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公伯峡黄河大桥钢管拱钢纤维混凝土试验及应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-09  来源:中国彩钢网  浏览次数:2405

  钢纤维混凝土(SFRC)是近20年来迅速发展起来的一种新型复合材料,目前多用于公路路面、桥面、机场场坪等工程。在普通混凝土中掺入适量的钢纤维,通过钢纤维和混凝土的共同作用,两者各施所长,不仅具有普通混凝土的优良特性,同时由于钢纤维的存在阻滞了基体混凝土裂缝的产生和发展,与普通混凝土相比,呈现出良好的抗折、抗拉、抗冲击和抗疲劳等力学性能,以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等优点。

  公伯峡黄河大桥设计为单跨128m钢管混凝土拱中承式彩虹大桥,设计荷载为特载80t,挂-200t.为了强拱脚段的抗折、抗拉强度,拱脚段20延长m范围内设计为钢纤维掺量为1. 5%的CF50免振自密微膨胀SFRC钢管拱混凝土压注,近年来己有不少成功的范例。钢管拱压注超大流动度免振自密SFRC目前国内尚未见报道。因此,钢管拱SFRC的配制与一次性压注成功是全桥混凝土施工的关键工序。

  2SFRC的配制21试验项目及目标―),男,工程师。毕业于石家庄铁道兵工程学院桥梁专业。电话:0419)2261576-27012抗折强度设计为5MPa,试配强度为9MPa;抗拉强度设计为4.7MPa试配强度为6MPa SFRC和易性应具有超大流动性,满足泵送要求和在泵送过程中较长时间内保持其工作性不变,且具有自密实能力,不离析泌水,不沉降分层,保持一定的塑性粘度,令钢纤维、骨料均匀分布,悬浮于浆体中。本着这一思路,结合工程实际确定以下主要性能指标:~25cm扩展度55施工时每孔两端同时压注,根据现场设备拌和能力和泵送能力,压注时间约需2.5~3h(压注速度约10m3/h)考虑异常情况和素混凝土接灌间隙等因素,初凝时间控制在6h以上,坍落度保持在4~5h基本不损失。

  掺加低碱微膨胀剂,使SFRC在管内凝结硬化后不收缩。

  2.2材料水泥甘肃永登水泥厂生产的祁连山牌525级普通硅酸盐水泥,各项指标均符合现行国家标准。

  细骨料公伯峡河砂,中砂,细度模数266,含泥量0.3%,表观密度27.粗骨料公伯峡碎卵石粒径5续级配,表观密度271g/cm3含泥量0.2%,针片状含量5.3%,压碎指标4.膨胀剂锦州东电水泥厂生产的FN-M型低碱膨胀剂,中国建材科学研究院监制,性能指标符合有关标准。

  粉煤灰青海连城电厂级原状干灰,细度18%需水量比102%含水量0.18%,烧失量3.09%三氧化硫1.4%外加剂分别对咸阳、天津、山西等地7种外加剂进行有关性能比选,最后选定山西万荣黄河外加剂厂生产的UNF -3C缓凝型强高效泵送剂。

  该外加剂主要由高效减水剂、保塑剂、缓凝剂和早强剂复合而成。

  (7)钢纤维根据对多个品种、型号钢纤维的技术指标以及拌制混凝土时钢纤维的可分散性、均匀性等施工性能的比较,选用浙江嘉兴市七星纤维厂生产的专利产品,型号为ZH-06凸痕型变截面钢纤维,其L =32mm,等效直径d 51.6.该产品的特点是:钢纤维不会变形,不会折断,变截面异型和两端凸痕处起较强的锚固作用,强、韧效果显著。

  23配合比设计与选择参见普通混凝土配合比设计规程(G/T 55-96)和钢纤维混凝土结构设计与施工规程〉(CECS38 SFRC的配合比不同于普通混凝土,由于掺入了众多的细长纤维集料,从而引起了“壁效应”,其流动性随钢纤维体积率的大而显著降低。要使SFRC保持超大流动性,同时具有可泵性和免振自密的效果,简单地采用加用水量和加大砂率己不能解决问题。因此,合理地选择混凝土外掺料和外加剂,打破常规加大其用量,发挥诸材料的综合效应,可明显地加混凝土中钢纤维的裹浆量,使SFRC在超大流动度的情况下,具有良好的和易性、可泵性及自密实能力。

