自密實(shí)高性能混凝土在鋼管混凝土拱橋中的應(yīng)用研究

　　【摘　要】本文綜述了自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外研究情況，論述了自密實(shí)混凝土在鋼管混凝土拱橋中應(yīng)用研究的方法和技術(shù)路線，并針對(duì)莆田闊口大橋的建設(shè)進(jìn)行了相關(guān)配合比試驗(yàn)研究。

　　【關(guān)鍵詞】自密實(shí)混凝土 鋼管拱橋 試驗(yàn)研究

　　1 自密實(shí)混凝土在國(guó)內(nèi)外的研究情況

　　自密實(shí)高性能混凝土是日本東京大學(xué)教授岡村甫率先提出的，80年代后半期岡村甫教授首次開發(fā)了"不振搗的高耐久性混凝土"。日本在90年代有采用免振搗自密實(shí)混凝土的工程實(shí)例。1996年岡村甫教授在美國(guó)泰克薩斯大學(xué)講學(xué)，介紹了自密實(shí)混凝土的概念、性能和工程實(shí)例。美國(guó)也有自密實(shí)混凝土的實(shí)例。美國(guó)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，仍強(qiáng)調(diào)需要適當(dāng)振搗以確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

　　在我國(guó)，90年代清華大學(xué)開始進(jìn)行自密實(shí)混凝土的研究，近年來國(guó)內(nèi)不少單位對(duì)自密實(shí)混凝土開展了較多的研究并取得了可喜的成果，如福州大學(xué)對(duì)自密實(shí)混凝土的配制、自密實(shí)鋼筋混凝土配筋結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、自密實(shí)混凝土在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用等進(jìn)行了系列研究。但至今尚缺少鋼管自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及實(shí)際工程的應(yīng)用研究，因此開展相關(guān)的研究工作很有必要。

　　2 研究的意義

　　在世界范圍內(nèi)，隨著混凝土工程不斷向大規(guī)?；?、復(fù)雜化、高層化方面發(fā)展，鋼筋混凝土體內(nèi)配筋越來越復(fù)雜，施工難度很大，與此同時(shí)城市噪音也越來越成為重要的問題，因此高流態(tài)混凝土的研究受到人們廣泛重視。自密實(shí)混凝土是在較低水灰比條件下，通過使用復(fù)合高效減水劑等外加劑和礦物細(xì)摻料配制的比一般流態(tài)混凝土的流動(dòng)性更好，具備更良好的抗分離性、填充性、優(yōu)良的穿越稠密鋼筋間隙性能的新型材料。該混凝土拌合物在較低的水膠比下不經(jīng)振搗僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個(gè)角落，使其具有均勻自密實(shí)成型性能。自密實(shí)混凝土為改善和解決過密配筋、薄壁、復(fù)雜形體等振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便，因此非常適合用于無法振搗的鋼管混凝土拱橋中。

　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以其承載力高、塑性和抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效果顯著和施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),自六七十年代開始就受到工程界的重視,特別是近年來,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)正被大規(guī)模地應(yīng)用于公路橋梁中。

　　鋼管混凝土的管內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求在c30級(jí)以上,且高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的應(yīng)用越來越多。為便于澆筑,要求混凝土坍落度大,和易性好,且不泌水不離析同時(shí)為充分發(fā)揮鋼管套箍作用,要求混凝土的收縮率小,填充飽滿。而自密實(shí)高性能混凝土是在較低的水膠比下不經(jīng)振搗僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個(gè)角落，具有均勻自密實(shí)成型的性能，又保證混凝土硬化后具有優(yōu)良的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐久性能。自密實(shí)高性能混凝上應(yīng)用在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)方便鋼管混凝土的施工，確保工程質(zhì)量、降低工程成本都將具有主要的作用，并將取得顯著的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益

　　3 研究方法與技術(shù)路線

　　首先按照當(dāng)?shù)氐乃?、石子、砂、粉煤灰等原材料進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比試驗(yàn)研究，得出較為優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)室配合比。將此配合比在混凝土攪拌站實(shí)驗(yàn)室再進(jìn)行試配，并適當(dāng)調(diào)整。為了使實(shí)際工程的施工順利，按照一定比例制作鋼管，模擬實(shí)際施工順序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試泵自密實(shí)混凝土。在以上試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研究并提出鋼管自密實(shí)拱橋的方案。

　　4 自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)

