钢管内混凝土一般采用自密实补偿收缩混凝土,强度等级一般为C30~C120,其性能主要包括力学性能、工作性能、体积稳定性能和耐久性能。钢管内混凝土受外围钢管包裹,抗裂性能、抗冻性能、抗渗性能、抗碱骨料反应等耐久性能较好,劣化速度慢、使用周期长。钢管内混凝土的力学性能应满足设计要求,钢管内混凝土密闭环境下自由膨胀率应控制在2×10 -4 ~6×10 -4 ,其稳定收敛期应小于60 d。钢管内混凝土的工作性能是施工质量保证的重要指标,各项指标应满足表1-1要求。
表1-1 自密实补偿收缩混凝土工作性能
为了实现钢管内混凝土各项性能需要,四川省公路规划勘察设计研究院的工程师根据工程实践,提出了基于额定粉体材料用量的密实骨架堆积理论,开展混凝土集料组成的调控设计;提出了基于外加剂合成技术的复配多功能外加剂调控技术。
外加剂选择应掺加高效缓凝减水剂和膨胀剂。选用的高效减水剂应具有保塑、缓凝的功能,减水率应大于25%,且制备的混凝土拌和物含气量应小于2.5%。选用的膨胀剂应对混凝土工作性能影响小、膨胀性能稳定,水中限制膨胀率7 d大于0.05%、空气中(温度20℃±2℃,相对湿度60%±5%)限制膨胀率21 d大于0%。
自密实补偿收缩混凝土工作性能的评价指标,应根据《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T 283—2012)的性能测试方法,采用坍落扩展度法测试流动性能,采用V形漏斗法测试黏稠性和抗离析性,采用U形箱法测试自填充性。测试的混凝土工作性能指标应符合规程规定。
试验研究表明,钢管内混凝土在密闭环境下的膨胀率在60 d内稳定收敛,有利于施工控制和桥梁结构的稳定。当密闭环境下钢管内混凝土自由膨胀率在2×10 -4 ~6×10 -4 ,含气量小于2.5%时,钢管内混凝土容易密实。如果密闭环境下混凝土中膨胀剂掺量高,自由膨胀率过大,会影响混凝土的工作性能、力学性能和结构稳定性能。
主管内混凝土一般采用泵送顶升灌注,依靠混凝土的自重而密实,因此,混凝土应具有良好的自密实性能。如果初始坍落度小于20 cm、扩展度小于50 cm、 T 50 大于20 s、V形漏斗通过时间大于25 s、U形箱填充高度小于30 cm,则混凝土的工作性能不能满足自密实性能要求;混凝土坍落度大于26 cm、扩展度大于65 cm、 T 50 小于5 s、V形漏斗通过时间小于10 s,则混凝土黏聚性不良,容易因离析而堵管或分层,影响钢管混凝土均匀性。工程实践表明,如果泵送顶升灌注6 h内完成,则宜控制3 h坍落度不小于18 cm,扩展度不小于40 cm,初凝时间12~18h,终凝时间14~20 h;如果泵送顶升灌注10 h内完成,则3 h坍落度应无损失,宜控制5 h坍落度宜不小于18 cm,扩展度不小于40 cm,初凝时间16~22 h,终凝时间18~24 h。在泵送压力作用下,混凝土中气体会部分逸出,积聚在钢管和混凝土之间形成气膜,造成钢管和混凝土脱黏,所以应对减水剂含气量做出要求。
根据钢管混凝土桥梁建设条件,混凝土输送和灌注,可以选用泵送顶升灌注施工、直接抛落灌注施工和梭槽溜滑输送灌注施工等工艺。不同的施工工艺、不同的灌注时间、不同的环境温度等建设条件,对混凝土工作性能应有不同的要求。因此,根据工程建设特点,开展自密实补偿收缩混凝土配合比调控设计、自密实补偿收缩混凝土输送工艺设计和自密实补偿收缩混凝土输送装备开发等内容,是钢管混凝土桥梁建造的重要课题和关键技术,特别是针对桥梁就地取材的砂石材料,制备高性能的钢管内混凝土,值得根据工程建设结构和材料特点开展专题研究。