高性能自密实混凝土在钢混结合段的应用

韩成博 李泰霖

（山东高速基础设施建设有限公司，山东济南 250014）

1.工程概况

某特大桥位于新泰至台儿庄（鲁苏界）公路马兰屯段，跨越京杭运河枣庄段。主桥采用（85+180+85）m变截面混合梁连续箱梁桥，立面图如图1所示，桥梁宽度2m×12.75m（分左右幅设计，左右幅设计线间距1m），跨中钢箱梁段总长度为61.5m，钢混结合段4.5m。

图1 主桥立面图（cm）

钢混结合段总体布置如图2所示，采用有格室的后承压板形式，将钢箱梁端部的顶、底板和腹板做成双壁板，在双壁板内部设PBL剪力板和剪力钉，形成钢格室。在钢格室内填充混凝土，通过两端分别锚固于钢箱梁刚度过渡区和混凝土梁横隔梁上的预应力短束使钢箱梁与混凝土箱梁紧密结合。

图2 钢混结合段总体布置立面图（mm）

2.钢混结合段对混凝土的性能需求

钢混结合段不仅应保证主梁内刚度过渡匀顺，内力传递顺畅，还应具备良好的抗疲劳性与耐久性[1-3]。钢混结合段两侧主梁刚度相差悬殊，为避免主梁刚度与强度突变，结合段浇得混凝土应刚度大、韧性好，保证钢梁与混凝土梁间的力学匹配；结合段内设置了大量PBL剪力键、剪力钉、钢筋及预应力管道，致使浇筑混凝土时无法振捣，为保证浇筑质量，应采用大流态混凝土；为防止钢混结合段混凝土收缩较大导致在施工和使用阶段脱粘开裂，应尽量减小混凝土的收缩。

该特大桥钢混结合段采用100MPa级高性能自密实混凝土，其性能指标为：初始扩展度≥600mm，1h无扩展度损失，抗压强度≥100MPa，抗折强度≥11MPa，轴心抗压强度≥75MPa，弹性模量≥43GPa。该混凝土工作性能良好，无需振捣即可使混凝土结构达到密实状态；其中使用了体积分数为1%的钢纤维，纤维可被看作二次加固，混凝土处于收缩状态时可抑制收缩，混凝土处于膨胀状态时又可限制膨胀变形，提高混凝土体积稳定性的同时可显著改善其力学性能；且收缩较小，在28d龄期时小于 400με。

3.高性能自密实混凝土的配合比与性能

3.1 原材料

经优选，水泥采用冀东P.O425R普通硅酸盐水泥，其初凝时间为185min，终凝时间为250min，3d龄期时抗压强度、抗折强度分别为28.6MPa、5.5MPa，28d龄期时的抗压强度、抗折强度分别为54.5MPa、8.3MPa。粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，需水量比为94%，烧失量为1.8%。细骨料采用两种粒径的石英砂，40～70目与100～200目石英砂的质量比为7:3。粗骨料为6mm～16mm连续级配的玄武岩，筛分试验结果如表1所示。钢纤维为微丝端钩型钢纤维，长度13mm，直径0.22mm。减水剂为白色粉末状聚羧酸系高效减水剂。

表1 粗骨料筛分结果

3.2 配合比与混凝土性能

参考自密实混凝土、纤维混凝土及高性能混凝土相关标准及文献[4-11]，结合大量试验研究，得到自密实高性能混凝土的基准配合比为：水泥460kg、粉煤灰140kg、砂872kg、石900kg、钢纤维78kg、水157.5kg、减水剂8kg。可达到的工作性能与力学性能指标如表2所示。由表2可以看出，配制的高性能自密实混凝土工作性能良好，初始坍落扩展度达到750mm，且1.5h时扩展度零损失；抗压强度、抗折强度及弹性模量均满足设计要求。收缩测试采用接触法，高性能自密实混凝土的收缩发展如图3所示，在28d龄期时低于400με。

表2 工作性及力学性能

图3 高性能自密实混凝土的收缩性能

4.钢混结合段混凝土施工工艺

4.1 施工准备

由于自密实混凝土流动性大，应现场需求，流动性2h内无损失，流动性保持时间长，混凝土凝结前可持续对模板产生较大的侧压力，所以模板需要足够的承载能力、刚度和稳定性来满足流态混凝土所产生的自重、侧压力、施工过程中产生的荷载，不得低于最高浇筑表面的开放部分或缺口，成型的模板应拼装紧密，不得漏浆，不影响自密实混凝土均匀性和强度发展，并能保证构件形状正确、规整。在施工前应检验模板直立、钢筋及保护层厚度等情况，对影响混凝土浇筑的问题及时处理。

