityperformanceofthecon creteinthesteeltubesisstable,theconcretehasgoodcontactwiththesteeltubesandthecon cretestrengthsatisfiestherequirements.

Keywords:deckbridge;archbridge;concrete filledsteeltubestructure;micro expansionconcrete;mixproportioning;test

1 工程概况

支井河大桥位于湖北沪蓉西高速公路宜昌至恩

施段,横跨野三关支井河峡谷。桥址区属构造剥蚀的V形河谷地貌单元,呈现出山体边坡较陡、河谷

收稿日期:2009-04-13

作者简介:谢功元(1974-),男,工程师,1998年毕业于西安公路交通大学桥梁与隧道专业,工学学士,2004年毕业于长安大学桥梁与隧道专业,工学硕士,现为长安大学桥梁与隧道专业博士研究生(xgywl@http://www.77cn.com.cn)。

C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

支井河大桥C50钢管微膨胀混凝土配合比试验 谢功元,彭 劲,袁长春,刘 军

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切割深度大的地貌特征。桥梁全长545.54m,主桥为跨度430m的上承式钢管混凝土拱桥。拱轴线采用悬链线,矢跨比1 5.5,拱轴系数1.756。拱肋采用钢管混凝土主弦管和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构,截面高度从拱顶6.5m变化到拱脚13m,拱肋宽度为4m,两肋间距13m,以20道 米 字横撑相连。主拱圈钢管外径1200mm,管壁厚度拱脚下弦1/8跨为35mm,1/4跨为30mm,其余下、上弦均为24mm。钢管内为C50微膨胀混凝土,全桥总量达4000m。

2 钢管微膨胀混凝土配合比的原理及设计思路2.1 配合比的原理分析

微膨胀混凝土是一种适度膨胀混凝土,是用膨胀来抵消混凝土的全部或部分收缩,从而避免或大大减轻混凝土的开裂

[1]

3

(4)外加剂:选择武汉浩源FDN-9000A萘系高效超缓凝型减水剂。

(5)膨胀剂:选择武汉磊珂低碱高效UEA膨胀剂。

(6)粉煤灰:采用阳逻电厂 级粉煤灰。4 C50微膨胀混凝土试配

C50微膨胀混凝土配合比的主要技术性能:具有良好的工作性能,泌水率小,流动性大,便于混凝土自动扩展填充;具有较强的自密性,灌注时不捣固,凝结硬化后有良好的密实性;具有收缩补偿性;能正常凝结硬化,不开裂。部分设计指标见表2。

表2 C50混凝土部分设计指标

强度

等级C50

坍落度/cm20~25

初凝时间/h 24

终凝时间/h 48

粉煤灰掺量/%10~20

膨胀剂掺量/%8~12

。钢管混凝土必须具有良好

的工作性能,较大的坍落度、扩展度,不泌水,稳定性好,不离析。一般通过增大用水量来增大坍落度和扩展度,但是,用水量大易导致混凝土强度难以达到要求,混凝土的收缩变形大;且要相应地增加水泥用量,混凝土的水化热大。为达到高强混凝土的要求,必须掺加减水剂等外加剂来提高混凝土的工作性。2.2 配合比的设计思路

钢管微膨胀混凝土由于其高强、微膨胀等物理力学性能的要求,配合比设计较为复杂,还没有形成一套较为完整的、切实可行的设计方法[2]。参照现有工程实践,选择合适的参数,可以有效地减少试验试配的工作量[3]。本次配合比试验的工作流程为:进行原材料试验,选择合适的原材料 确定水灰比及含砂率 确定粉煤灰的用量 确定膨胀剂用量 确定最佳配合比 各项指标试验 施工配合比微调。3 原材料的选择

(1)水泥:采用华新水泥厂52.5普通硅酸盐水泥,其物理力学性能试验结果见表1。

表1 水泥物理力学性能试验结果

细度/%

标准稠度用水量/%

安定性

凝结时间/min初凝

终凝

抗折强度/MPa3d

28d

抗压强度/MPa3d

28d

4.1 水灰比与含砂率的确定及对混凝土性能的影响结合已建钢管拱桥的工程实践,试验综合考虑水灰比与含砂率2个因素,结果见表3。

表3 水灰比及含砂率试验结果

试块编号12345678

水灰比0.280.280.300.300.320.320.340.34

含砂率%3638363836383638

坍落度cm10.110.616.516.821.321.924.824.1

3d强度MPa46.445.343.143.639.840.634.235.1

28d强度MPa79.476.772.471.669.067.763.163.4

[4~6]

