钢管拱无收缩顶升泵送混凝土的研究与应用.pdf

2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8| n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 RE ADY M I XED CONCRE TE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 8 0 2 8 钢管拱无收缩顶升泵送混凝土的研究与应用 谢琪斌 ，宋志斌 ，石军 ( 1 邯郸通茂混凝土有限公司，河北 邯郸 0 5 6 0 0 1 ；2 河北工程大学 水电学院，河北 邯郸 0 5 6 0 2 1 ) 摘要 ： 根据设计要求 ， 输元河桥钢管拱无收缩顶升泵送混凝土的强度等级为 C 5 0 ， R 2 8 5 9 9 MP a ， 坍落度 2 4 0 2 7 0 m l -tl ， 6 h内 基本无损失 ， 扩展度96 0 0 n l r n ， 混凝土凝结后无收缩 ， 经过试配找到合适的配合比方案 ， 该工程顺利进行， 工程经质量验收合格。 关键词： 高性能混凝土；大坍落度 ；6 h 坍落度无损；无收缩；外加剂 中图分类号 ： T U5 2 8 5 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 1 0 2 0 3 R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i on o f t h e f l o w i n g c on c r e t e w i t h o u t s h r i nk a g e i n t h e s t e e l t u be a r c h X压 Qi b i n 。 S O NGZ h i b i n S HI J u n 。 ( 1 Ha n d a n T o n g ma o C o n c r e t e Co r p o r a t i o n， Ha n d a n 0 5 6 0 0 1 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f H y d r o e l e c t r i c P o w e r ， H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ， H a n d a n 0 5 6 0 2 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ac c o r di n g t o t h e d e s i g n r e qu i r e me n t s ， t h e f u nc t i o n o f the flo wi n g c o n c r e wi tho u t s h r i n ka ge i n t h e S h u y u a n Brid g e S s t e e l t ub e a r c h wa s Th e i n t e ns i t y wa s C5 0， Rz 8 5 9 9 MPa The s l u mp o fflo wi ng c o nc r e t e wa s 2 4 0 -2 7 0 ml n， a n d no l os s o fs l u mp i n 6 h o u r s， t h e d i v e r g e n c e 6 0 0 m m， n o s h r i n k a g e o f c o n c r e t e A f t e r t h e t e s t ， w e f o u n d the a p p r o p r i a t e p r o p o r t i o n o f t h e fl o w i n g c o n c r e t e T h e p r o j e c t h a s b e e n c o m p l e t e d a n d t h e q u a l i t y o f t h e p r o j e c t a c c e p t a n c e K e ywo r d s ： h i 曲 p e rf o r manc e c o n c r e t e ； l ar g e s l u mp ； n o l o s s o f s l u m pi n 6 h o u r s ； n o n - s h r i nk； c o n c r e t e a d m i x t u r e 0 引 言 随着邯郸市经济的高速发展 ， 市容、 市貌 日新月异 ， 中 华大街急需北延 ， 在北边 的输元河上架桥 已是必然的选择 。 经过设计 比选确定采用双拱桥 ， 以钢管 中充填 昆 凝土作为 拱承担主要荷载 ， 钢管 当作为模板 约束混凝 土 ， 拱 的选择 可充分利用混凝土的抗压性能 ， 这样 的设计形体优美能与 城市景观完美结合、 施工简单并且结构超载能力强。 