重混凝土配合比设计及其在城市桥梁中的应用.pdf

24 铁道 建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 文 章编号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 2 4 0 3 重混凝 土配合 比设计及 其在城市桥 梁 中的应用 邓 长 军 ， 唐 英 ， 何 跃 军 ， 胡安 庆 ( 1 中国铁 道科 学研究 院 研究生部 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 2 中铁西南科学研究院有限公司 ， 四川 成都6 1 0 0 3 1 ； 3 成都建工路桥建设有 限公 司， 四川 成都6 1 0 0 9 1 ) 摘 要 ： 根 据成 都 市二环路 高架桥 立交 大跨 度 曲线钢 箱 梁 匝道桥 的抗 倾覆 配 重要 求 ， 采 用重 晶石 为 主要 骨 料 ， 经试配与调整获得满足条件的重混凝土配合 比。在此基础上进行混凝土配制并在混凝土拌合、 运 输、 泵送、 浇筑以及钢箱梁预拱度监测等关键环节采取控制措施 ， 有效地保证 了配重施工质量。 关键 词 ： 钢 箱 梁重混 凝 土 配合 比控 制措 施 中 图分类号 ： T U 5 2 8 1 9 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 3 0 7 钢箱梁具有 白重轻、 跨越能力大 、 施工周期短等优 点 ， 在 城市 高架桥 建 设 中得 到广 泛 应 用 。 由于 城 市 的 地域 限制 ， 高架 桥立 交节 点 处 常 使 用小 曲线 半 径 钢箱 梁结构。但因其受弯扭耦合作 用造成扭矩较大， 同时 其 自重较轻易出现支座脱空甚至倾覆等现象 ， 一般通 过 在钢箱 梁 中桥 墩 附 近设 置 配 重 ， 以增 大 支 座 正 反力 储 备 的方 法 加 以控 制 1 - 2 ， 重 混 凝 土 即是 配 重 的关 键 材 料 。重 昆 凝 土是 近年 来 新 兴 的 特种 材 料 ， 目前 尚无 国家标准和行业规范 ， 配合 比也需根据实 际需要特别 研究 。 。重混 凝 土 具 有 重 度 大 的 特 殊 性 ， 其 施 工 质 量与配合 比设计、 施工过程控制密切相关 。 本 文根据 成都 市二 环路 高架桥 立交 大跨度 曲线 钢 箱 梁 匝道桥 的抗倾 覆 配 重要 求 ， 首 先 着 手 于满 足 需 要 的重混凝 土 配合 比设 计 ， 同时从 现 场 施 工 的 实 际情 况 出发 ， 采取了一系列 的控制措施 ， 有效地保证了配重施 工 质量 ， 取得 了 良好 的经济技 术效 果 。 1 重混凝 土配合 比设计 1 1 原 材料 选取 根据配重设计要求 ， 重混凝土强度等级为 C 3 0 ， 重 度 不低 于 3 5 k N m ， 同时 需满 足耐 久性 、 和易 性 、 经济 性 等 指标 ， 因此选 取合 适 的原 材料 是关 键 。 1 ) 水泥 。 应 以 满 足混 凝 土 强 度及 和 易 性 等 泵 送 指标为原则 ， 选用密度较大 、 需水量和水化热都较小的 P 0 4 2 5 R型普 通 硅酸盐 水泥 。 2 ) 细骨 料 。重混 凝 土 的强度 、 重度 等 物 理 性 能在 很 大 的程度 上取 决于 骨料 的表 观密度 、 级配 、 尺 寸与形 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 - 2 9 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 0 作者简介 ： 邓 长军 ( 1 9 8 6 一) ， 男 ， 四川安岳人 ， 硕士研究生 。 状 等 指标 。本配 合 比设 计 中采用 级配 良好 、 质地 坚硬 、 颗粒洁净 、 密度较大的重晶砂作为细骨料来填充空隙， 以达 到混 凝 土 和 易 性 良好 、 保 水 性 强 、 重 度 较 高 的 目 的 。其技术 指标 详见 表 1 、 表 2 。 表 1细 骨 料 物 理 力 学 性 能 项 目 筛孔尺寸 m m l 0 5 2 5 1 2 5 0 6 3 0 3l 5 O 1 6 l 2 O 7 7 4 筛底 2 2 6 1 0 0 O 分计筛余0 2 3 1 8 4 9 6 5 8 8 6 累计筛余0 2 3 4 1 4 5 1 0 5 6 8 6 5 4 3 ) 粗骨料 。