南充下中坝嘉陵江大桥机制砂钢管混凝土设计试验与研究.pdf

公路 交通技术2 0 1 4年 2月 第 1 期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t F e b 2 0 1 4 N o 1 南充下 中坝嘉 陵江大桥机制砂钢管 混凝土设计试验与研究 林建， 苟 勇， 林伟 ( 四川路桥桥梁工程有限责任公司， 成都6 1 0 0 7 1 ) 摘要： 以南充市下中坝嘉陵江大桥为依托工程 ， 对利用机制砂配制 C 6 0微膨胀混凝土并用于钢管拱肋进行研究。 探讨膨胀剂掺量、 砂率对混凝土工作性能、 力学性能和体积变形性能的影响， 研制符合 C 6 0机制砂钢管混凝土指标 要求的专用减水剂， 并对设计混凝土配合比进行优化 ， 以制备满足工程技术要求的拱肋钢管核心混凝土。 关键词 ： 2跨 拱桥 ； 机 制砂 ； 钢 管混凝 土 ； 设计 与研 究 文章编 号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 4 0 1 0 0 6 3 0 5 中图分类号 ： U 4 4 2 5 文献标识码 ： B De s i g n T e s t a n d Re s e a r c h o n Ma c h i n e ma d e Sa n d Co n c r e t e f i l le d St e e l Tu b e s f o r Na n c h o n g Xia z h o n g b a J i a l i n g Riv e r Br id g e L I N J i a n，GOU Yo n g ，L I N We i Ab s t r a c t ： Wi t h N a n c h o n g X i a z h o n g b a J i M i n g R i v e r B r i d g e a s a d e p e n d e n t p r o j e c t ，t h i s p a p e r s t u d i e s C 6 0 s l i g h t e x p a n s i v e c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h ma c h i n e - ma d e s a n d a n d a p p l i c a t i o n f o r s t e e l t u b e a r c h r i b s T h e p a p e r p r o b e s i n t o t h e i n f l u e n c e s o f p r o p o r t i o n o f e x p a n d i n g a g e n t a n d s a n d r a t e o n o p e r a t i n g p r o p e r t i e s ，me c h a n i c a l p r o p e rti e s a n d v o l u me d e f o r ma t i o n p e rf o rm a n c e o f c o n c r e t e ， r e s e a r c h e s a n d ma n u f a c t u r e s d e di c a t e wa t e r r e d u c e r i n c o mp l i a n c e wi t h t h e i n d e x r e q u i r e me n t s o f C6 0 ma c hi ne - ma d e s a n d c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e s ，a n d o p t i mi z e s mi x t u r e r a t i o o f d e s i g n c o n c r e t e t o p r e p a r e c o r e c o n c r e t e for a r c h r i b s t e e l t u b e s i n c o n f o r mi t y wi t h e n g i n e e r i n g a n d t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s Ke y wo r ds：2一s pa n a r c h b r i d g e；ma c h i ne -ma d e s a n d；c o nc r e t e -fil l e d s t e e l t ub e；de s i g n a n d r e s e a r c h 天然砂属于地方性建筑材料， 分布不均， 短时间 内不可再生 ， 且长距离运输 不经济 。