中铁 第十工程局承揽 了输元河上的双拱桥项 目， 根据设计 ， 输元 河桥 以钢管作为拱肋 ， 由于钢管内在填筑混凝 土时无法像 常规混凝土施工那样进行振捣 ， 因此对混凝土有特殊要求 ， 浇筑 的混凝土必须满足下列要求 ： ( 1 ) 混凝土强度等级 C 5 0 ， R 2 8 5 9 9 MP a ； ( 2 ) 混凝土坍落度为 2 4 0 2 7 0 mm， 6 h内坍落度损失 不大于 3 0 m m， 或基本无损 ； ( 3 ) 初凝 1 0 h ， 终凝 2 4 h ； ( 4 ) 拱管中的混凝土不离析 、 不泌水 、 包裹性好 ； ( 5 ) 拱管 中硬化混凝土不空洞 、 不起壳 、 密实性好 ， 黏 附陛好 ， 无收缩 ， 更不能撑裂钢管 。 1 材料 的选择 为了满足钢管拱肋混凝土的要求 ， 通过考察决定选用 下面的原材料 。 水泥 ： 太行 山牌 P 0 4 2 5 R； 砂子 ： 邢台河 中 砂 ； 石子 ： 武安 5 2 0 i n to 石灰岩质碎石 ； 外加剂 ： 选用 天津 泰克科技有 限公 司生产的 X Q B I N， 含 固量 为 9 2 的干粉 型高效塑化剂， 高性能混凝土泵送剂 ， X Q B P N C高性能早 强无碱混凝土膨胀剂 。 2 要 解决的问题 ( 1 ) 首先要解决泵送剂与膨胀剂 之间的相容性问题 。 众所周知 ， 混凝土膨胀剂的主要化学成分有硫铝酸钙 、 硫酸 铝钾 ( 明矾 ) 、 无水硫酸钙( 硬石膏 ) 、 氧化钙 ( 生石灰 ) 、 高铝 熟料、 氧化镁等， 但这些成分与减水剂及保塑剂的相容性 都很差 ， 硫 铝酸盐 熟料 、 高铝熟 料与硅 酸盐 系水泥发生 的 表 1 混凝土的性能要求及原材料选用 工程名称 邯郸市中华大街北延输元河桥 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 2 - 2 6 1 0 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 急凝 ， 且吸附减水剂能力很 大 ， 所 以， 硫铝酸盐熟料与高铝 熟料都不能用于高流态、 低坍落度的混凝土， 氧化钙、 氧化 镁也是 如此 ， 无水 石膏对 f - J J H 剂 的吸 附量也很 大 ， 它对保 塑剂一般也不适应 。 ( 2 ) 要解决泵送剂与膨胀剂还有水泥三者相适应的问 题 。 水泥 的主要成分为 C S 、 C ， S 、 C 、 C ， 这些化学 成分 在水泥生产 的过程中经过 两磨一烧 ， 绝 大多数都变为活性 材料 ， 容易与水发生水 化反应 生成水合络盐 ， 使混凝 土凝 结 、 硬化 ， 在这些成分中 c 与 C F 对减水剂 的吸附能力 最强 ， 它与保塑剂的适应性最差 ， 那么 ， 要使水泥 、 膨胀剂 、 减水剂及保塑剂都具有很好 的相适应性 ， 水泥 的化学成分 是不能改变的， 只能从保塑剂与膨胀剂上考虑解决的办法。 3 xQB l N 高性能混凝土的研制 钢 管拱顶 升泵 送混凝土实际上是一种 高强高性能免 振 自密实混凝土 ， 要 配制 出这种混凝土 ， 必须使用多功能 、 高效高性能外加剂 。 ( 1 ) 求 出此混凝 土配合 比所需 要外加剂 的减 水率 。 通 过试验 ， 上述混凝土在不掺外加剂的情况下通过改变用水 量做 出 2 5 0 m m坍落度很难 ， 因为仅通过改变用水量 ， 坍落 度达到 2 0 0 m m左右就 出现离析现象 ， 再增加用水量 已失 去意义， 所以仅通过加水， 使 昆 凝土做到 1 8 0 mm坍落度时， 每立方米混凝土 的用水量 为 2 8 3 k g ， 用 1 7 0 k g 水再掺加胶 凝材料 1 9 6 的 X Q B J N时 ， 混凝 土坍 落度为 2 4 0 m m， 那 么这就要求外加剂的减水率必须在 4 0 以上。 ( 2 ) 选择保塑剂 。 在水泥水化 的过程 中 ， C A 最易吸附 减水剂 ， 而且最早产生水化反应 ， 其次 C F 、 C S ， 那么 ， 就 要 选择一 种在水 泥混凝 土加 水拌 和后 能有使 c A、 c 包裹住， 让它们能在 6 h内不发生水化反应 ， 在 6 h 后又能 有一种物质使这层包裹破裂就好 了。 通过试验 X Q B J i g具 有这种功能， 它在混凝土加水拌和后， 能在 1 1 0 h内使水 泥不产 生水化反应 ， 而且与 X Q B P NC相适应 ， 经过 多次 试验 ， 将 X Q B J N 复合使 用后发生 了理想的效果 ， 6 h内混 凝土无坍落度无损失 ， 混凝土在 1 4 h ( 室温 2 0 3 0) ， 1 8 h 后混 凝 土终凝 ， 2 6 h以上 强度 ， 3 d龄 期混 凝土 1 0 mmx 1 0 m mx l 0 to n i 的试件破坏荷载为 4 6 0 、 4 8 0 、 4 9 8 k N，强度 代表值为 4 5 5 MP a ， 达设计强度 的 9 1 。 ( 3 ) 选用膨胀剂 。 补偿收缩高流态混凝土 ( 微膨胀高流 态混凝土 ) 。 