高旭
公司名称中铁六局集团北京铁路建设有限公司
摘要：
随着结构工程的多样性及大跨化发展，以及各地域严酷使用环境对混凝土的要求越来越高，建设工程对各种特殊性能混凝土的使用要求日益提高。钢纤维混凝土、自密实混凝土及高强混凝土已经有成熟的施工工艺及相关规范标准，但是结合三种混凝土优点的自密实钢纤维高强度混凝土的研究尚未完善，目前应用较少，缺乏相关规范及标准。本工程结合工程实际，通过质量法设计高强自密实钢纤维混凝土基准配合比，通过调节水胶比、砂率及钢纤维掺量等材料参数，制备出兼具微膨胀低收缩性能的CF55自密实钢纤维混凝土，具有良好的施工性能及力学性能。
关键词：钢隔室 自密实钢纤维混凝土 微膨胀 配合比设计
1 工程概况
延崇高速公路上跨大秦铁路及京新高速采用（52+140+49）m 钢－混混合连续梁，梁体采用支架现浇，双侧主墩整幅转体施工。本桥结合段实际长度为5.75m，结合面往钢梁侧采用变刚度钢箱结构，长度为3.75m，结合面往混凝土侧采用钢隔室钢混组合结构，长为2.0m。顶板底板钢隔室厚均为0.8m，腹板采用开孔板，边腹板厚为0.8m，中腹板厚1.2m，钢隔室腹板上和腹板剪力板上开有60mm圆孔并穿过直径20mm的HRB400钢筋，与进入该圆孔的混凝土包裹在一起形成PBL剪力键。由于钢格室空间狭小，钢筋密度大，混凝土浇筑施工困难，难以振捣等因素，设计要求采用自密实钢纤维混凝土进行施工浇筑。
2基准配合比设计
2.1配合比设计计算
配合比设计计算书(依据JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》)：
1、试配强度：fcu.o=fcu.k+1.645δ=55+1.645×6.0=64.9MPa
2、确定水胶比：（1）γf取值：粉煤灰掺量：10% 取值为：0.85
（2）γs取值：矿粉掺量：18%取值为：1.00
（3）水泥28天实测胶砂强度fce=52.6MPa
（4）本配合比粗骨料选用 碎石（10-20mm）、细石（5-10mm）
（5）W/B=αa×fb/(fcu,0+αa×αb×fb)=0.320
依据经验水胶比为：0.30
3、混凝土减水剂经试验减水率为：28%
4、混凝土单方基准用水量：mwo=m′wo×(1-β)=[215+（160-90）/20*5）]/（1-28%）=167 kg/m3
依据经验mwo取值为：165kg/m3
5、混凝土单方胶材总用量：mbo= mwo/W/B=165/0.3=550 kg/m3
6、减水剂掺量βa：
单方减水剂用量：mao=mbo×βa= 16.5 kg/m3
7、膨胀剂掺量为：8% meo=mbo×βe= 44 kg/m3
8、粉煤灰用量mfo： =mbo×βf×（1-βe）= 51 kg/m3
9、矿粉用量mko： =mbo×βk×（1-βe）= 91 kg/m3
10、单方水泥用量mco：= mbo-mfo-mko-meo=550-51-91-44= 364kg/m3
11、钢纤维推荐用量： 30 kg/m3
12、本配合比采用质量法计算，每立方混凝土拌合物假定质量mcp：2400 kg/m3
13、根据砂石料级配及细度模数确定砂率为：βs= 46 %
14、单方砂用量为：mso = (mcp-mwo-mco-mko-mfo）×βs=（2400-165-364-91-51）×46 %= 795 kg/m3
15、单方石用量为：mgo = (mcp-mwo-mco-mko-mfo）×（1-βs）=（2400-165-364-91-51）×（1-46 %）= 934 kg/m3
16、本碎石采用单粒级10-20mm和5-10mm二级配，比例为 80%：20%
则10-20mm碎石为 747 kg/m35-10mm细石为 187 kg/m3
水胶比 砂率 水 水泥 砂 碎石 细石 粉煤灰 矿粉 减水剂 膨胀剂 钢纤维
0.30 46% 165 364 795 747 187 51 91 16.5 44 30
2.2基准配合比为： 单位kg/m3
2.3基准配合调整：
依据基准配合比水胶比上下调整：0.05，砂率加减：1%，上调水胶比及砂率为：0.35/47%，下调水胶比及砂率为：0.25/46%。经过重复2.1-2.15步，计算得出试配配合比。
2.4试配混凝土强度对比：
依据(GB/T 50107-2010)《混凝土强度评定标准》中之规定，在钢纤维混凝配合比设计中，每个配比取样3组，共制作混凝土试件9组,在温度20+2℃,湿度大于95%的条件下标准养生3天、7天、28天，混凝土强度数据满足要求。
2.5 根据试配结果，依据水胶比与强度关系配合比确定施工配合比如下：
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3.1混凝土由拌合站集中拌制，钢纤维混凝土拌合时间不少120s，为减少混凝土坍损，尽量减少混凝土运输及浇筑等待时间。
3.2混凝土通过汽车泵泵送浇筑，软管分层布料。钢隔室内混凝土通过浇筑孔下料， 混凝土高差控制在30cm左右，使剪力键内混凝土气泡顺利排出。
3.3为使钢隔室混凝土密实，在相邻箱梁顶板混凝土上设置10cm×10cm方木作挡板，超出部分混凝土，对钢隔室内混凝土形成反压直到混凝土从排气孔、压浆空溢出，初凝之前将多余混凝土清除。
3.4混凝土浇筑完毕后，表面覆盖塑料薄膜，混凝土硬化后，覆盖土工布洒水养护，养护时间不少于14d。
4 结束语：
刚混结合段受力复杂，混凝土浇筑空间狭小，钢隔室结构复杂，内含加劲板、PBL剪力键、剪力钉、钢筋及预应力管道，该配比通过施工验证，具有良好施工性能，表明该混凝土具有优异的自密实及微膨胀性能，对PBL键的包裹性良好，满足施工要求。减少了人工振捣和机械设备的投入，并且缩短了钢混结合的过渡长度节约了材料，提高了经济效益。自密实钢纤维混凝土国家目前还没有出台相关标准及规范，通过此次施工经验，为以后同类工程施工提供了借鉴。
参考文献：JCJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》
JGJT 221-2010 《纤维混凝土应用技术规程》
JGT 472-2015《钢纤维混凝土》
GB/T 50107-2010《混凝土强度评定标准》
JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》
GB 8076-2008《混凝土外加剂》
GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》
GB/T176《水泥化学分析方法》
JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》