由表3可知,坍落度、混凝土强度与水灰比有直接的线性关系,水灰比越大,坍落度越大,混凝土强度越小,综合考虑,水灰比取0.32;含砂率对坍落度和混凝土强度有一定影响,但较水灰比小,综合考虑坍落度和混凝土强度,砂率取38%。4.2 粉煤灰用量的确定

根据 粉煤灰混凝土应用技术规范 [7]及 钢管混凝土结构设计与施工规程

[5]

的要求及建议,综合

考虑各种物理力学性能,粉煤灰的掺量最宜在10%~20%。选定粉煤灰掺量为10%、15%、20%进行配合比优化试验。试验结果见表4。

表4 粉煤灰掺量试验结果

试块编号12粉煤灰%1015坍落度cm23.624.1扩展度cm63.764.93d强度MPa40.337.728d强度MPa66.863.40.827.8合格1922377.11032.066.4

(2)细骨料:采用洞庭湖黄砂,细度模数2.6,表观密度2686kg/m,堆积密度1540kg/m,空隙率42.7%,含泥量1.6%,泥块含量0.4%。(3)粗骨料:采用当地石场碎石,级配为5~20

3

3

C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

由表4可知,在控制总胶凝材料量不变,水胶比不变的情况下,粉煤灰对混凝土强度和坍落度、扩展度的影响是不同的:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度、扩展度也变大;3d、28d强度都随着粉煤灰掺量的增大而逐渐降低。在综合考虑粉煤灰对强度和坍落度、扩展度的影响后,最后确定粉煤灰的掺

试块编号1234

UEA%8101214

坍落度cm23.322.522.221.9

扩展度cm63.563.062.962.5

3d强度MPa40.740.136.332.2

28d强度MPa65.964.261.360.6

3d+193+275+407+425

7d+202+351+432+480

量为10%。

4.3 膨胀剂用量的确定及对混凝土性能的影响

根据 混凝土外加剂应用技术规范 [8],膨胀剂用量宜为10%~15%。采用内掺法(取代等重量的水泥),用UEA膨胀剂取代胶凝材料用量的8%、10%、12%、14%进行对比试验。结果见表5。

限制膨胀率/10-6

14d28d+215+387+465+514

+217+427+498+536

表5 不同膨胀剂用量试验结果

56d+236+430+534+551

90d+245+434+550+560

由表5可知,随着膨胀剂掺量的变化,混凝土的坍落度、扩展度有所变化,但变化不大,说明用内掺法取代一定量的水泥不会明显影响混凝土的工作性能;随着膨胀剂掺量的增加,混凝土的强度逐渐降低。综合考虑混凝土强度和膨胀发展的协调性,膨胀剂的掺量以10%为较理想值。

5 配合比确定及试验结果

通过大量的配合比试验,得出试验室推荐最佳配合比,见表6。最佳配合比的部分试验结果见表7。含气量测定平均值3.7%,满足 公路工程混凝土外加剂 (JT/T523-2004)规定的不大于5.5%的要求;10s相对压力泌水率35.6%,满足 混凝土

坍落度/mm初始2h248

246

扩展度/mm

初始2h668

403

泵送施工技术规程 (JGJ/T10-95)规定的不宜大于40%的要求;上部与下部石子重量比平均值为90.65%,说明自密实混凝土的稳定性较好;试块在1.2MPa静水压力条件下渗水高度为22.5mm,小于规定的30mm,抗渗性能优良;300次冻融试验证明具有良好的抗冻性能。坍落度、扩展度经时损失测试结果见图1,由图1可知,在12h内,混凝土的坍落度和扩展度损失较小,满足混凝土工作性能等要求。

表6 最佳混凝土配合比

水胶比0.32

混凝土用量/kg m-3

水186

水泥465

粉煤灰58

UEA58

砂618

石1008

FDN7.0

表7 最佳混凝土配合比各项试验结果

混凝土强度/MPa

3d28d42

65.7

限制膨胀率/10-6

28d56d427

430

凝结时间初凝37h58min

终凝41h49

min

规范要求。

(4)试验温度等外界环境对试验结果有较大的

影响,选择在试验条件下浇注钢管内混凝土,对混凝土强度和限制膨胀率有一定的保证。

参 考 文 献:

图1 坍落度、扩展度经时损失

[1] 戴登宇,周友生,袁立宏.拉萨河特大桥主桥钢管混凝

土配合比试验[J].桥梁建设,2005,(5):53-55.(DAIDeng yu,ZHOUYou sheng,YUANLi hong.MixProportioningTestsforConcreteFilledintoSteelTubesofMainBridgeofLhasaRiverBridge[J].BridgeConstruction,2005,(5):53-55.inChinese)[2] 侯 宁,周万福,隆海健.桥梁C50钢管微膨胀混凝土

配合比试验研究[J].混凝土,2008,(6):105-110.

