钢管砼的配置和施工控制

1、钢管拱混凝土的配制及施工控制 钢管混凝土的配制及施工控制 中铁二十局集团第六工程有限公司 田家辉（摘要）介绍钢管拱混凝土的特点，通过试验确定了钢管拱混凝土的配制，分析了所用原材料对混凝土性能的影响，阐述了钢管拱混凝土在施工应用中的质量控制，从而使配制的钢管拱混凝土成功地在宝鸡市广元路渭河大桥工程中，得到应用并取得了满意效果。（关键词）钢管拱混凝土配制、高性能混凝土、施工控制前 言：随着时代的发展，科学技术的不断进步，施工技术也在不断向前发展，建设施工质量高，技术难度大的工程项目已是工程建设的发展对象。设计特点为：柔性拱、刚性梁的系杆拱桥就是其中的一个例子， 它以跨度大、造型美观、受力设计合理而

2、著称。所以为了浇筑好一个工艺复杂、技术含量高、内实外美的成品构件，除了进一步了解它的特性及设计要求外，还要配制出一种满足其自身特点及施工工艺要求和质量要求的混凝土。一、钢管拱混凝土的基本原理和特点（一）基本原理1、是借助内填普通混凝土，以增强钢管的稳定性。2、是钢管对核心混凝土的“套箍”作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和变形能力。所以，为了确保构件密实完好，充分发挥钢管与填心混凝土两种材料相互间的作用，进行了可行性的试验设计。（二）特点由于管内混凝土施工工艺采用泵送顶升压注施工，由拱脚顶部设置压注孔，两端同时对称分段，两极将混凝土顶升，靠混凝土自重将本身孔

3、隙压实。所以它具有：低泡、大流动性、收缩补偿、延后初凝和早强的特点。二、试验设计为此，针对拱管混凝土的自身特点，结合对拱管混凝土的质量要求，试验设计上：（一）原材料的选用及检测 1、水泥：选用42.5R秦岭牌普通硅酸盐水泥，经检测，3d抗压强度达30.5Mpa；抗折强度达5.2Mpa；28d抗压强度达50.8Mpa；抗折强度达8.2Mpa。其余指标：标准稠度：28.4%；细度2%；凝结时间：初凝时间：3h01min；终凝4h22min 。均符合规范要求。2、细骨料：选用渭河产中砂。经检测，细度模数为：2.73；表观密度为2620kg/m3 ; 堆积密度:1540kg/m3；含泥量：0.5%,

4、级级配；不含SO3、云母和轻物质，有机物质含量符合要求。3、粗骨料：选用凤翔石料厂产5-25mm碎石，表观密度2730kg/m3;堆积密度1420 kg/m3 ;压碎指标9.7%；针片状颗粒含量 6.9% ,不含泥和SO3，有机物含量符合要求。级配见表1。石子级配试验表1筛孔尺寸/mm分计筛余量%累计筛余量%31.5-254.34.32031.535.81619.855.61013.368.9529.796.62.51.299.8（二）外加剂的选择1、采用缓凝型高效减水剂，来满足混凝土强度和坍落度以及和易性的要求。以此来降低用水量，减小水灰比，增加混凝土流动性。采用膨胀剂来保证管内混凝土的密实

5、性，减少混凝土收缩系数和孔隙率。（三）活性掺和料的选择：选择掺和料粉煤灰来改善混凝土性能，降低收缩变形和水化热，减少水泥用量。所用外加剂和活性掺和料，应有产品合格证，复检合格后方可用于工程施工。三、试验（一）外加剂对比试验1、分别用“山西黄河产UNF-3A型缓凝高效减水剂”和“咸阳建材化工厂产SJH-1型缓凝高效减水剂”进行对比试验，水泥用量400kg/m3,试验结果见表2。外加剂对比试验结果表2名称外加剂掺量%坍落度cm减水率%缓凝时间h抗压强度（mpa）3d7d28dUNF-3A118158-1538.043.048.0SJH-1118126-1037.541.545.5从试验结果可以看出

6、，掺加UNF-3A的混凝土，外加剂技术性能较SJH-1的性能要好。所以选用UNF-3A型缓凝高效减水剂 。2、膨胀剂分别采用“咸阳建材化工厂生产的AEA-SJP（）型”和“成银建材有限责任公司西安分公司外加剂厂生产的AEA-3（）型”进行对比试验，水泥用量：400kg/m3,试验结果见表3外加剂对比试验结果表3名 称掺量%坍落度cm减水率%7d空气中膨胀率%抗压强度净浆流动度cm7d28dAEA-SJP（）1018120.0235.548.0200AEA-3（）1018100.01632.545.0180从测试结果来看，AEA-SJP（）型外加剂较AEA-3（）型性能要好。所以选用AEA-SJ