重混凝土常采用特别密实和特别重 的集料制成 ， 如重晶石t 昆凝土 、 铁砂混凝 土等 ， 铁砂混 凝土很容易达到设计要求 ， 但其成本太高， 故本配合 比 设 计 中粗骨料 选用 连 续 级 配重 晶石 ， 并 通 过试 验 对 其 针 片状 含量 等指标 进 行 测 定 ， 防 止混 凝 土 出现离 析 现 象 从 而 影 响 强 度 及 和 易 性 。其 技 术 指 标 详 见 表 3 、 表 4。 表 3粗 骨料物 理力学性 能 表 4粗骨料筛分结果 2 0 1 5年第 3期 邓长军等 ： 重混凝土配合 比设计及其在城市桥梁 中的应用 4 ) 拌合用水。水 的密度较小 ， 可适当掺人减水剂 来控制用水量和水胶 比， 降低水对混凝土重度的影响 ， 同时改 善混 凝土 的和 易性 。 5 ) 外加 剂 。 重 晶石 骨 料 石 粉 含 量 高 、 吸 水 性 强 ， 对混凝土强度 、 坍落度损失 、 凝结时间等指标均有较大 影响。为确保混凝土强度及 良好的可泵性需选用一种 性 能优 良的外加剂 ； 另 考 虑 到 钢 箱 梁顶 板 开 孔 小 而 难 以振捣等现场条件， 混凝土应具有较大流动性 。综合 以上因素， 本配合 比设计 中选用低掺量、 高减水率 、 适 应性 较好 、 对 环境无 任 何 影 响 的 聚羧 酸 泵 送 剂 作 为外 加剂 ， 其掺量为 2 1 。 6 ) 掺合料。为改善混凝土 的泵送效果 ， 增 加和易 性且防止骨料下沉 ， 减少泌水率和混凝土水化热 ， 本配 合比设 计 中采用 I级粉煤灰作 为掺合料 ， 其 掺量 为 2 2 。 1 2配合 比设 计 对于重混凝土 ， 由于 目前 尚无专 门的配合 比设计 公式 ， 故本设计主要依据 普 通混凝土配合 比设计规 程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 ) ， 以质量法为设计计算依据 ， 并根 据施 工经 验 和实际情 况对 各种 成分 用量 进行 了修 改 与 调整 ， 最终通过试验确定了现场拌制时采用 的理论配 合 比。 1 ) 确定 混凝 土配 制强 度 根据配重设计要求 ， 混凝土立方体抗压强度标准 值 =3 0 M P a ， 取标准差 o r = 5 0 MP a ， 则混凝土配制 强 度f c = f c +1 6 4 5 o= 3 8 2 M P a 。 2 ) 确定 水胶 比 已知混凝土配制强度 删 =3 8 2 MP a ， 现计算水 泥 2 8 d胶 砂抗 压强 度 。 = =1 1 6 42 5 MPa= 4 9 3 MP a ( 式 中： 为水 泥强度等级 值 的富余 系数 ， 为水泥强度等级值 ) ； 查 回归 系数取值 表得 ： o = 0 5 3 ， o = 0 2 0 ； 考虑到为改善混凝土工作性能而掺入 的一定量的粉煤灰对水胶 比的影 响， 则胶凝材料 2 8 d 胶砂 抗压强度值 = ， y f 0 = 0 6 9 X 1 0 0 4 9 3 MP a= 3 4 0 MP a ( 式中： ， 为粉煤灰影响系数 ， y 为粒化高炉 矿渣影响系数 ， 查表取 ， = 0 6 9 ， = 1 0 ) ， 由此计算得 到混凝 土水胶 比 W B：( 。 。 ) ( + 0 。 ) = 0 4 3 。 3 ) 确定 用水 量 根 据泵 送施工 需 要 ， 配 制 的 混凝 土应 具 有 较 大 流 动性 ， 坍落度为 1 8 3 c m， 其用水量在 普通混凝土配 合 比设计规程( J G J 5 5 2 O l 1 ) 无法查找到相应参考 值 ， 因此本设计根据施工经验初步确定每立方米混凝 土 用水 量 m 0 =1 5 0 k g m 。 4 ) 确 定砂 率 对于普通泵送混凝土 ， 其砂率通常控制在 3 5 4 5 ， 本 设计 根据 施工 经 验 和实 际情 况 选 用砂 率 卢 = 4 3 。 5 ) 计 算胶 凝材 料 、 掺合 料 和水泥用 量 首先计算每立方米混凝土 中胶凝材料用量为 m 。 = 茜= 3 4 8 8 k g m 3 ； 粉 煤 灰 掺 量 按2 2 计 算 ， 则 每 立方米混凝土中粉煤灰用量为 m ， 。= 7 6 7 k g m ， 每立 方米 混凝 土 中水泥 用量 为 m。 。 =2 7 2 1 k g m 。 6 ) 计 算粗 、 细 骨料 用量 本设计采用质量法计算混凝土配合 比， 并取每立 方米混凝土拌合物的假定质量 m 。 = 3 6 0 0 k g m 进行 计算 。 ， n ， 0十m o+m 0+m 0+m 0=m p ( 1 ) 3 = m 0 ( m 0+7 , 加)=0 4 3 ( 2 ) 由式 ( 1 ) 和式 ( 2 ) 得 到 ： 每 立方 米混 凝 土 的细 骨料 用量 m =1 3 3 3 5 k g m ， 每立方米混凝土 的粗 骨料 用量 m =1 7 6 7 7 k g m 。 7 ) 计算外加剂用量 根 据施 工经 验 ， 本 设计 中 每立 方 米 混 凝 土 的外 加 剂掺 量 JB 。=2 1 ， 则 外 加 剂 用 量 m。 。=m加 卢 。=7 3 k g m 。 8 ) 初 步配合 比确定 根据以上计算结果得到初步配合比， 详见表 5 。 表 5初步配合 比 k s m 9 ) 配合 比的试配 、 调整与确定 根据初步配合 比称料试拌 ， 测得拌合物坍落度为 1 9 5 m m， 密 度 为 3 5 4 0 k g m ， 且 和 易性 良好 ， 无 离 析 ， 符合设计和施工要求 ， 故以此配合比为试拌配合比。 在试拌配合 比基础上设计三组不 同配合 比， 其 中 1 配合 比为试拌 配合 比， 2 配合 比在试拌 配合 比的基 础上将水胶 比上调 0 0 5 ， 砂率增加 1 ， 用水量与试拌 配合比相同， 3 配合 比在试拌配合 比的基础上将水胶 比下调 0 0 5 ， 砂率减小 1 ， 用水量与试拌 配合 比相 同 。三 组配 合 比混凝 土试 件试 验数 据见 表 6 。 由试验 结果 可知 ： 三组 配 合 比混凝 土试 件 的密 度 和强度均满足要求。经 比较 ， 拟选用 1 配合 比作 为理 论配合 比进行重混凝土生产拌制。 2 工程应用 在 成都 市二 环路永 丰 和武侯 立交 匝道 桥 钢箱梁 配 重 施 工 中 ， 采 用 1 配 合 比进 行 重 混 凝 土 生 产 拌 制 ， 2 6 铁道建筑 M a r c h ， 2 0 1 5 累计泵 送 浇筑 了约 2 0 0 0 I n 混 凝 土 ， 并 根 据 工程 现 场 实际情 况 ， 采取 了 以下 控制措 施 。 1 ) 拌合 与运输控制 。拌合与运输时注意保持重 混凝土的黏聚性 ， 防止混凝土离析和坍落度损失 而影 响? 昆 凝 土 质量 ； 另外重 混凝 土 自身密度 大 ， 故 在拌 合与 运输时应以重量作为设备荷 载能力量化指标 ， 以防发 生机械 设备 损害 。 2 ) 泵送设备选择。混凝土泵送高度约 2 0 m， 应对 泵车的整车质量 、 最大布料高度 、 最大半径进行综合考 虑 ， 选择泵送能力较大的设备。 3 ) 分 次浇筑 。浇 筑 时应 严 格控 制 每 次 浇 筑 高度 ， 一 方 面为 防止混 凝 土离 析 和 骨料 沉 降 ， 另 一 方 面 由 于 重混凝 土 重度 大 ， 对 钢箱梁 纵横 向加 劲肋板 侧压 力大 。 施工 前应 对肋板 承受 的侧 压力 、 抗弯 及挠度 进行 验算 ， 以确定浇筑速度与分层高度。 4 ) 钢 箱 梁 预 拱 度 监 测 。 由于 钢 箱 梁 线 性 膨 胀 系 数较大 ， 受温度影响也较大， 故选在气温稳定时进行混 凝 土浇筑 施工 ， 且全 程进行 钢箱 梁预 拱度 监测 。其 中 ， 初 始预拱 度 监 测 数 据 应 在 早 晚进 行 测 量 并 且 记 录 温 度 ， 后续每次浇筑前后均需进行观测 ， 并将实测数据与 设计标准值进行比对， 以此分析配重效果。 3 结 语 在结合 工程 经验 的基 础 上 ， 采 用质 量 法 作 为 配合 比设 计计算 依据 ， 配 制 出满 足 设 计 施 工条 件 的以 重 晶 石为 主要 骨料 的 重 混 凝 土 ， 并 在 ? 昆凝 土拌 合 运 输 、 泵 送 、 浇 筑 、 钢 箱 梁 预拱 度 监 测 等 关 键 环 节 采 取 控 制措 施 。工程实 践表 明 ， 施 工 过程 安 全 顺 利 ， 做 到 了 经济 、 高效 、 适用。本文对钢箱梁配重施 工质量控制提供 了 一 种思路 ， 可供类似项 目参考。 