鋼管微膨脹混凝土的配制

　　1 前言
　　近年來，鋼管拱的橋型結(jié)構(gòu)，在我國應(yīng)用得越來越多，許多大跨度橋梁工程的設(shè)計都采用了這一類型。該橋型，具備結(jié)構(gòu)形式優(yōu)美、橋梁跨度大、受力牢靠、施工材料節(jié)約、施工工期短等優(yōu)點。同時，由于施工工藝較為復(fù)雜，國內(nèi)同類工程施工經(jīng)驗還不夠豐富，因此，對設(shè)計以及施工工藝都有較高的要求。在鋼管拱橋型結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為能充分發(fā)揮鋼管的套箍作用，往往考慮在鋼管內(nèi)添充高性能微膨脹混凝土，以提高鋼管的承載能力及構(gòu)件的穩(wěn)定性。在鋼管中灌注的一般是c40～c50的高性能微膨脹混凝土，其基本性能為：早期強度高、高流態(tài)、緩凝、自密實及可泵性良好，且具有微應(yīng)力的特點。對于鋼管拱橋結(jié)構(gòu)而言，鋼管微膨脹混凝土的受力，呈三向應(yīng)力狀態(tài)，具有強度高、變形性好、混凝土不發(fā)生裂縫、抗震性強等優(yōu)點；而混凝土自身的微應(yīng)力，將大大彌補與改善因采用普通灌注法造成的管內(nèi)混凝土和鋼管間存在間隙的缺陷。因此，選擇合理的混凝土微膨脹率，以及科學(xué)的混凝土配合比，成為施工控制的關(guān)鍵因素之一。鋼管內(nèi)部混凝土質(zhì)量對工程結(jié)構(gòu)安全影響很大，稍有不慎，就可能造成質(zhì)量事故或缺陷，如出現(xiàn)管內(nèi)滯留空氣、混凝土不飽滿、混凝土與鋼管間有大太的收縮空隙等引起結(jié)構(gòu)承載力下降
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我們采用碎石單獨作粗骨料，同時，考慮到輸送泵管直徑為160mm，選取了最大粒徑為25mm的連續(xù)級配碎石。在選擇粗骨料之時，尚應(yīng)考慮幾個影響指標(biāo)，即骨料含泥量、骨料的彈性模量，以及石料本身的強度。
　　2.4 摻合料
　　在我國，高性能混凝土使用粉煤灰已相當(dāng)普遍。該材料來源廣泛，價格便宜，可減少環(huán)境污染，是值得推廣的外摻料。粉煤灰能取代部分水泥，起到節(jié)約水泥用量，減小干縮變形，降低水化熱的作用，能使混凝土升溫降低15%~35%，還能增加混凝土的和易性、可泵性，提高混凝土的強度，改善混凝土土拌和物及硬化混凝土的性能。優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其“二次水化反應(yīng)”的效果通常比較充分、徹底，可大大增強混凝土的密實性，提高混凝土的耐久性。因此，我們選用i級粉煤灰作為摻和料。粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定。
　　2.5 外加劑
　　高效減水劑能使水泥起到分散作用，以改善混凝土的和易性并相對地釋放出一部分水，在維持水灰比（w/c）不變時，可以減少立方用水量，減少由于多余的水分蒸發(fā)而留下的毛細(xì)孔體積，且孔徑變細(xì)，結(jié)構(gòu)致密；同時，水化使生成物分布均勻，這對于減少混凝土的收縮，提高密實性是很有好處的。w/c不變，立方水泥用量可以減少，從而對于減少水化熱、降低混凝土溫度也起到很好的效果。有的減水劑摻有緩凝成份，能抑制水泥初期水化作用，這就有可能使溫升速度緩慢，可改善混凝土的密實性、粘度等。所以，高效減水劑是配制高性能混凝土的主要成份。國內(nèi)這種減水劑主要是萘系高效減水劑及密胺樹脂類高效水劑。由于鋼管混凝土在整個灌注期間，混凝土是蠕動性的，需要一定的運輸和泵送時間，且鋼管混凝土在灌注后無法排出氣泡，也無法養(yǎng)護。所以對外加劑的選擇顯得尤為重要。根據(jù)以往的經(jīng)驗，配制高性能微膨脹混凝土，所選用的外加劑應(yīng)具有緩凝作用或是高效減水劑和緩凝劑搭配使用；同時，還應(yīng)考慮不同的外加劑與不同的膨脹劑摻合使用，對混凝土所產(chǎn)生的效果。因此，我們首先對多種適宜的外加劑進行了試配篩選，初步確定了兩種性能較優(yōu)的品種，即fdn萘系緩凝高效減水劑和sjh樹脂類高效減水劑。通過對這兩種外加劑的減水率、緩凝時間和強度的檢測對比，最后確定采用fdn萘系緩凝高效減水劑，試驗結(jié)果見表1。
　　外加劑對比試驗結(jié)果 表1
　　名稱
　　摻量(%)
　　坍落度(cm)
　　減水率(%)
　　緩凝時間(h)
　　抗壓強度(mpa)
　　3d
　　7d
　　28d
　　fdn-gh
　　1
　　23
　　17
　　2~5
　　51.9
　　57.6
　　70.1
　　sjh
　　1
　　20
　　13
　　5~7
　　47.3
　　52.7
　　62.8
　　2.6 膨脹劑
　　混凝土中摻加膨脹劑，在水泥硬化過程中，形成大量的體積增大的結(jié)晶體—水化硫鋁酸鈣（又名鈣礬石）。它能產(chǎn)生一定的膨脹能，在有鋼管約束條件下，在結(jié)構(gòu)中形成0.2～0.3mpa預(yù)應(yīng)力，可抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，從而能使混凝土中的孔隙減小，毛細(xì)孔徑減小，提高混凝土的密實性，使混凝土的抗壓強度得到成倍地增長。同時，膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)樽詰?yīng)力，使混凝土處于受壓狀態(tài)，從而提高抗裂能力。所以微膨脹混凝土在有應(yīng)力情況下，自身的強度將大于設(shè)計值，其強度保證率也比較高。
　　選擇膨脹劑是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我們在充分考慮讓膨脹劑與水泥適應(yīng)性達(dá)到最佳的前提下，通過對“aea鋁酸硅膨脹劑”和“nfu-1低堿膨脹劑”進行比選之后，確定采用nfu-1膨脹劑。試驗表明，摻了nfu-1膨脹劑的混凝土，不僅早期可產(chǎn)生適度的膨脹，在中后期仍可保持微弱的膨脹勢頭，能夠很好地滿足結(jié)構(gòu)受力要求。
　　3 優(yōu)化混凝土配制的各項指標(biāo)
　　3.1 水灰比的確定
　　根據(jù)以往的經(jīng)驗，水灰比對鋼管混凝土的膨脹系數(shù)影響較大。w/c減小，膨脹時間延長，不利于鋼管受力；反之w/c增大，則膨脹發(fā)揮較早，強度下降，對提高結(jié)構(gòu)受力不利。所以在設(shè)計過程中，務(wù)必經(jīng)過多次試驗，控制好水灰比，然后，再進行各種材料用量的調(diào)整。魯家峙大橋鋼管微膨脹混凝土設(shè)計強度等級為c50，依據(jù)jcj01-89規(guī)程的規(guī)定，參照高 ……（未完，全文共6419字，當(dāng)前僅顯示2254字，請閱讀下面提示信息。收藏《鋼管微膨脹混凝土的配制》）