五峰汉阳河特大桥为主跨171m的上承式钢管混凝土拱桥。C50自密实微膨胀钢管混凝土的性能对拱桥的施工质量非常重要,为保证山区复杂条件下钢管混凝土的顺利施工,通过调整减水剂性能及膨胀剂掺量,对混凝土配合比进行设计及优化,最终获得了性能优良的配合比,为钢管混凝土的顺利灌注提供了有力保障。

针对工程现场自密实混凝土生产时工作性能降低的问题,通过坍落扩展度、混凝土搅拌等试验探讨分析了环境温度、搅拌时间、外加剂以及原材料堆放对自密实混凝土的影响。综合考察影响因素后,通过现场配制对不满足要求的自密实混凝土提出了配比调整方案,并对自密实混凝土质量控制提出了措施。研究结果表明,温度越高自密实混凝土坍落扩展度损失越快,掺入适量的缓凝剂可以阻止坍损;搅拌时间存在一临界值,需根据现场实际情况作具体调整;自密实混凝土拌合物出现离析泌水现象时,应优先调整高效减水剂的用量;露天堆放会导致砂石含水率和含泥量发生变化,从而影响混凝土拌合物的流动性能,应实行封闭式材料管理。

以C30自密实混凝土为研究对象,研究了单掺和复掺不同类型的减水剂、粉煤灰掺量和砂率对自密实混凝土工作性能和抗压强度的影响,并获得了C30自密实混凝土的最佳配合比。结果表明,高效型聚羧酸减水剂与保坍型聚羧酸减水剂复掺总量0.7%,质量比在3:7时,混凝土的工作性能满足一级性能指标要求,且1h扩展度损失仅为70mm。粉煤灰的掺加能有效改善自密实混凝土的流动性,掺量30%时相比10%,扩展度由590mm提高到690mm,扩展时间T50由14.3s降低至8.4s,且28d抗压强度较空白样仅降低15%。砂率在52%时流动性最好,扩展度为710mm,T50为6.1s,且对抗压强度的影响较低。

通过调整胶凝材料用量、掺入复合矿物掺合料、高效减水剂、膨胀剂、保水剂等试验,优化配合比,研发出适应于高温环境具有超长流淌距离的自密实混凝土,成功应用于西安绕城高速加固项目,不仅满足浇注的技术要求,还大大加快了施工进度,确保了工程质量,具有较好的社会和经济效益。

采用玻璃平板试验、净浆流动度和自密实混凝土工作性等方法对开发的外加剂进行稳定性评价,优选出高稳定性的外加剂,并研究了不同胶材用量、含气量下自密实混凝土的工作性能和力学性能的变化规律,得出最佳配合比。结果表明,玻璃平板试验可以用来评价外加剂的稳定性,从而选出性能最优的高稳定性外加剂;推荐高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土配合比为总胶材510 kg/m^3,用水173 kg/m^3和含气量在(6±1)%时可以同时满足工作性能、力学性能和板面的质量要求。

通过J环障碍高差试验、充填比试验、扩展度试验、扩展速度试验等方法,研究了不同配比的粉煤灰-矿粉胶凝体系对CRTSⅢ型板自密实混凝土流动性、间隙通过性、填充性以及力学性能的影响。同时,通过粉煤灰-矿粉不同配比胶凝体系的水泥净浆黏度试验,进一步探索了粉煤灰-矿粉胶凝体系对CRTSⅢ型板自密实混凝土工作性的影响机理。结果表明,胶凝体系掺量不宜超过胶凝材料总量的40%;粉煤灰-矿粉复掺时,当复掺比例为25%∶15%和20%∶10%,混凝土综合性能较好;矿粉及粉煤灰掺量增加可提高混凝土黏度,降低扩展度,但由于粉煤灰的粒径较小可充分发挥填充效应和滚珠效应,能够达到减水和增加流动性的作用,研究结果可为高性能CRTSⅢ型板自密实混凝土的配制提供参考。

研究了粉煤灰掺量、粗骨料孔隙率、砂率、外加剂等因素对低强度等级自密实混凝土工作性能的影响规律。结果表明:适当降低水泥用量,增加粉煤灰掺量及总胶材用量,可有效改善自密实混凝土的工作性能;当大、小石子比例为7:3时,骨料的孔隙率最低,混凝土的工作性能最好;使用细砂可明显提高混凝土的黏聚性,研究发现细砂的砂率为48%时,混凝土的工作性能最好;合理使用具有黏度改性型外加剂可使混凝土在较大流动度的状态下不出现离析、泌水现象。

研究了粗骨料间距系数对自密实混凝土流变性能的影响。试验结果表明,在粗骨料最大粒径为16mm、砂子与砂浆体积比为0.43、水胶比为0.38情况下,粗骨料间距系数对自密实混凝土拌合物坍落扩展度和V型漏斗流出时间有显著影响。粗骨料间距系数越大,坍落扩展度越大,V型漏斗流出时间越小。本文试验条件下,自密实混凝土粗骨料间距系数取值范围为1.31~1.58较为合适,既可以保证拌合物具有优良的流变性能,又可以保证混凝土的稳定性。本文试验中,粗骨料间距系数对抗压强度影响不大。

为实现机制砂自密实混凝土在钢管拱中获得良好的应用,研究了机制砂自密实混凝土的最佳配合比,进行了现场模拟试验,并提出了施工技术要点。试验制备出初始坍落度大于270 mm、坍落扩展度大于700 mm、倒坍落度筒流出时间小于5 s、6 h内工作性基本无损失、具有一定补偿收缩性能的钢管拱机制砂自密实混凝土。现场模拟试验验证了机制砂自密实混凝土可以无死角填充有机玻璃管。此外,经良好的现场施工组织与控制、浇筑过程监控,使得钢管拱机制砂自密实混凝土在工程中成功应用。

Y型巨柱斜撑高位转换结构是一种较为复杂的钢管混凝土结构体系,基于此类结构内部带有多层加劲肋板的封闭钢管混凝土结构具有操作空间狭小,浇筑工艺困难、内部空气难以排除、混凝土成型质量不易控制的特点。本文结合西宁某工程实践,提出了一种Y型巨柱斜撑高位转换体系中高位封闭斜撑钢管自密实混凝土的泵送顶升施工技术。