参 考 文 献 1 孙全胜 ， 张清晨 ， 张双 曲线钢 箱梁支座 反力分 析和脱 空控 制 J 世 界桥 梁 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 2 ) ： 2 9 3 2 2 刘彬 斌 ， 陈福军 大跨 度 曲线 钢结 构匝 道桥 的抗倾 覆设 计 J 市政技术 ， 2 0 1 4 ， 3 2 ( 2 ) ： 6 3 6 6 3 王小岐 刚构连续梁梁端 配重铁砂 混凝土应 用 J 四川建 筑 ， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 2 ) ： 1 9 7 - 1 9 9 4 崔嵩岭 浅谈配重混凝土 的设 计与 应用 J 中 国新 技术新 产品 ， 2 0 1 3 ( 8 ) ： 1 6 5 张大强 重 晶石混凝土在桥梁 中的应用 J 科技视界 ， 2 0 1 4 ( 4 )： 1 0 8， 2 1 0 6 中华人 民共 和 国住房 与城 乡建设 部 J G J 5 5 2 0 1 1 普通 混凝土配合 比设计 规程 s 北 京 ： 中国建筑 工业 出版 社 ， 2 01 1 M i x p r o p o r t i o n d e s i g n o f h e a v y c o n c r e t e a n d i t s a p p l i c a t i o n t o u r b a n b r i dg e s D E N G C h a n g j u n ， T A N G Y t n g ， H E Y u e j u n ， H U A n q i n g ( 1 C h i n a Ac a d e my o f R a i l w a y S c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1， C h i n a ； 2 C h i n a S o u t h w e s t Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Ch i n a Ra i l wa y En g i n e e r i n g Co mp a n y Li mi t e d， Ch e ng d u Si c h ua n 61 0 03 1， Ch i n a；3 Ch e n g du Co ns t r uc t i o n En g i n e e r i ng Co r po r a t i o n Gr o up Ro a d a nd B r i d g e C o mp a n y L i mi t e d， Ch e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 9 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： To me e t t he r e q ui r e m e nt s o f t h e a nt i o ve r t u r n i ng ba l a nc e we i g h t o f t he l o ng s p a n c ur v e d s t e e l bo x g i r d e r a t the r a mp b r i d g e a t t he v i a d uc t b r i d g e o f th e s e c o nd r i n g r oa d o f Ch e n g du pr o v i n c e b y us i ng ba r i t e a s t he m a i n a g g r e g a t e ， a f t e r t r a i l s a n d a d j u s t me n t ， the mi x p r o p o r t i o n o f h e a v y c o n c r e t e wa s o b t a i n e d On t h i s b a s i s ， h e a v y c o n c r e t e wa s m a nu f a c t ur e d， i n t he m e a n t i m e， c o nt r o l m e a s ur e s i s t a ke n a t k e y s t a g e s a s c o nc r e t e m i x i ng， tra ns p o r t ， p u mp i n g ， p o u r i n g a n d gi r d e r c a mb e r f o r the s a k e o f q u a l i t y c o n t r o 1 Ke y w o r d s ： S t e e l b o x gi r d e r ； He a v y c o n c r e t e ； Mix p r o p o r t i o n ； C o n t r o l me a s u r e s ( 责任 审编孟庆伶)