7、P（）型膨胀剂 。通对对外加剂性能的测试比较。优选出上面两种复合型外加剂，其减水的同时，还有缓凝和可泵性好的特性。四、钢管拱混凝土的配制配制原则：以最小的水泥用量；最适宜的水灰比；最佳的砂率；来既达到设计强度，又要满足泵送要求和质量要求。再者，钢管拱混凝土是一种高性能混凝土，而并非高强混凝土，两者的不同点在于：高性能混凝土配合比设计，不是基于强度，而更重要的是基于混凝土的耐久性，要求：（1）混凝土应有较小的体积变形，高性能混凝土，硬化早期应具较小的水化热，后期收缩小。（2）具有良好的施工性能。由于，钢管拱混凝土是在密闭的长管中运行，施工中，无法监视内部状况，一旦灌注成型，难以发现内部质量缺陷。

8、所以这就要求，拌合的混凝土具有自流平、自密实的优越性。因此，这就要求优化影响混凝土性能的技术指标（一） 优化配制混凝土各项技术指标1、水泥用量和水灰比首先，要使用配制的混凝土，具有足够的强度，保证建筑物安全地承受设计荷载，还应注意合理的使用材料，降低成本。水泥用量的多少，要根据水泥的实际强度决定，同时，还应考虑其它因素来综合确定。影响混凝土强度的另外一个主要指标：水灰比，应严格控制。按（JCJ01-89）规程规定，管内填筑混凝土标号等级宜为C40时，流动性混凝土水灰比不宜大于0.45。另外，水灰比每增加0.05,强度就可降低10Mpa。所以感性认识上,认为用水量多、混凝土稀、坍落度大，就便于搅

9、拌，那是不正确的。殊不知，混凝土拌合物将随着流动性的增大，造成粘聚性、保水性不良而产生离析、分层造成泵管堵塞。2、骨料的粒径加以限制：(1)从施工工艺上考虑，对于施工机械配备采用HBT60C混凝土高压型泵，最大压力32Mpa,而实际油表压力12-14Mpa,泵送实际高度不到40m，采用输送管最小直径100mm，粗骨料最大粒径宜为25mm。若采用粒径较大的骨料，会使混凝土泵出现压力升高、油温升高、输送管有明显振动现象。强行泵送会造成拱轴线变形，跨中上拱。（2）从混凝土性能上考虑：骨料粒径大小，对混凝土强度影响较大。骨料尺寸愈大，骨料内部存在薄弱不均质性愈明显，会使混凝土强度下降。反之，粒径小，质

10、地较密时，比表面积大，与水泥浆粘结面大，且受力均匀，混凝土强度高。所以混凝土配制上，采且最大粒径：25mm的粗骨料的为宜。3、骨料的级配和最佳砂率骨料级配的好坏和最佳砂率，对于节约水泥，以及保证混凝土具有良好的和易性有很大影响。颗粒搭配好的混凝土，和易性好，不易发生离析现象。所以施工中采用连续级配。与骨料级配相对应的就是砂率。当砂率过大时，需水量偏大，混凝土总需水量多，水灰比增大，混凝土强度降低；当砂率过小时，混凝土总体连续级配差，强度也要降低。综上所述，钢管拱混凝土配制技术指标宜采用：水灰比不大于0.45；级配良好的5-25mm碎石；砂率宜为38%-40%左右。（二）外加剂技术指标的确定根据

11、所作外加剂对比试验，选用“山西黄河产固态UNF-3A型缓凝高效减水剂”和“咸阳建材化工厂产固态AEA-SJP（）型膨胀剂” ，结合两者的测试情况，选择以下控制指标：气温在：25-32时，坍落度为18cm-20cm，UNF-3A型外加剂，掺量1%，缓凝时间:8-15h；减水率:12-15%；AEA-SJP（）型外加剂，掺量：10%；7d空气中膨胀率为0.02%。这样既降低了水灰比，又满足了施工流动度，混凝土又无粘罐和假凝现象。（三）钢管拱混凝土配合比确定按照确定的混凝土各项技术指标作配合比设计，选定几种配合比制作试件，试件在 203条件下，标准养护7d、28d分别进行试压，选择满足设计要求的抗压

12、强度，且最经济的一种作为指导施工、生产的配合比，试验数据见表4。从以上配制试验，测试结果可以看出， 28d强度都能达到设计要求，选定最经济的一种指导施工生产。所以选定最佳组合为：水泥用量：400kg/m3;砂率为：40%；UNF-3A掺量为:1%；AEA-SJP（）掺量：10%；粉煤灰：10%。这样，既节约了成本。又满足了混凝土工作性能，符合优化设计的原则。再者，从试验结果也可以看出，混凝土强度增长规律：对于大流态混凝土，使用缓凝型高效减水剂 ，早期强度较高，后期强度增长缓慢，7d占设计强度95%，7d后强度仅增长15%左右。混凝土配合比试验表4强度等级水灰比砂率%水泥Kg/m3中砂Kg/m3

