鐵鋼砂混凝土在城市橋梁中的應(yīng)用

中鐵二十二局哈爾濱鐵路建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150001

摘要：伴隨著我國(guó)交通的高速發(fā)展，鐵鋼砂混凝土在城市橋梁中得到了更廣泛的應(yīng)用。本文通過鋼鐵砂混凝土在城市橋梁中的應(yīng)用，闡述鋼鐵砂混凝土的配比及施工中的要求、注意事項(xiàng)、步驟等積累了鋼鐵砂混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鐵鋼砂混凝土；橋梁；配合比；施工控制

引言

近些年來城市交通的發(fā)展速度非常迅猛，車流量急劇增加、車輛何在大，城市橋梁對(duì)結(jié)構(gòu)材料有了更高的要求。鐵鋼砂混凝土座位高強(qiáng)度、高耐久性材料在城市橋梁中得到了更廣泛的應(yīng)用，鐵鋼砂混凝土由水泥、鐵鋼砂、石子和水等組成。其中鐵鋼砂填充石子空隙，構(gòu)成混凝土的骨架，能減少水泥的硬化收縮，不僅具有較高的耐磨性、抗壓性、抗沖擊性，而且還具有防濕、耐酸堿腐蝕、抗高溫等性能。與普通混凝土相比是一種高密度、高強(qiáng)度、耐磨、耐沖擊的材料，應(yīng)用前景廣闊。

1 鐵鋼砂混凝土的配制

1.1 水泥

目前配制設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50以下的混凝土均使用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，若配制設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50以上的混凝土應(yīng)采用P.O 52.5水泥。

1.2 骨料

骨料采用鐵鋼石或鐵鋼砂，一般鐵鋼石粒徑為5～25mm、鐵鋼砂粒徑為0.5～5mm。

表1 鐵鋼砂化學(xué)組成

化學(xué)成分碳錳硅硫、磷

占有比例0.8%-1.2%0.35%-1.2%≥0.4%≤0.05%

表2 技術(shù)指標(biāo)

密度缺陷總量外來雜質(zhì)含水量

≥7.0g/cm3≤40%≤1%≤0.2%

1.3 外加劑及摻和料

鐵鋼砂混凝土應(yīng)采用“雙摻”或“多摻”活性超細(xì)摻和料的方法，宜采用高效減水劑、硅粉、粉煤灰等，以提高混凝土的流動(dòng)性和耐久性。特別注意所選用的外加劑要嚴(yán)格控制好氯離子含量防止產(chǎn)生銹蝕作用。

2 配合比設(shè)計(jì)

目前應(yīng)用的鐵鋼砂混凝土中鋼箱梁配重混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30～C50、橋梁防撞墩混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50～C80、耐磨層混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30～C50；根據(jù)鐵鋼砂混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度調(diào)配相應(yīng)的水膠比，強(qiáng)度越高水膠比越低。

由于鋼砂是機(jī)械砂級(jí)配沒有天然砂好，所以砂率的選擇不能按規(guī)范選擇，而是通過試驗(yàn)所確定，試驗(yàn)表明高強(qiáng)鋼砂混凝土的砂率應(yīng)控制在34%—38%范圍內(nèi)為最佳（作為配重用鐵鋼砂混凝土除外）。

摻加適量硅粉的鐵鋼砂混凝土粘性好，無離析、泌水現(xiàn)象，還可以大大提高其致密性及抗壓強(qiáng)度。

由于高強(qiáng)鐵鋼砂混凝土中膠凝材料的用量較大，因此會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮增大，配制時(shí)必須充分考慮從其收縮性，所以粉煤灰與膨脹劑須搭配使用；通過粉煤灰提高混凝土的和易性、提高混凝土強(qiáng)度，更可以起到降低混凝土中的水化熱的作用，提高混凝土的后期強(qiáng)度。

在鐵鋼砂混凝土的配制過程中，隨著單位重量的增加，鐵鋼砂的參量不斷增多，混凝土中普通砂子的參量不斷減少；當(dāng)鐵鋼砂混凝土的單位重達(dá)到33KN/m3時(shí)，鐵鋼砂混凝土中不摻加普通砂子；再繼續(xù)提高鐵鋼砂混凝土的單位重，就需要將鐵鋼砂的參量繼續(xù)增加，減少級(jí)配碎石的參量。隨著鐵鋼砂混凝土單位重的增加，外加劑參量也隨之增加，以保證混凝土的各項(xiàng)性能。下表以C50鐵鋼砂混凝土的配制為例，分別列出32KN/m3、36KN/m3、43KN/m3單位重混凝土的配比。

不同單位重每立方米鐵鋼砂混凝土配比表

鐵鋼砂混凝土類型水泥P.O42.5（kg）鐵鋼砂（kg）砂子（kg）級(jí)配碎石（kg）水（L）粉煤灰（kg）外加劑（kg）

單位重32KN/m345015001509401507023.4

單位重36KN/m34502056—8801557024.1

單位重43KN/m34503205—4131707028.6

3 運(yùn)輸及澆筑

由于鐵鋼砂混凝土自重較大，應(yīng)盡量選擇與施工地點(diǎn)較近的位置拌合混凝土，盡量縮短運(yùn)距，以保證混凝土在運(yùn)輸過程中的和易性，降低混凝土的坍落度損失。鐵鋼砂混凝土按使用要求一般容重為普通混凝土的2倍或者更高，所以在混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸時(shí)要特別注意裝載混凝土的方量，保證運(yùn)輸安全。