  目前SFRC配合比设计有关资料仅提供了半干硬性和低塑性2种类型的有关参数依据。通过摸索,我们在原有普通混凝土配合比设计经验的基础上,通过调整砂率、裹浆量等有关参数,达到了上述目的。

  23.1基准配合比有关参数确定由抗压强度经验公式计算由抗折强度经验公式计算取抗压强度的w/b为初选值,考虑到超大流动性和掺合料的影响,取w/b=0.32为基准。

  ~25am素混凝土基准用水量一般为200~230kg/m3,外掺高效减水剂并进行微调后可达到坍落度22 ~25am的期望值,经反复调试米用220kg/m3.根据经验满足素混凝土C50的水泥用量一般为按厂方推荐掺量取总胶凝材料用量的10%.按设计,钢纤维掺量按体积占1.当地碎石粒径偏大,产量较小,通过掺入不同比例筛分小卵石予以掺配,碎石:卵石=3:2. 2.3.2SFRC性能试验(1)砂率对混凝土和易性的影响(表1)表1砂率试验结果砂率坍落度扩展度中边差备注泌水、流动性较差和易性好,拌和物徐徐流动混凝土内阻力增大,流动缓慢从表1可见,合理的砂率至关重要。砂率过大,混凝土内部摩擦力加大,拌和物发涩,流动性降低,扩展度减小;砂率过小,混凝土拌和物保水性差,钢纤维外露中边差较大。反复试配后,最佳砂率确定为45%左右。小。(2)胶凝材料含量对和易性的影响(表2)混凝导致表2胶凝材料含量试验结果,凝土由于采用泵送施工且钢管拱必须一次性灌满,:土坍落度在一定时间内不应损失过快,否则将(堵管甚至有可能使整个灌筑失败。因此进行混1坍落度经时损失试验(表4)。

  表4坍落度损失试验胶凝材料总量坍落度扩展度中边差目测情况自装模后密情况外加剂品种掺量坍落度经时损失/cm泌水,静停后钢纤维外露白然流淌后田由口。

  气温/°C手下沉序号簸模体有初始现象0(室内)和易性好,静停后钢纤维基本不外露自然手下沉流淌后用簸模体无2现象粘聚性增大,静停后钢纤维基本不外露自然手下沉流淌后用室外平均)簸模体有4现象注:序号1为与生产厂共同试验由表2可见,胶凝材料总量的多少影响超大流动性免振自密SFRC的和易性。胶凝材料总量的选试验结果表明,UNF-尤具有明显的保塑、缓凝定与使用的其它材料有关,裹浆量一般应控制在效果,混凝土拌和后处于悬浮状态,无下坠粘板、离37%左右。

  析泌水、沉降分层等不良现象,在较长时间内其塑性(3)混凝土凝结时间的测定粘度保持良好,静停4h内一经拌和很快恢复原来外界气温不同,凝结时间不同;外加剂品种、掺状态。混凝土入模后缓缓流动自行密实,硬化后表量不同,凝结时间不同。试验采用配合比为水泥:膨面感观良好。辅以一定掺量的UNF-1型进行调胀剂:粉煤灰砂:石:钢纤维:水=114:0.24:1.28节,基本能保持单掺UNF-3C的效果。

  :1.570236:0.44试验结果见表3.(5)有关力学性能试验(表5、表6)表3混凝土凝结时间测定表5SFRC有关力学性能试验结果外加剂品种掺量/%初凝时间终凝时间温度水泥用量粉煤灰坍落度抗压强度抗折强度劈裂抗拉强度轴心抗压强度试验(室内)号由表3可见,混凝土凝结时间随UNF量加而逐渐延长;辅以UNF-1型,随着:凝结时间逐渐缩短。

  混凝土拌和后,随着时间延长,坍落1 X的掺丑03掺量增加度逐渐减表6不振捣与振捣成型试件强度结果试验成型28d抗压强度/MPa备注编号组数方式平均最大值最小值离差不振捣试件尺寸为150mmX振捣由表5可见,编号B-03坍落度、强度均能满足配合比设计目标要求。表6说明编号B-03振捣与不振捣2种成型试件的28d抗压强度基本一致。

  为避免钢管拱灌筑SFRC后钢管与混凝土之间产生收缩裂隙,SFRC中掺入了膨胀剂,借助膨胀剂的微膨胀性抵消钢管与SFRC之间可能产生的裂隙,使两者之间形成一体,对此进行了验证试验(表表7混凝土膨胀试验结果X混凝土种类膨胀率及强度等级剂后,都具有微膨胀补偿收缩的性能,一般7~14d达到峰值,以后逐渐回落。不同的是,普通混凝土的膨胀量略大于SFRC的膨胀量,这可能是由于普通混凝土中掺入钢纤维后可以限制混凝土收缩,同样也可限制混凝土膨胀的缘故。

