胡杰 楊智勇 楊賽

摘要：為實現(xiàn)現(xiàn)場工程鋼殼混凝土索塔所需的保坍性好、流動性大、微膨脹、自密實、無離析和泌水現(xiàn)象的高性能混凝土的配制和澆筑，保證索塔內(nèi)外壁鋼板、加勁肋、角鋼、拉筋中混凝土的澆筑質(zhì)量，結(jié)合實際工程，對索塔施工所需的C55微膨脹自密實混凝土的原材料、混凝土抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率、拌和物和易性及其在索塔中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：微膨脹混凝土；自密實混凝土；鋼殼混凝土；索塔

C55微膨脹自密實混凝土，是在中等強(qiáng)度的普通混凝土的基礎(chǔ)上通過摻入各種摻和料及外加劑配置的。在普通混凝土中摻入合適的膨脹劑，使混凝土硬化時產(chǎn)生一定的微膨脹，使結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部更加致密。高性能混凝土中有一種自密實混凝土，它的主要特點(diǎn)是流動性大、擴(kuò)展度大、泵送性和保水性良好、無離析和泌水現(xiàn)象。澆筑時，依靠混凝土自身的重量流動，可自行充滿鋼殼的鋼板壁，充分包裹在剪力釘、鋼筋、角鋼中。微膨脹混凝土和自密實混凝土混在一起，就變成了微膨脹自密實混凝土，它既要求混凝土拌和物的工作性能高，坍落度及擴(kuò)展度大，且具備自密實的特點(diǎn)，又要求混凝土硬化后不會變形收縮，在鋼殼內(nèi)對鋼板不會產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。

對鋼殼自密實混凝土索塔來說，索塔施工的前期準(zhǔn)備，是試配出適用于鋼殼內(nèi)微膨脹自密實混凝土的配合比。本文利用合適的高效減水劑、摻和料、鈣鎂復(fù)合膨脹劑及當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)的原材料配制出的C55微膨脹自密實混凝土，被成功應(yīng)用于河南黃河高速公路黃河特大橋主橋的索塔工程中，經(jīng)現(xiàn)場施工及檢測，C55微膨脹自密實混凝土的工作性能滿足現(xiàn)場施工要求，硬化后的混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，密實度效果良好。

一、應(yīng)用場景

黃河特大橋是安羅高速公路蘭原至鄭州段的控制性工程之一，主橋為雙塔雙索面組合梁斜拉橋，橋跨布置為（100+135）+520+（135+100）m，鋼主梁采用雙邊箱梁斷面，索塔采用鋼殼混凝土樽型塔，分離式承臺，群樁基礎(chǔ)。

黃河特大橋主橋索塔包括上塔柱、中塔柱、下塔柱、上橫梁、中橫梁和下橫梁，總高 182m。其中，上塔柱（含塔冠）高57.8m，中塔柱高95.3m，下塔柱高28.9m，索塔在橋面以上的高度約為142m，高跨比為0.273。

索塔是由鋼殼+自密實混凝土組合而成的，塔柱采用空心圓端形單箱單室斷面，塔柱橫、縱橋向外輪廓尺寸均為10m，上塔柱壁厚均為0.8m，中間設(shè)鋼錨梁；中塔柱壁厚0.8～1.1m，下塔柱壁厚1.1～1.4m。塔冠內(nèi)側(cè)底部設(shè)排水孔。在橫梁頂?shù)装搴瓦M(jìn)塔入孔的塔內(nèi)相應(yīng)位置均設(shè)置了鋼橫隔板，其上澆筑0.3m厚的混凝土，形成組合結(jié)構(gòu)板。

單側(cè)塔柱共有36個節(jié)段。其中，下塔柱T1節(jié)段為起步段，高2.5m；其他節(jié)段根據(jù)起吊重量、壁厚變化及與橫梁的關(guān)系，高度分別為4m、4.4m、4.5m、4.679m、4.721m、5m、5.2m、5.4m、5.6m、6m等。