鐵鋼砂混凝土的澆筑采用吊車配合吊斗澆筑或平面運(yùn)輸機(jī)械澆筑，由于鐵鋼砂混凝土自重大，單位重超過32KN/t不宜使用混凝土泵車和地泵。

鋼砂混凝土作為配重混凝土?xí)r，須嚴(yán)格控制混凝土澆筑部位及高度；施工前先計(jì)算好鋼梁頂端澆筑孔的位置，既避開應(yīng)力集中部位又要保證施工便捷。混凝土澆筑前清理梁內(nèi)雜物；施工時(shí)采用插入式振搗器振搗，不可以采用平板振搗器，振搗時(shí)確保振搗到位，特別是梁內(nèi)各邊緣處，保證混凝土與梁體之間無縫隙。

以哈爾濱市南三環(huán)學(xué)府立交橋?yàn)槔摌蛉h(huán)南線上跨學(xué)府路的全互通式立體交叉，立交形式為全互通半定向半苜蓿葉式立交，整個(gè)立交共三層；其中跨越學(xué)府路及三環(huán)正線均采用變截面連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑組合為40+60+40=140m，鋼箱梁總計(jì)6444t。由于鋼箱梁自重較輕，所以對(duì)于大跨度鋼箱梁保證其抗傾覆性尤為關(guān)鍵；該工程通車后交通量大，重型荷載汽車多，為保證結(jié)構(gòu)安全采用鐵鋼砂混凝土作為配重混凝土。以主線橋?yàn)槔?，在兩?cè)邊跨梁端及兩個(gè)中支點(diǎn)位置各灌注42m3鐵鋼砂混凝土，其單位重為43KN/m3；兩側(cè)邊跨梁端3.95m范圍內(nèi)澆筑，每個(gè)中支點(diǎn)兩側(cè)各1m范圍內(nèi)澆筑。施工中，鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后，檢查鋼箱梁位置是否處于允許范圍、鋼箱梁?jiǎn)卧獕K接縫焊接合格；當(dāng)鋼箱梁符合澆筑鐵鋼砂混凝土條件后，進(jìn)行鐵鋼砂混凝土的施工，施工中對(duì)端橫梁區(qū)域的每個(gè)內(nèi)箱頂板預(yù)留200mm*200mm的澆筑孔，澆筑完成后用鋼板封焊澆筑孔。該工程僅主線橋使用鐵鋼砂混凝土作為配重混凝土比使用普通混凝土作為配重混凝土可以減少混凝土方量133m3，減少混凝土對(duì)梁跨中產(chǎn)生彎矩1900KNM。

鐵鋼砂混凝土作為路面防滑層可以與環(huán)氧材料結(jié)合使用，也可以單獨(dú)作為路面結(jié)構(gòu)層使用，施工時(shí)先清理下層結(jié)構(gòu)，清理完成后打磨、刻紋、除塵，保證施工作業(yè)面整潔，確保結(jié)構(gòu)層之間結(jié)合密實(shí)。

4 結(jié)論

鐵鋼砂混凝土自重大，運(yùn)輸過程中宜產(chǎn)生混凝土離析，若高效減水劑摻料過高會(huì)造成混凝土坍落度損失過快，加劇混凝土離析，造成無法從混凝土運(yùn)輸車中流出，所以在混凝土拌制過程中要嚴(yán)格控制好外加劑摻量。

除配重用鐵鋼砂混凝土外，在配制高于C50強(qiáng)度的鐵鋼砂混凝土?xí)r，水膠比應(yīng)低于0.28為宜。

鐵鋼砂混凝土作為配重混凝土使用時(shí)，可以達(dá)到良好的配重效果，既防止了鋼梁自重過高影響其跨度，又保證了梁體的抗傾覆性能。鐵鋼砂混凝土單位重可以達(dá)到48KN/m3～55KN/m3，為普通混凝土單位重的2倍以上，而且鐵鋼砂混凝土分布在梁端及中支點(diǎn)位置，能夠大幅度減少普通混凝土作為配重混凝土所占用的梁內(nèi)空間，減少由于配重所到導(dǎo)致的梁體彎矩，保證梁內(nèi)箱體檢修的空間。

通過實(shí)際應(yīng)用表明鐵鋼砂混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、耐沖磨強(qiáng)度、摩擦系數(shù)等方面的技術(shù)指標(biāo)，都超過了鐵屑砂漿耐磨層，同時(shí)該鐵鋼砂能耐酸堿液腐蝕，而鐵屑則易發(fā)生腐銹脫落。

鐵鋼砂混凝土與普通混凝土相比具有高強(qiáng)度、高密度、高耐磨性等特點(diǎn)，在城市橋梁中應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王小岐，剛構(gòu)連續(xù)梁梁端配重鐵砂混凝土應(yīng)用[J]，四川建筑，2013，33（2）：197-199.

[2] 鄧長(zhǎng)軍，重混凝土配合比設(shè)計(jì)及其在城市橋梁中的應(yīng)用[J]，鐵道建筑，2015，3：24-26.

[3] 程棋鋒，橋梁防撞墩C80鐵鋼砂混凝土配合比試驗(yàn)研究[J]，商品混凝土，2009，9：49-50.

[4] 中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. JGJ 55—2011 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.