普通的硅酸盐水泥在 自然条件下硬化 ， 具有一 定的干缩性 。 混凝土的收缩值随着水泥的品种 、 熟料 的矿物 组成 、 水泥颗粒 的细 度水 灰 比的大小 、 养护条件 的不 同以 及使用环境的差异等的变化而变化。 根据理论 7 6 0 d内混 凝土 的收缩率较 大 ， 6 0 d后混凝 土的收缩率 逐渐趋 于缓 慢 、 平稳 。 混凝土 内部 由于收缩会产生微裂纹 ， 微 裂纹会破 坏混凝土结构的整体性 ， 影 响混凝土的力学性能和耐久性 。 而经过配合比设计的补偿收缩高流态混凝土在保证强度和 流动性的同时还能有效的抵偿混凝土的干缩 ， 甚至微膨胀。 为保证混凝 土无收缩 ， 选用混凝土膨胀剂配制补偿收 缩混凝土 ， 补偿 收缩混凝土采用 X Q B P NC混凝土膨胀剂 ， 分别在胶凝材料 的 4 、 6 、 8 、 1 0 比例下进行试 配 ， 经 过对比试验最后确定选用 8 。 ( 4 ) 粉煤灰 。 粉煤 灰就是人们常说的飞灰 ， 即用来发电 的煤灰 的燃烧残余物。 普通水泥粉末在混凝土早期易结成 絮状物 ， 使水化反应不均匀故混凝土呈不均匀状态。 粉煤灰 能使这些絮状物散体将水分释放出来， 起到了润滑剂的作用， 从而改善了混凝土的和易性 。 同时粉煤灰 中的活性氧化硅 和活性氧化铝与 C a ( O H) ： 之间发生反应。 反应是缓慢的， 所 以放热速率和强度发展也相对较慢 ， 反应消耗 了 C a ( O H) ， 生成新的硅酸钙 ， 有效地 填充 了大的毛细空 间 ， 从 而使 系 统的强度和抗渗性得到了提高。 加人粉煤灰后可 以明显降 低混凝土水化热 ， 改善对温度 引起 开裂 的抵抗 能力 ； 由于 孑 L 隙细化， 改善了内部结构， 极限强度和不透水性有所增 进； 对硫酸盐、 水等化学侵蚀和碱骨料膨胀都能够有效的 抑制。 可以把粉煤灰看作是胶凝材料的一部分。 在试验时掺 加粉煤灰 以提高混凝土的性能， 掺加量为胶凝材料的 1 0 。 4混凝土配合 比的确定 C 5 0 钢管拱肋混凝土实际上是一种高性能混凝土 ， 它 要求高流动性 ； 免振 ， 自密实 ； 无收缩 ； 高强度 。 这 对于中铁十局及邯郸市所有应用过的混凝土都是前所未 有 的挑战 ， 是一 片空 白， 所以必须慎之又慎。 邯郸市市政预拌混凝土搅拌站委托邯郸市建设工程 质量检测 中心 ， 河北天诚建设工程检测有限公司 ， 中国华 冶试验室进行混凝 土试配 ， 一共做 了 1 - 1 、 1 - 2 、 1 - 3 、 2 1 、 2 2 、 2 3 、 、 1 4 1 、 l 4 2 、 1 4 3等 4 2 个不同砂率 、 不 同用水量 、 不 同外加剂掺量的混凝土试配 。 经过多次试验最后确定选 用 1 4 2 试配合 比案， 这里只列出最后选用的 1 4 2 混凝 土配 合 比及其性能。 从 2 0 0 6年 1 月 5日 2 0 0 6年 6月 1 6日， 1 6 0多天的 思考 、 试验 ， 终于在 2 0 0 6 年 6 月 1 6 E l 开始浇筑 ， 2 0 0 6 年 7 月 1 4日第一组钢管拱混凝土验收合格 ， 到 2 0 0 6 年 1 0 月 1 6日 全部钢管拱混凝土施工完成 ， 验收合格 。 表 2 混凝土配合比 1 03 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 4 3 0 L X QB J N高性能混凝土泵送剂的试验结果 c F A S G1 G2 xQB P NC xQB J N W 搅拌时间 初凝坍落度扩展度状态 3 MP a 压水 l 4 O s 6 h 后坍落度 初凝 终凝 S r n l T l mm mm 1 1 1 1 1 4 8 2 1 5 2 0 3 8 1 1 8 8 1 1 8 5 O 8 7 3 5 1 1 8 0 2 7 0 7 0 0 x 7 0 0 很好 不泌水 2 6 8 1 4 1 8 注 ： 搅拌方式为机械， 6 O L试验专用搅拌机 。 表 5 试验结果( 抗压强度 1 5 0 mm x l 5 0 mmx l 5 0 mm标准试块 ) 5结论 ( 1 ) 利用太行山牌 P O 4 2 5 R级水泥和天津泰克科技有 限公 司生产的 X Q B J N高性能混凝土泵送剂 ， X Q B P NC高 性能早强无碱混凝土膨胀剂可 以配制 C 5 0高性能混凝土 。 混凝土坍落度为 2 4 0 2 7 0 m m， 6 h内混凝土无坍落度无损 失 ， 混凝土在 1 4 h ( 室温 2 0 - 3 0) ， 1 8 h 后混凝土终凝 ， 2 6 h 以上强度 ， 3 d 龄期混凝 土 1 0 m mx 1 0 m n l x 1 0 m i l l 的试 件 破坏荷载为 4 6 0 、 4 8 0 、 4 9 8 k N， 强度代表值为 4 5 5 MP a ， 达设 计强度的 9 1 。 ( 2 ) 高流态混凝土必须采用高性能外加剂 ， 在使用 外 加剂时要考虑水泥与外加剂的相容性以及# t, J I 剂之间的 相容性， 必须进行试验以确定配合比。 ( 3 ) 选用高效减水剂是配制高性能混凝土的主要技术 措施之一 ， 在满足混凝土大流动性 的同时 ， 掺加高效减水 剂可以降低水胶比， 从而使混凝土中的孔隙率大大降低。 ( 4 ) 选用具有一定潜水性 的活性超细粉 ， 在 混凝土 中 可起到活性效应 、 微集料效应和复合胶凝效应， 可起到二 次水化反应 、 降低孔隙率 、 增大流动性等作用。 ( 5 ) 高流态混凝 土的泵送性能好 。 随着建筑行业的发 展 ， 混凝土的强度等级愈来愈高 ， 建筑物 的高度也愈来愈 上接第 9 9页 参考文献 ： 1 】张长清， 吴海兵， 杜明月， 等 矿物掺合料对自密实混凝土抗氯 离子渗透性的影响【 J 】 土木工程与管理学报， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 1 ) ： 1 5 一 l 9 2 】尹兴伟， 吴相豪 矿物掺合料对再生混凝土抗冻性影0 向 的试验 研究 J 】 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 9 0 9 3 3 李华， 孙伟， 昨晓宝 矿物掺合料改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀 性能的微观分析 J 】 _ 硅酸盐学报， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 8 ) ： 1 1 1 9 1 1 2 6 4 】 徐长伟， 张阳， 杨梦卉， 等 矿物掺合料对轻骨料混凝土抗离析 1 04 高 。 相应 的， 高强度混凝土的泵送高度 、 长度也越来越 大。 普通混凝土随着强度 的增加 ， 水胶 比相应减小 ， 混凝 土的 流动性能随之降低， 无法满足泵送要求。 而经过配合比设 计 ， 加入高效泵送剂后配制而成 的高流态高强混凝土可以 长时问保持流动性 ， 可有效提高高强混凝土 的泵送 高度和 泵送距离 ， 且混凝土凝结后的强度不受影响。 ( 6 ) 高流态混凝土单位成本节约 。 高流态混凝土的经 济性能 可以从 以下几个方面体现 ： 首先 ， 高流态混凝土 的 应用减少了施工中人员 、 机械的投入。 其次 ， 高流态混凝土 的工程应用提高了结构物 的耐久性 、 减少了今后可能的加 固修复费用 。 参考文献 ： 1 】陈淑贤 流态混凝土9 1 I O I U 与水泥适应性研究 J 海口经济学院 学报， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 8 3 8 7 【 2 张江林， 徐丹， 邱春阳 埃塞俄比亚 K e s e m， T e n d a h o 隧洞泵送流 态混凝土配合比设计及应用f J 1 江西水利科技， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 4 - 5 【 3 潘凡 高流态混凝土的主要性能与应用前景【 J 建筑科学与监 理 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 7 4 7 6 4 J 殴阳辉， 丁茜， 朱冠美 流态混凝土的试验研究 J 长江科学院院 报， 2 0 0 0 ( 1 0 ) ： 1 5 1 8 5 】孙晓虎， 张晓光， 孙静 高强流态混凝土配合比设计注意事项 J 1 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 7 0 7 3 【 6 】王明耀 钢管拱内注微膨胀混凝土配合比设计方法 J 】 科学之 友 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 6 0 6 1 【 7 】 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 ， 混凝土外加剂 s 作者简介 联系地址 联系电话 谢琪斌( 1 9 5 9 一 ) ， 男， 总工， 主要从事预拌混凝土的试 验研究。 河北邯郸开发区通茂混凝土有限公司( 0 5 6 0 0 1 ) l 3 83 2 0 7 8 08 3 性能影响的研究 J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 7 7 8 2 5 黎鹏平， 潘峻， 范志宏， 等 粉煤灰和矿粉对 C 5 0自密实混凝土 氯离子扩散系数的影l l J 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 8 2 5 作者简介 ： 联系地址 联系电话： 何学云( 1 9 8 8 一 ) ， 女， 助理工程师， 研究方向： 矿物掺合 料应用及绿色建材技术。 武汉市洪山区雄楚大道 2 8 8 号 中建三局技术中心办 公楼 2 0 9室( 4 3 0 0 7 0 ) 1 8 6 0 2 73 6 2 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m