　　4.1 自密實(shí)混凝土配合比的優(yōu)化方法

　　⑴ 優(yōu)選原材料，降低膠結(jié)料用量，在保證自密實(shí)混凝土工作性同時(shí)，盡量降低砂率，并優(yōu)化集料級(jí)配。自密實(shí)混凝土拌合物的砂率值，對(duì)混凝土拌合物的工作性能有很大影響。由于自密實(shí)混凝土要求有較好的流動(dòng)性，因此砂率一般比普通混凝土或泵送混凝土?xí)笠恍?。?dāng)自密實(shí)混凝土的砂率值較小時(shí)，拌合物中粗集料體積含量太大，容易使自密實(shí)混凝土穿越狹窄間隙時(shí)堵塞，影響自密實(shí)混凝土的穿越能力。當(dāng)砂率較大時(shí)，拌合物通過間隙的能力較好，但砂率過大會(huì)使混凝土硬化后彈性模量降低，也會(huì)使混凝土的粘性增大，影響拌合物的流動(dòng)性。因此在保證混凝土拌和物工作性的同時(shí)，應(yīng)盡量降低自密實(shí)混凝土的砂率，以使其具有較好的變形抵抗能力。同普通混凝土一樣，自密實(shí)混凝土骨料的間隙要由漿體來填充，當(dāng)骨料級(jí)配較差時(shí)，骨料的空隙率很大，大量的漿體被用于填充空隙，此時(shí)混凝土的膠結(jié)料用量較高。因此，在進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配制時(shí)，應(yīng)對(duì)骨料的級(jí)配給予足夠的重視。[Page]

　?、?在混凝土拌合物中加入礦物細(xì)摻料，由于礦物細(xì)摻料顆粒較細(xì)，比表面積較大，增加了漿體的保水能力和觸變性，提高拌合物的抗分離能力。特別是摻入粉煤灰作為礦物細(xì)摻料，可以發(fā)揮其形態(tài)效應(yīng)，增加混凝土的和易性。通過摻加礦物細(xì)摻料來改善自密實(shí)混凝土的工作性，不僅可以避免摻加增粘劑帶來的不利影響，而且可以節(jié)約造價(jià)，因此是配制自密實(shí)混凝土首選的方法。

　?、?合理選用或配制復(fù)合高效減水劑。外加劑在配制自密實(shí)混凝土中起到主導(dǎo)作用，是能否配制成功的關(guān)鍵所在。隨著我國(guó)外加劑工業(yè)的發(fā)展，可供選擇的高效（高性能）減水劑的品種越來越多，由于自密實(shí)混凝土對(duì)外加劑比較敏感，應(yīng)精心選擇合適的外加劑。首先應(yīng)該選擇性能穩(wěn)定，對(duì)用水量不是很敏感的減水劑。在我們的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有的產(chǎn)品，只要加水量稍有變化，拌合物的坍落度就有很大差別，這種外加劑容易使拌合物離析，難以自密實(shí)成型。而有的外加劑則不然。這一方面與外加劑的品種有關(guān)，比如，使用聚羧酸型的外加劑混凝土拌合物比較不容易離析。另外，也與產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、原材料來源有關(guān)，比如，我們?cè)谠囼?yàn)中發(fā)現(xiàn)同是萘系的減水劑，其對(duì)用水量的敏感性就有較大區(qū)別。當(dāng)外加劑分子中有雜環(huán)時(shí)，不易造成混凝土拌合物的離析，采用不同原料的兩種萘系高效減水劑進(jìn)行復(fù)合，可對(duì)自密實(shí)混凝土的抗離析性有顯著效果。

　?、?合理采用增粘劑以提高混凝土拌合物抵抗分離的能力。增粘劑能顯著地增加水溶液的粘度，解決高流動(dòng)度、高擴(kuò)展度的新拌混凝土的變形能力和抗離析性的矛盾，提高自密實(shí)混凝土的穩(wěn)定性，充填性。常用的增粘劑有纖維素乙醚衍生物和乙烯基的聚合物等。增粘劑的摻入對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性有一定的調(diào)節(jié)作用，但是一般摻入增粘劑會(huì)使混凝土硬化后的強(qiáng)度有所損失。當(dāng)混凝土拌和物中外加劑成分復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度或工作性造成損失，因此在使用增粘劑時(shí)應(yīng)十分謹(jǐn)慎。不僅要通過試驗(yàn)來確定合適的品種，而且摻入量要合理。國(guó)外常用的一種增粘劑是微生物源的多糖類物質(zhì)，稱welan gum，是由高分子量的多糖物質(zhì)需氧發(fā)酵制成的。據(jù)報(bào)道有較好的穩(wěn)定性和增粘效果。

　　4.2 試驗(yàn)原材料及優(yōu)化配合比

　　在原材料的選用方面，直接采用莆田當(dāng)?shù)毓こ滩牧稀?/FONT>