  根据以上各种性能试验结果,最后选定用于施工的理论配合比为水泥:粉煤灰:膨胀剂:砂:石:钢236:0.44,其中水泥用量5⑴kg/m3,水胶比0.32外加剂UNF 3SFRC搅拌工艺试验搅拌是保证钢纤维在混凝土基体中均匀分布的重要环节。SFRC搅拌的投料顺序和方法应以搅拌过程中钢纤维不产生结团和保证一定的生产能力为原则。试验采用强制式搅拌机。经过反复试验,初步选定采用先加砂、石、钢纤维干拌30~50s钢纤维用铁钗逐渐洒散的方法加入,再加入胶凝材料和外加剂干拌20~30s最后加水湿拌1.5min左右即能收到良好的拌和效果,室内一次拌和约需3min左右。加料过程中绝不允许将钢纤维直接加在胶凝材料中,否则钢纤维与胶凝材料搅拌成团很难分开。

  4工程应用上述SFRC配合比用于公伯峡黄河大桥钢管拱灌筑,10月初首先灌筑下游下管,外界气温10~28C,现场采用强制式搅拌机,拌和后观察SFRC和易性良好,与试验结果相符,实测坍落度22~24cm.搅拌采用室内试验推荐的投料顺序和方法一次成功,现场拌和一盘约需5min左右。预计SFRC灌筑完接灌素混凝土的时间约需3h左右,中途因输送泵出故障耽误1. 5~2h,灌筑完SFRC的实际时间约45h,排除故障后未发生任何堵管和泵压异常现象。同体养生SFRC试件3d设计强度达到80%左右,4d达85%左右,从而满足了下一管灌筑间隙3 ~4d需要的设计强度要求。全桥灌筑期间从未发生因SFRC异常而延误工期的情况,进展顺利。施工期间,共抽取各类检查试件36组,全部满足设计要求(表8)。

  表8SFRC强度检查试件测试结果抗压强度/MPa抗折强度/MPa劈裂抗拉强度/MPa试件组数平均最小值离差试件组数平均最小值离差试件组数平均最小值离差5结语超大流动度免振自密SFRC,打破常规半干硬性、低塑性SFRC施工,成功应用于公伯峡黄河大桥钢管拱灌筑施工中,为今后SFRC的泵送施工、免振自密施工展示了广阔的应用前景。

  钢管拱灌筑SFRC配合比设计是关键,选用优质材料是前提。特别是外加剂和大掺量粉煤灰的使用是保证SFRC和易性、超级缓凝、坍落度经时损失小的重要措施。

  三明大桥八面竖曲线桥墩钢模板设计王合希刘长勇姜丽雯吕凤国(铁道建筑研宄设计院北京102600)了所采用模板设计方法的合理性。

  1工程概况二明大桥位于二明市区,是京福高速公路联络线三明市瑞云路工程的一座30m+55m+3X85m+55m6跨预应力混凝土连续梁桥。结合城市的自然景观,为使结构更合理,造型更美观,桥墩采用八面竖曲线薄壁墩,且墩横向两立面设有锯齿形流水槽。全桥共有5墩,墩高分别为10. 2模板设计该桥桥墩墩形特异,与通常采用的直面桥墩不同,其模板承受双向作用力,既承受混凝土侧压力又承受混凝土重力,给模板设计、制造、使用都带来了一定难度。模板设计要求除了保证墩身的形状、尺寸外,还要具有足够的刚度、强度和稳定性,能可靠地承受施工过程中所产生的各种荷载,且构造简单,拆装方便,不妨碍钢筋绑扎和混凝土灌筑,拼缝严密,不漏浆。

  桥墩采用大块钢模板施工,由于施工工期较长,第一:王合希(1973―),男,助理工程师。1997年毕业于西南交通大学桥梁工程系为节省一次性投资,全桥只加工一套墩身模板,周转使用。

  下面对模板设计中模板方案的选择、荷载计算及挠度计算的方法作一介绍。

  2.1模板分段方案比选与模板结构2.1.1模板分段方案墩身模板立面下部直线段按长度4m标准自上而下分段,墩底所余高度采用调整段模板施工,上部6m曲线段一分为二,如所示。

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