四川省南 充地 区的天然砂资源紧缺， 在混凝土工程中用机制砂代 替天然砂是大势所趋。本文以南充市下 中坝嘉 陵江 大桥为依托 ， 对机制砂钢管混凝土 的配合 比设计及 其性能进行 了补充试验研究 ， 为工程实际应用奠定 了基础。该桥为 2 1 6 0 m下 承式钢管混凝 土刚架 系杆拱桥 。拱肋为钢管混凝土桁式结构 ， 截面全宽 2 0 m， 高3 6 m。每片钢管拱肋 由4根钢管组成， 钢管尺 寸为 q 7 5 0 m mx 1 6 mm， 腹 杆尺 寸为 3 2 5 m mx l 2 mm。主钢管 内灌注 C 6 0机制砂 自密实微膨 胀混凝土。 由于机制砂颗粒表面粗糙、 尖锐多棱角， 细度模 数大 ， 级配不 良， 对混凝 土的配合 比设计 、 水泥用量、 需水量、 外加剂需求量、 工作性能以及硬化混凝土的 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 8 0 4 作者简介： 林建( 1 9 6 3 一 ) ， 女， 四川省威远县人， 大专， 工程师 强度 、 体积稳定性 能和耐久性能均会产生影 响。因 此， 根据下中坝嘉陵江大桥混凝土现场灌注特点、 生 产能力、 运输时间、 等待时间， 以及灌注时气候条件 等情况， 要求机制砂钢管混凝土应具有和易性好、 流 动性高、 不分层离析、 坍落度经时损失小且缓凝等工 作性能口 。具体为 ： 初始坍落度 92 2 0 mm， 经 4 h坍 落度损失 4 0 m m， 初凝时间1 6 h ； 混凝土强度等 级为 C 6 0 ， 5 d 强度I 8 0 设计强度； 膨胀率控制为： 标准养护 1 4 d不超过 2 0 1 0 一， 2 8 d混凝土膨胀率 为( 1 8 + 0 1 ) 1 0 一。 1 原材料 下中坝嘉陵江大桥机制砂混凝土选用 的原材料 如下。 水泥： 华蓥川煤水泥责任有限公司 P 0 4 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 4血 水泥 ， 比表面积 3 2 6 m k g ， 初凝时间 1 4 5 m i n ， 终凝 时间 2 1 6 mi n ； 3 d抗压强度 3 1 8 MP a ， 2 8 d抗压强 度 5 0 5 MP a ； 3 d抗折强度 6 2 M P a ， 2 8 d抗折强度 9 2 M P a ， 安定性合格。 砂： 南充小龙河坝机制砂， 表观密度 2 6 3 7 k g m ， 堆积密度 1 5 1 1 k g m ， 空隙率4 2 7 ， 细度模数 2 8 5 ， 石粉含量2 7 。其性能满足 G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 建设 用砂 规定 J ， 颗粒级配曲线如图 1 。 碎石 ： 南充文 峰河坝 51 0 m m 和 1 02 0 mm 碎石 ， 大小石 比例为 1 5： 8 5 ； 表观密度 2 6 5 9 k g IT I ； 堆积密度 1 5 1 0 k m ； 紧密空隙率 4 3 2 ； 含泥量 0 3 ； 针片状含量 1 2 ； 压碎值 3 1 ， 符合 J T C T F 5 0 2 0 l l 公路桥涵施工技术规范 要求， 其 颗粒级配曲线如图 2所示。 减水剂 ： 四川三三科技有限责任公 司聚羧酸高 性能减水剂 S S J S I 型和 S S J S I I 型 ， 复配使用 ， 减水 率 2 6 1 。 膨胀剂 ： 四川三三科技有 限责任公 司 S S C A S 高性能混凝土膨胀剂， 质量符合J c 4 7 6 2 o 0 1 混凝 土膨胀剂 要求。 粉煤灰 ： 四川省旭 阳水泥有限责任 公司 I 级 粉 煤灰 ， 需水量比 9 3 。 硅粉： 四川德昌新瑞环保科技有限公司， S i O 含 萋 斑 j； 冰 士 j； 图 1 机制砂颗粒级配曲线 图2 碎石颗粒级配曲线 量 9 4 ， 比表面积 2 0 0 0 0 m k g 。 