6 结 论

(1)用推荐配合比拌制的混凝土和易性满足泵送施工要求,力学性能达到C50的设计要求。(2)实际施工中每根钢管灌注时间控制在8h

内,坍落度、扩展度经时损失均较小,满足施工要求。

(3)敲打及超声检测表明,钢管内混凝土密实,(68)

C50钢管微膨胀混凝土配合比试验

采用信息化施工,通过对沉井几何姿态、水下地形以及锚缆张力等数据的实时监测和分析来指导施工,保证沉井着床下沉精度。沉井着床主要依靠锚墩及锚缆系统精确定位。通过对锚缆张力的监测和调整控制沉井几何姿态,确保沉井按设计要求着床。在沉井着床过程中,水下地形的监测表明,河床的冲刷形态为前冲后淤,与河工试验结果基本一致。结合沉井几何姿态的监测,着床时采取在先接触床面的沉井隔仓内(下游侧)适当增加注水量,同时配合在下游井孔内偏吸泥的方法,使得沉井在着床过程中始终保持正确的姿态。5 结 语

泰州长江公路大桥中塔沉井采用 刚性锚墩定位系统+GPS实时监测系统 下沉定位,沉井下沉着床精准,实测定位精度达到 15cm,优于 50cm的设计标准。破解了深水、巨型、超深沉井定位精度的技术难题,为特大型桥梁及类似工程应用沉井基础提供了借鉴。

沉井基础施工方案研究[J].桥梁建设,2008,(2):63-66.

(HUANGLong hua,ZHOUWei,LIUTao.ResearchofConstructionSchemeforCaissonFoundationofIn termediateTowerofTaizhouChangjiangRiverHigh wayBridge[J].BridgeConstruction,2008,(2):63-66.inChinese)

[2] 长委长江下游水文水资源勘测局.泰州公路过江通道

水文测验报告[R].2005.

(TheBureauofHydrologyandWaterResourcesSur veyintheLowerReachesoftheYangtzeRiver.TheReportofTaizhouYangtzeRiverHighwayPassagewayHydrologicSurvey[R].2005.inChinese)

[3] 江苏省交通规划设计院有限公司.泰州长江公路大桥

工程地质勘探报告[R].2007.

(JiangsuProvincialCommunicationPlanningandDe signInstituteCo.Ltd.TheReportofTaizhouYangtzeRiverHighwayBridgeGeologicalProspecting[R].2007.inChinese)

[4] 南京水利科学研究院.泰州大桥中塔沉井基础施工期

局部冲刷及稳定性试验研究[R].2007.

(NanjingHydraulicResearchInstitute.TheResearchintheLocalScourandStabilityoftheMiddleTowerCaissonofTaizhouYangtzeRiverHighwayBridge[R].2007.inChinese)

参 考 文 献:

[1] 黄龙华,周 炜,刘 涛.泰州长江公路大桥中塔墩

(上接第34页)

(HOUNing,ZHOUWan fu,LONGHai jian.TestStudyofMixProportioningofC50ConcreteFilledintoSteelTubeStructureoftheBigWestLakeBridgeinYinchuan[J].Concrete,2008,(6):105-110.inChinese)

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(XUHan zheng,HANWan shui,HUANGPing ming.TestResearchofLightweightAggregateandSlightExpandConcrete[J].JournalofChang anUni versity(NaturalScienceEdition),2002,(6):33-37.inChinese)

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(CHENBao chun.Concrete FilledSteelTubeArch

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[6] 于 涛.大跨度钢管混凝土拱桥主拱肋灌注施工[J].

铁道标准设计,2006,(11):46-48.

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[7] QBJ146-90,粉煤灰混凝土应用技术规范[S].[8] GB50119-2003,混凝土外加剂应用技术规范[S].

(GB50119-2003,CodeforUtilityTechniqueofCon creteAdmixture[S].inChinese)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w3fi.html