索塔內(nèi)外壁鋼板與混凝土之間，通過加勁肋開孔，形成PBL剪力鍵及剪力釘，實現(xiàn)了鋼殼與混凝土的結(jié)合，使鋼板與混凝土協(xié)同受力。豎向加勁肋上設(shè)置Ф50mm的鋼筋孔，水平加勁肋上設(shè)置Ф60mm和Ф50mm的預(yù)留孔，部分孔內(nèi)設(shè)置拉筋。拉筋采用HRB400級鋼筋，直徑16mm，塔壁上設(shè)置剪力釘，剪力釘釘規(guī)格中22×150mm。

索塔節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)由水平加勁肋、水平角鋼、豎向角鋼、豎向加勁肋、內(nèi)鋼壁板、外鋼壁板、焊釘組成。外側(cè)鋼壁板厚度有36mm、30mm、20mm、16mm四種，內(nèi)側(cè)鋼壁板標(biāo)準(zhǔn)厚度為8mm，起步段厚度為12mm，鋼牛腿附著壁板板厚20mm；豎向加勁肋尺寸分為120×10mm和150×10mm 兩種，標(biāo)準(zhǔn)間距為500mm；水平加勁肋尺寸分為120×12mm、120×20mm、100×12mm、100×20mm四種，標(biāo)準(zhǔn)間距為500mm。水平加勁肋部分采用角鋼連接；利用水平角鋼把內(nèi)鋼板與外鋼板焊接在一起，成為固定的整體結(jié)構(gòu)。角鋼在豎向及水平方向形成桁片，索塔內(nèi)灌混凝土均采用C55微膨脹自密實混凝土。

二、配合比設(shè)計

（一）混凝土的要求

按照配合比設(shè)計規(guī)范、自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程規(guī)范及工程設(shè)計圖紙要求，確定黃河特大橋鋼殼C55微膨脹自密實混凝土的具體要求如下：

強(qiáng)度：鋼殼混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級C55，配制強(qiáng)度為64.9MPa。

工作性：擴(kuò)展度為550～650mm，不得出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象，泵送性能良好。

密實性：自密實、微膨脹、無收縮，索塔內(nèi)填充密實，無明顯的脫空現(xiàn)象，混凝土的限制膨脹率水中14d≥0.025%，轉(zhuǎn)空氣中28d≥-0.010%。

（二）原材料

1.水泥：河南新鄉(xiāng)平原同力水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O52.5級，其檢測指標(biāo)結(jié)果見表1。

2.粗集料：河南衛(wèi)輝市融創(chuàng)實業(yè)有限公司生產(chǎn)的碎石，由5～10mm碎石、10～20mm碎石組成，其物理性能指標(biāo)見表2。

3.細(xì)集料：河南南陽市臥龍區(qū)淯鑫砂石有限責(zé)任公司生產(chǎn)的天然砂，其物理性能指標(biāo)見表3。

4.減水劑：江蘇蘇博特股份有限公司生產(chǎn)的型號為PCA-10的聚羧酸高效減水劑（緩凝型），其物理性能指標(biāo)見表4。

5.鈣鎂復(fù)合膨脹劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的氧化鎂復(fù)合膨脹劑HME-Ⅱ，其物理性能指標(biāo)見表5。

6.粉煤灰：河南省鶴壁同力建材有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ等級粉煤灰，其物理性能指標(biāo)見表6。

（三）試配試驗

依據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T283-2012）規(guī)范和鈣鎂復(fù)合膨脹劑廠家推薦的膨脹劑摻量為8%。根據(jù)混凝土配合比設(shè)計規(guī)范要求，配置了三種不同水膠比的C55自密實微膨脹混凝土配合比，詳見表7。

（四）混凝土的評價

1.拌和物的工作性

不同水膠比的混凝土配合比坍落度及擴(kuò)展度檢測結(jié)果見表8。從表中可以得出，水膠比為0.28和0.30的混凝土配合比坍落度及擴(kuò)展度都滿足施工要求。

2.混凝土的抗壓強(qiáng)度

將不同水膠比混凝土配合比7d和28d的混凝土試件依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG3420-2020）進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗，其結(jié)果見表9。