2 C 6 0机制砂 自密实微膨胀混凝土配合 比设计与 性能 2 1 C t i 0机制砂 自密实微膨胀混凝土配合比设计 1 )参照J G J 5 5 2 0 l 1 普通混凝土配合比设计 规程 ， 确定混凝土试配强度 ， 依设计强度等 级技术指标 ， 。 = 6 9 9 MP a 。 2 )计算水灰比 W C， 水灰 比计算参照 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 即 W C= ( + o r ) 式 中： 、 O t 分别为 回归系数 ； f b 为水 泥标准抗压强 度 ， = 5 0 5 MP a 。 根据原材料特性及现场施工条件， 对回归系数 进行经验取值 ： O L ：0 5 1 ， O t 6 =0 1 5， 故 W C= 0 5 1 X 5 O 5 ( 6 9 9 + 0 5 1 0 1 5 5 0 5 ) =0 3 4 8 。 3 ) 未掺外加剂时单位用水量 M w计算。 Mw=2 0 5 + ( 2 2 0 9 0 ) 2 0 5 =2 3 7 5 k g m 。由 于所用机制砂 为粗砂 ， 故 用水量 相应 减少 ， 取 2 3 0 k g m 。 4 )掺外加剂时混凝土单位用水量 M w o 计算。 Mw o =Mw( 1 一 )=2 3 0( 1 0 2 6 1 ) =1 7 0 k g m。 式 中： 为减水率。 5 )胶凝材料单位用量计算 。 掺外加剂 时混凝 土水 泥用量 Mc o ： Mc o =Mw o w c ) =1 7 0 0 3 4 8 = 4 8 9 k I n 。 膨胀剂掺量 M p： 按经验掺量 ， 取 9 2 ， 故 脚 = 4 8 9 9 2 =45 k g 。 硅灰掺量 M sf ： 按经验掺量， 取 5 1 1 ， 故 M 4= 48 9 51 1 =2 5 k g。 6 )砂 M s o 、 石 单方用量计算。 采用质量法进行计算 ， 依经验假定混凝土拌合 物湿表观密度P = 2 4 1 8 k g In ， 砂率 取4 0 8 ， Ms o+ Mg o=pc p Mc o Mwo Mp M ， Ms o ( Ms o + Mg o ) = ， 得 Ms o= 6 8 k g I n ， Mg o =1 0 0 0 k g 1 1 1 。 7 )掺粉 煤 灰混 凝 土 配合 比的计 算 。按 G B J l 4 6 0 粉煤灰混凝土应用技术规范 ， 选取粉 煤灰取代水泥 ， 掺量为 1 0 0 ， 粉煤灰 的超 量系数 & 厂 为 1 1 2 。 加 加m O 舳 如加m 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 6 公路交通技术 2 0 1 4年 配合比编号 水泥 粉煤灰 硅粉 膨胀剂 砂 碎石 水 减水剂 配合比编号 坍落度 m m 扩展度 mm 抗压强度 MP a 自由膨胀-2 1 0 0 h 4 h 0 h 4 h 7 d 2 8 d 1 4 d 2 8 d 注： 9号配合比的砂率为3 8 ， 1 0 号配合比的砂率为4 0 ， 1 1 号配合比的砂率为4 2 ， 1 2 号配合比的砂率为 4 4 。 表 6 混凝土工作性能与物理力学性能试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 1 期 林建， 等： 南充下中坝嘉陵江大桥机制砂钢管混凝土设计试验与研究 6 7 由表 6可知 ， 采用机制砂配制 C 6 0钢管微膨胀 混凝土 ， 9号 一1 2号配合比混凝土工作性能和力学 性能均能满足规范要求。随着机制砂砂率的增加， 混凝土的 自由膨胀率呈增大趋势 ， 而弹性模量逐渐 减小。综合考虑混凝土的流动性、 保坍效果和抗压 强度， 下中坝嘉陵江大桥选择最优砂率为 4 2 ， 故 选定 1 1 号配合比作为施工配合比。 3结语 本文介绍了采用外加剂复配技术研发的一种专 门适用于机制砂钢管混凝土的外加剂 ， 以及利用此 外加剂成功配制的工作性能良好、 力学性能及耐久 性能优异的高强泵送机制砂钢管微膨胀混凝土。膨 胀剂掺量和机制砂砂率等参数需经试验进行对比选 择， 以使混凝土配合比更加优化且经济合理。 经检测 ， C 6 0机制砂钢管微 膨胀混凝土工作性 能 、 力学性能 、 耐久性能、 膨胀性能均满足南充市下 中坝嘉陵江大桥的设计要求 ， 且灌注均匀密实， 获得 了显著的经济和社会效益。 