13、碎石Kg/m3水Kg/m3UNF-3AKg/m3AEA-SJP（）Kg/m3粉煤灰Kg/m3坍落度cm抗压强度Mpa7d28dC400.453942070411011873.3637.84.2018.042.352.00.413841069711361703.2836.84.1018.040.851.50.434040071810761804.040.04.0018.039.449.5五、钢管拱混凝土的施工控制 （一）搅拌工艺钢管拱混凝土，在完成标准试配，找出最佳配合比后，现场施工工艺，则是能否成功配制出符合要求混凝土的关键。必须从原材料和水的计量等方面入手，严格控制各道工序。1、电子配料秤，

14、严格计量砂石料，使计量误差小于2%。2、用水量计量，采用强制式搅拌机上安装的秒表，预先进行标定，确保用水量计量达到标准规定2%的允许偏差。3、外掺料和外加剂的计量，采用预先称量后，以袋装进行添加，且施工中应派专人进行监督检查。（二）质量控制1、要派专职试验人员，测试现场原材料，砂石含水率，按配合比要求及时调整用水量，确保混凝土水灰比，始终满足要求。2、现场试验人员，应在浇筑地点，随时检测混凝土坍落度，大于或小于设计要求时，应重新拌合，调整适宜后，方能运往工地浇筑 。3、拱管混凝土，必须连续灌注，一气呵成。一根拱管的混凝土灌注完成时间，不得超过第一盘入管混凝土的初凝时间。4、压注混凝土，坚持匀速

15、对称，慢速低压的原则，确保两端同时压注，顶面高差1m ，压注速度控制在16 m3/h。5、压注混凝土，混凝土压到顶部时，应对拱顶及拱侧，采用“敲击振动”的方法，慢速压注。确保拱顶混凝土的密实度。6、对于混凝土压注高度在40m以内时，混凝土泵压应控制在 10-12Mpa，最大不得超过去14.0Mpa，混凝土坍落度控制在18-20cm。7、由于拱管混凝土是在密闭条件下进行施工的。拱管对混凝土 的保水性条件较好。所以，其水化所需的水份能满足要求。但考虑到钢管与混凝土两种材质，线膨胀系数不同，钢管膨胀的大，为使混凝土与钢管密贴良好，所以，在混凝土浇筑完后应对其进行降温，待管内混凝土强度，达到设计强度9

16、0%后，停止降温。六、钢管拱混凝土的质量评定钢管混凝土，拱管内混凝土填筑质量好坏，会直接影响主体结构，并使力分布状态劣化。因此，为保证混凝土与钢管是否密贴；是否存在空洞和冷接缝；以及混凝土强度是否达到设计要求。为此，需委托有一定资质的检测机构，进行检测。质量检测：（一）管内混凝土脱粘和空洞检查，采用超声波检测法：1、检测原理钢管混凝土是钢管与填心混凝土组成的复合材料，密实完好的构件，对应着一个固有的密度，也对应着一个固有的传播声速及振幅和波形。 2、检测依据超声法检测混凝土内部缺陷技术规程（CECS21:90）3、检测结果：对己浇筑好的钢管混凝土拱，待管内混凝土强度达到90%后。进行人工敲击，

17、对有疑问的部位，进行布点测试，测试结果：拱管混凝土密实无缺陷，钢管与混凝土间隙满足设计检测要求，间隙数值详见附图。混凝土强度检测及评定：（一）强度检测：该系杆拱肋混凝土强度等级C40共取样制作试件：30组，28d龄期抗压强度见混凝土强度试压统计表6。混凝土强度试压统计表6 部位龄期L5(MPA)L6(MPA)L7(MPA)L8(MPA)L9(MPA)上游下游上游下游上游下游上游下游上游下游7d44.345.341.243.039.438.042.839.537.041.628d50.746.950.245.852.246.850.450.448.647.250.247.249.646.452.

18、145.347.350.848.847.350.148.451.245.551.346.750.049.850.448.2（二）强度评定按公路桥涵施工技术规范（11.11.3），评定混凝土强度合格性。1、计算混凝土试件强度标准差n1=10组；n2=10组；n3=10组。平均强度：R1=40.90Mpa；R2=48.4Mpa；R3=49.2Mpa。标准差：由Sn=fcu.n-n2Rn/n-1得S1=1.84Mpa；S2=2.77Mpa；S3=1.31Mpa；2、计算混凝土的验收界限值平均值验收界限：Rn0.9R+K1Sn最小值验收界限：RminK2R合格判定系数：n=10组时，K1=1.7；K2=0.9。R1=39.1Mpa；R1min=36.0Mpa。R2=40.7 Mpa；R2min=36.0Mpa。R3=38.2 Mpa；R3min=36.0Mpa。3、评定混凝土强度因为：R1=49.0Mpa；R1min=46. 9Mpa，所以：R1R1=39.1Mpa；R1minR1min=36.0Mpa因为：R2=48.4Mpa；R2min=45.3Mpa；所以：R2R2=40.7Mpa；R2minR2min=36.0Mpa因为：R3=49.2Mpa；R3min=47.2