C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土試驗(yàn)研究及應(yīng)用

何強(qiáng)

（中國水利水電第四工程局有限公司勘測設(shè)計(jì)研究院，西寧810000）

1 引言

鋼管混凝土是“鋼管套箍混凝土”（STCC）的簡稱，它是將混凝土填入圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料，是套箍混凝土的一種特殊形式[1]。然而，鋼管混凝土在施工過程中，經(jīng)常面臨著振搗困難或者無法振搗的情況。同時(shí)，由于混凝土的收縮，易在鋼管內(nèi)壁與內(nèi)核混凝土之間形成縫隙，影響鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的整體性，從而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)工程的承載能力及使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，考慮采用自密實(shí)無收縮鋼管混凝土進(jìn)行施工，既解決了振搗不便的問題，又解決了混凝土收縮的影響，無疑對(duì)工程施工質(zhì)量及使用壽命具有重要的作用和意義。

2 工程概況

武漢地鐵11號(hào)線是連接蔡甸、四新城市副中心，溝通西部和東南2大城市群，引導(dǎo)城市東西新城組群發(fā)展、支撐城市副中心建設(shè)的交通主體線路。本次C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)車站為地下3層島式車站，與規(guī)劃遠(yuǎn)期某條地鐵線形成換乘，該車站采用明挖順做法進(jìn)行施工，車站主體結(jié)構(gòu)采用3層鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)（局部4層），第3層南側(cè)有一段地下綜合管廊與車站合建。主體結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度約2.2～3.2m，底板埋深約25.73～28.33m。其鋼管混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)參如表1所示。

表1 鋼管混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

3 混凝土原材料選擇

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其28d抗壓強(qiáng)度為49.8MPa，抗折強(qiáng)度為9.7MPa，密度為 3.06g/cm3，檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)要求；摻合料①采用F類I級(jí)粉煤灰，其密度為2.24g/cm3，檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)要求；摻合料②采用S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉，其密度為2.74g/cm3,檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》標(biāo)準(zhǔn)要求；外加劑采用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率為28.6%，檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)要求；細(xì)骨料采用天然河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.8，表觀密度為2.69g/cm3,檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB/T 14684—2011《建筑用砂》標(biāo)準(zhǔn)要求；粗骨料采用5～20mm連續(xù)級(jí)配人工碎石，表觀密度為2.81g/cm3,檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》標(biāo)準(zhǔn)要求；膨脹劑采用硫鋁酸鈣-氧化鈣類（AC類）I型混凝土膨脹劑，其密度為2.76g/cm3，檢測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本要求是新拌混凝土必須滿足自密實(shí)混凝土工作性評(píng)價(jià)指標(biāo)要求，硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性必須滿足工程設(shè)計(jì)要求，確保自密實(shí)混凝土工程施工質(zhì)量且達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理。然而為了獲得高流動(dòng)性，在自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)上常常存在一些誤區(qū)，如不恰當(dāng)?shù)卦黾佑盟?、膠凝材料總量或者采用過大的砂率等，導(dǎo)致混凝土在新拌階段缺乏穩(wěn)定性，嚴(yán)重離析、泌水；在硬化后均勻性差，容重低于正常混凝土，彈性模量低，體積穩(wěn)定性不好等等。因此，在自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)所應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)、施工工藝、環(huán)境因素對(duì)自密實(shí)混凝土的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在綜合考慮混凝土自密實(shí)性能、強(qiáng)度、耐久性以及其他必要的性能要求基礎(chǔ)上提出初始配合比，經(jīng)試驗(yàn)室試配調(diào)整得出滿足工作性要求的基準(zhǔn)配合比，并進(jìn)一步經(jīng)強(qiáng)度、耐久性復(fù)合得到生產(chǎn)配合比[2]。

根據(jù)JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土的配制強(qiáng)度為69.0MPa，取單方混凝土中粗骨料絕對(duì)體積用量分別為0.30m3、0.32m3和0.34m3,砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)分別為0.42、0.44和0.45，分別進(jìn)行計(jì)算、試配及驗(yàn)證，其配合比設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示，混凝土性能檢測結(jié)果如表3所示。指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并在本工程中得到了成功應(yīng)用。

表2 C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土性能檢測結(jié)果

通過表3混凝土性能檢測結(jié)果可以看出：編號(hào)G3、G5、G7的配合比各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工工藝要求。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場施工情況及經(jīng)濟(jì)合力的原則綜合考慮分析，最終選定編號(hào)G5的配合比為C60自密實(shí)無收縮鋼管混凝土推薦基準(zhǔn)配合比。后經(jīng)拌合站實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，其新拌混凝土填充性、間隙通過性、抗離析性以及硬化混凝土的力學(xué)、耐久等各項(xiàng)性能

5 結(jié)語

通過以上分析可知：（1）新拌混凝土的工作穩(wěn)定性是自密實(shí)混凝土在鋼管混凝土中成功應(yīng)用的前提。粗骨料的級(jí)配和粒形對(duì)新拌自密實(shí)混凝土的工作性有決定性作用。（2）自密實(shí)混凝土宜采用通過增加膠凝材料的方法適當(dāng)增加漿體體積，或通過添加外加劑的方法來改善漿體的粘聚性和流動(dòng)性[3]。但是，如不恰當(dāng)?shù)卦黾佑盟?、膠凝材料總量或者采用過大的砂率等，會(huì)導(dǎo)致混凝土在新拌階段缺乏穩(wěn)定性，嚴(yán)重離析、泌水；在硬化后均勻性差，容重低于正?；炷?，彈性模量低，體積穩(wěn)定性不好等。（3）合理選用自密實(shí)混凝土的原材料，可以配制出各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求的自密實(shí)混凝土。鋼管自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取摻加膨脹劑等減少收縮的措施。