参 考 文 献 胡曙光， 丁庆军 钢管混凝土 M 北京： 人民交通出版 社 ， 2 0 0 7 中国砂石协会 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 建设用砂 s 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 重庆大学 J G J T 2 4 1 2 0 1 1 人工砂混凝土应用技术 规程 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 中交第公路工程局有限公司 J I T F 5 0 - - 2 0 1 1 公路 桥涵施工技术规范 S 北京： 人民交通出版社， 2 0 1 1 中国建筑材料科学研究总院 G B 2 3 4 3 9 -2 0 0 9 混凝 土膨胀剂 s 北京： 中国标准出版社， 2 0 1 0 中华人民共和国住房和城乡建设舔J G J豁捌 1 普通混凝 土配合比 见 程I s 北京： 中国建筑工业出版社， 鲫 1 交通部公路科学研究院 公路工程水泥混凝土外加剂与 掺合料应用技术指南 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 6 中华人民共和国城乡建设环境保护部 G B J 1 4 6 9 0 粉煤灰混凝土应用技术规范 s 北京： 中国建筑工 业出版社 ， 1 9 9 1 中国建筑科学研究院 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝 土长期性能和耐久性能试验方法 s 北京： 中国建筑 工业出版社， 2 0 1 0 - o , o0 o o o 000 o oo0o0 ( 上接第 5 6页) 输、 存储及再现技术， 完美融合了模拟视频信号与数 字视频流信号， 在节约投资的同时， 将本项目视频监 控系统的技术水平推向了一个新高度。 7结语 2 0 0 4 -2 0 1 3年 ， 厦 漳跨海大桥从 前期论证 、 设 计到施工建设 ， 历经 l 0年建成通车。重庆交科院勇 于技术创新 ， 克服种种 困难 ， 确保这座在强风强震 强 腐蚀性海洋气候条件下， 集 2座特大跨径斜拉桥主 桥、 长大海上连续结构引桥和多种施工工法于一体 的大型跨海桥梁系统工程顺利完工， 工期比计划缩 短了9 个月， 投资比批准概算节省约3 5亿元， 质量 抽检合格率 1 0 0 ， 优 良率达 9 7 。 参 考 文 献 1 王福敏 ， 罗强， 李军 厦漳跨海大桥工程总体设计 J 桥梁， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 5 0 - 5 2 李军， 姚建军 福建厦漳跨海大桥设计概述 R 重 庆： 招商局重庆交通科研设计院有限公司， 2 0 1 2 王福敏 福建厦漳跨海大桥工程建设总结报告 R 重 庆： 招商局重庆交通科研设计院有限公司， 2 0 1 3 陈斌， 程伟 ， 孙中洋 厦漳跨海大桥北汉主桥抗风 试验研究 c 第六届中国公路科技创新高层论坛论 文集 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 1 3 王福敏 厦漳跨海大桥工程动力问题研究与对策 J 重庆交通大学学报 ， 2 0 1 1 ( s 2 ) ： 6 4 耿波， 尚军年， 汪宏 ， 等 基于风险的厦漳跨海大 桥船撞设防标准研究 c 第十九届全国桥梁学术会 议论文集 北京： 人民交通出版社， 2 0 1 0 杨航卓， 何跃， 阴磊 关于厦漳跨海大桥景观设计 的几点思考 C 第六届中国公路科技创新高层论坛 论文集 北京： 人民交通出版社， 2 0 1 3 杨少军 厦漳跨海大桥北汊主桥斜拉索制作 C 第 六届中国公路科技创新高层论坛论文集 北京： 人民 交通出版社 ， 2 0 1 3 1j 1j 1J 1 J 1 J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I二 1 j 1 J 1 J 1 J J 2 3 4 5 6 7 8 r r l r l r L r L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m