通過檢測結(jié)果可以看出，水膠比為0.28和0.30的混凝土配合比7d與28d抗壓強(qiáng)度均能滿足配制強(qiáng)度要求。

3.混凝土的限制膨脹率

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG3420-2020）規(guī)范中的T0576-2020方法進(jìn)行了限制膨脹率試驗?；炷恋南拗婆蛎浡试囼灲Y(jié)果見表10。從檢測結(jié)果可以看出，膨脹劑摻量為8%的混凝土配合比限制膨脹率（水中14d）和（水中14d交氣中28d）均能滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

（五）配合比的選定

在試驗鋼殼自密實混凝土的試澆筑施工前，采用現(xiàn)場拌和站的原材料根據(jù)C55自密實混凝土配合比進(jìn)行攪拌，并對混凝土的工作性能、坍落度及擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率等指標(biāo)進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果中，坍落度及擴(kuò)展度滿足現(xiàn)場施工要求，強(qiáng)度和膨脹率滿足設(shè)計要求。最后，選用水膠比為0.30，水泥：粉煤灰：鈣鎂復(fù)合膨脹劑：細(xì)集料：粗集料：水：外加劑=404：79：42：772：956：158：6.30，作為理論基準(zhǔn)配合比。

三、工程應(yīng)用結(jié)果

（一）施工準(zhǔn)備的前期工作

為了確保鋼殼混凝土順利澆筑，中心試驗室嚴(yán)格把關(guān)混凝土所需的水泥、細(xì)集料、粗集料、粉煤灰、復(fù)合鈣鎂膨脹劑、外加劑等原材料，使其均符合規(guī)范要求，并按照批復(fù)的C55自密實混凝土配合比在拌和樓試拌，驗證C55自密實配合比在試驗鋼殼中施工滿足規(guī)范要求。

（二）工藝方法

鋼殼C55自密實混凝土采用泵送從上向下灌注的方式，在鋼殼內(nèi)利用自密實混凝土的重力，以及坍落度及擴(kuò)展度大、不泌水的特點(diǎn)，自流成型密實，形成一種致密的混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到10MPa后，可以進(jìn)行本節(jié)鋼殼混凝土頂面鑿毛處理，處理完成經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，可進(jìn)入下一循環(huán)鋼殼的安裝。

（三）實體質(zhì)量

混凝土的強(qiáng)度取樣，應(yīng)在施工現(xiàn)場，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d齡期后依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG3420-2020）規(guī)范對混凝土試件進(jìn)行極限抗壓強(qiáng)度試驗，混凝土與鋼殼之間的脫粘或空洞，可采用錘擊法或超聲波法檢測。

（四）實體的應(yīng)用情況

南主橋左幅索塔澆筑2節(jié)段，混凝土的擴(kuò)展度均在630mm以上，混凝土的工作性能良好，無離析和泌水現(xiàn)象，泵送性能良好，未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，滿足現(xiàn)場施工要求，為后續(xù)節(jié)段鋼殼混凝土施工提供了寶貴經(jīng)驗。混凝土的28d強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，現(xiàn)場同條件試件，1d就能達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的60%，滿足鑿毛要求；7d達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，保證工程施工進(jìn)度。采用超聲波法對鋼殼混凝土進(jìn)行脫空率檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯的脫空現(xiàn)象，鋼索塔中混凝土結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

四、結(jié)束語

通過選用優(yōu)質(zhì)的水泥和集料，同時加入與水泥、粉煤灰相容性合適的減水劑，配制出高性能的自密實混凝土。為了使自密實混凝土具有良好的微膨脹效果，又不會在鋼殼內(nèi)產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，鈣鎂復(fù)合膨脹劑的摻量宜控制在8%左右。利用合適的高效減水劑、鈣鎂復(fù)合膨脹劑及當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)的原材料，配制出的C55微膨脹自密實混凝土，具有流動性大、無離析和泌水現(xiàn)象的特點(diǎn)，并能滿足現(xiàn)場施工要求。同時，該C55自密實混凝土的抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率及混凝土脫空率均滿足設(shè)計要求，符合鋼殼混凝土索塔施工的技術(shù)要求。

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