4.2 干混料生产

为较好的保障高性能自密实混凝土的性能和质量，并方便现场使用，采用预混料的形式供应产品。预混料中包含水泥、粉煤灰及细骨料。所用水泥为P.O42.5水泥，粉煤灰为一级粉煤灰。生产过程中原材料计量允许偏差为±1%。

4.3 原材料进场

高性能自密实混凝土采用吨包形式运输至现场。原材料码放应做好防潮防水处理，底部垫碎石或塑料布覆盖，室内存放并做好标记。其他原材料包含钢纤维、外加剂及粗骨料，应就近码放，做好防潮防水处理。

4.4 高性能自密实混凝土制备

采用普通混凝土搅拌站双卧轴强制式搅拌机进行生产，为便于钢纤维上料，搅拌前需对上料系统进行简单改造，增加了钢纤维上料用溜槽。

混凝土搅拌站配备工人6～8人，装载机1～2台。负责干混料上料、钢纤维添加、辅料添加等。搅拌站应配备台秤，以便称量辅料等。混凝土搅拌时应先将干混料加入搅拌机内，加料过程保持搅拌机处于正常搅拌状态，加干混料的同时投放钢纤维、外加剂及粗骨料，上料结束后加入水，搅拌2min～3min即可出料。

4.5 高性能自密实混凝土制备过程质量检查

首次使用时进行开盘鉴定，开盘鉴定包括以下内容：（1）混凝土的原材料与配合比设计所采用的原材料一致。（2）出机混凝土工作性与配合比设计要求一致。（3）混凝土凝结时间与工作性经时损失。（4）混凝土强度。（5）工程有要求时，尚应包括混凝土的耐久性等。开盘鉴定应有技术、质检、生产人员参加，并至少留置一组28d标准养护试件用于验证配合比。

设备管理人员应对搅拌机及计量器具的强检和自检情况进行检查，质检员在日常检验过程中应注意检查每盘称量的偏差是否符合规定。

核对施工配合比，确保所使用的配合比准确无误。

混凝土生产过程中应设专职检查员进行质量检查控制，每班应有详细交接班记录。

4.6 高性能自密实混凝土运输

高性能自密实混凝土可保证2h内扩展度无损失，可采用普通混凝土罐车运输。运输前罐车应将车内残留的其他品种混凝土清洗干净，并将车内积水排尽。因水胶比变化对自密实混凝土工作性能影响显著，接料、运输、卸料过程中严禁以任何形式向罐内加水。卸料前搅拌运输车应高速旋转1min以上方可卸料。混凝土的运输速度应保证施工的连续性。

混凝土泵的现场布置应符合下列规定：

（1）混凝土泵设置地，应满足场地平整、坚实，道路畅通，距离浇筑地点近，适于通行等要求。

（2）在混凝土泵的作业范围内，不得有阻碍物，同时应有防范高空坠物的设施。

4.7 高性能自密实混凝土浇筑

高性能自密实混凝土浇筑前由技术人员在现场测试其坍落度及扩展度，确保工作性能满足浇筑要求，同时应留置现场试件。

钢混结合部自密实混凝土属于大体积混凝土，混凝土的入模温度不宜超过30℃，不宜低于5℃。根据现场实际情况，采用料斗或地车泵的形式进行浇筑。浇筑后无需振捣，即可实现自密实，填充效果好。混凝土的泵送和浇筑过程应保持连续性，为利于气泡排出，适当放缓钢格室混凝土浇筑速度。自密实混凝土浇筑的最大水平流动距离不宜超过7m，最大倾落高度不宜大于9m，大于9m时，应采用串筒、溜槽、溜管等辅助装置进行浇筑。

4.8 高性能自密实混凝土养护

综合考虑自密实混凝土的性能、现场条件、构件特点、技术要求、施工操作等因素制定养护方案。由于混凝土浇入钢混结合部后几乎处于密封状态，基本不需要特殊养护，钢箱梁孔处外露的混凝土需采用常温保湿养护，浇筑完毕后应立即进行覆膜并用土工布覆盖，避免表层失水造成开裂，土工布应经常洒水，保持湿润。养护时间不得少于14d。

5.结语

结合自密实混凝土、纤维混凝土及高性能混凝土相关标准及文献，自主研发了100MPa级高性能自密实混凝土，工作性能及力学性能均满足设计要求，且28d龄期时收缩低于400με。100MPa级高性能自密实混凝土可解决钢混结合段混凝土难振捣、易收缩脱粘等难题，在钢混结合段的成功应用可为类似项目提供参考。