自密实混凝土在钢混结合段中的应用

【摘 要】钢混结合段是结构特性和材料特性的突变点，因而成为混合梁桥施工的关键部位。鄂东长江公路大桥是一座主跨926m的混合梁斜拉桥，在其施工过程中，通过混凝土配合比的优化设计及现场浇筑工艺试验，将自密实混凝土成功应用于主梁钢混结合段。

【关键词】自密实混凝土；钢混结合段；配合比设计；工艺试验

引言

自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，SCC）指混凝土拌合物主要靠自重、不需要振捣即可充满模板和包裹钢筋，属于高性能混凝土的一种。该混凝土具有高流动性、良好的施工性能和稳定性，混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性。此外应用自密实混凝土还有许多优点，如：加快施工速度、节省劳动力、提高混凝土质量、减少噪音污染、降低综合造价等。由于自密实混凝土的许多优点，世界上许多国家相继进行了研究和应用。日本于1983年研制开发了自密实混凝土，并在明石海峡大桥工程中大量应用；德国预制行业应用自密实混凝土可降低造价3.5%~6.8%，并颁布了自密实混凝土技术规范；丹麦在地铁和隧道中都应用了自密实混凝土。

1 工程概况

湖北鄂东长江公路大桥是国家“十一五”重点交通建设项目，其主桥为桥跨布置（3×67.5+72.5+926+72.5+3×67.5）m的双塔双索面半漂浮体系混合梁斜拉桥，跨径位居同类型桥梁世界第二。主梁中跨采用PK断面钢箱梁，边跨采用与中跨同断面外形的混凝土箱梁，钢混结合段设在中跨侧距索塔中心线12.5m处，设计为有格室的后承压板结构，该构造形式在国内混合梁斜拉桥中尚属首次应用。结合段单个格室长2m、宽1.2m、高0.8m，格室顶、底板布置有Φ22×140剪力钉，腹板上设有PBL键，格室内填充混凝土，纵向通过钢筋和预应力钢束与混凝土箱梁连接。钢混结合段结构如图1、图2所示。

图2 主梁钢混结合段纵断面图

钢混结合段靠近桥塔根部，受主跨传来的最大轴力达25000tf以上，轴力通过钢格室承压板及PBL键传递至格室内的混凝土，再由混凝土扩散、过渡至混凝土箱梁。因此，混凝土在钢格室内的浇筑质量直接影响结构受力。但钢格室内钢筋、预应力管道、PBL键和剪力钉分布密集，浇筑空间狭窄，且混凝土只能通过格室顶板上的浇筑孔进入，再加上PBL剪力键要求混凝土与其紧密包裹。因此，钢混结合段混凝土要求具有优良的施工性能，以保证密实浇筑和良好的穿越开孔的性能，为此采用自密实混凝土。

2 自密实混凝土配合比设计

2.1 设计要求

混凝土的自密实性能等级为Ⅱ级，目标坍落度250±20mm，坍落度损失1h不超过20mm，抗离析性好，坍落扩展度650±50mm，T50为3~15s；强度等级C55，28d抗压强度不低于70MPa，弹模≥4.0×104MPa；氯离子扩

初始坍落度均在230mm以上，扩展度均在600mm以上，满足Ⅱ级自密实混凝土的设计要求。60min后坍落度保持在220mm以上，损失值仅为10mm，表明两种混凝土拌和物的流动性好，间隙通过能力强，易密实浇筑。相比而言，微膨胀聚丙烯纤维混凝土拌合物较粘稠，流动较慢，T50时间较长。

从表2力学性来看：两种混凝土的28d抗压强度均超过了70MPa配制强度的要求；GH-1的劈拉强度与弹性模量较GH-2高，说明钢纤维混凝土更有利于提高钢混结合段的抗开裂能力与刚度。

混凝土弯曲韧性试验采用Instron1346伺服式试验机，参考ASTM C1018方法进行。从表3看出：钢纤维对混凝土的阻裂效应明显优于聚丙烯纤维。聚丙烯纤维混凝土弯曲韧性指数增长幅度很小，说明聚丙烯纤维的增韧效果不明显；GH-1的三个弯曲韧性指数较GH-2分别提高了88%、119%、136%，表明钢纤维的增韧效果十分显著，更有利于提高钢混结合段的抗冲击能力。

3 混凝土配合比优选

在综合比较混凝土工作性、物理力学性能的基础上，通过钢格室混凝土浇筑工艺试验研究，进一步检验混凝土的性能，并为确定混凝土配合比提供依据。

在工艺试验中，未发现混凝土拌合物泌水、离析、纤维结团等现象，混凝土不经振捣，在一个钢格室布料时，能顺利的流到另外两个格室内，混凝土粘聚性好。两种混凝土在试验时的工作性和力学性能见表4，钢纤维混凝土各项指标优于聚丙烯纤维混凝土。

第一组模型（非振捣成型）养护14d后，将钢格室顶板拆卸，发现混凝土顶面平整，没有不密实、脱粘等现象，但气孔较多，经分析是因为受顶板覆盖且排气孔数量较少，混凝土中的气体积聚在顶面不能顺利排出，正式施工前，设计单位根据试验结果对钢格室顶板结构进一步完善，增设并重新布置了排气孔。

第一组模型继续养护满28d后，用切割机沿隔板方向将模型切开，经检查，混凝土在钢格室内填充密实，未发现蜂窝、麻面、空洞、收缩裂纹等缺陷，钢与混凝土结合紧密，PBL键被混凝土充分包裹，表明混凝土工作性良好，达到预期目的。

从混凝土配合比设计和浇筑工艺试验结果分析，虽然两种混凝土均能满足设计和施工要求，但钢纤维混凝土具有更优良的自密实填充性能与更高的力学性能，更能保证钢混结合段在施工和运行阶段的抗裂性与抗冲击韧性，提高钢箱梁与混凝土箱梁的协同工

[1] 高鹤，李北星，崔巩，查进. C55钢纤维自密实混凝土的配合比设计与试验研究.混凝土，2008.9

[2] 张国志，刘秉京，徐长生，屠柳青，雷宇芳. 自密实混凝土在桥梁工程中的应用.中国港湾建设，2004.2

[3] 李克亮，陈健，祝烨然，黄国平.自密实混凝土在润扬长江公路大桥中的应用.混凝土，2005.1

[4] 李北星. 超大跨径混合梁斜拉桥PC宽箱梁及钢混结合段高性能砼防裂技术与耐久性研究报告. 2007.11

作者简介

杨军，男，湖北宜昌人 1992年毕业于西安公路学院，一级注册建筑师，注册造价工程师，长期从事公路桥梁工程设计及建设管理工作。