劉松，屠柳青，裴炳志，李順凱，查進(jìn)

（1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430071；2.荊岳長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)指揮部，湖北 監(jiān)利 433300）

1 引言

荊岳長(zhǎng)江公路大橋全長(zhǎng)約4.3 km，為主跨816m的雙塔混合梁斜拉橋。其中設(shè)于南邊跨的鋼-混結(jié)合段為本橋的關(guān)鍵部位，對(duì)大橋的安全、可靠性和耐久性非常重要。鋼-混結(jié)合段靠近主塔根部，受主跨傳來(lái)的軸力大，本工程采用了帶PBL鍵（開(kāi)孔板連接件）和剪力塊的前、后承壓板鋼格室方案，截面軸力和彎矩是通過(guò)鋼格室前后承壓板、PBL鍵以及鋼板與混凝土的摩擦力來(lái)傳遞，剪力和扭矩主要通過(guò)結(jié)合面端部的剪力塊傳遞。

為了有效地把鋼梁上的力傳遞到上、下翼緣板及腹板附近的連接部分，在結(jié)合部位制作了一段雙壁式的鋼箱結(jié)構(gòu)（帶剪力鍵的多格室結(jié)構(gòu)），并在其中灌注混凝土，依靠剪力鍵將鋼梁與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（P.C.）連為一個(gè)整體。此設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是剛度過(guò)渡比較均勻，應(yīng)力擴(kuò)散好，不需要設(shè)置過(guò)厚的承壓鋼板；缺點(diǎn)是構(gòu)造相對(duì)較復(fù)雜，對(duì)結(jié)合段鋼格室加工和混凝土的性能要求較高。其中填充混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高達(dá)C50，養(yǎng)護(hù)困難，易收縮開(kāi)裂。一旦澆筑不密實(shí)或收縮開(kāi)裂將會(huì)導(dǎo)致混凝土箱梁與鋼箱梁結(jié)合不緊密，從而不能滿足鋼混結(jié)合段及PBL剪力鍵的設(shè)計(jì)要求。

2 鋼混結(jié)合段混凝土配制要求

為了保障鋼-混結(jié)合段的密實(shí)澆筑，防止結(jié)合段混凝土在施工和使用階段脫粘與開(kāi)裂，該混凝土的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是：①采用大流態(tài)、易于灌注的自密實(shí)混凝土；②收縮小，利于鋼箱梁與混凝土箱梁的結(jié)合；③剛度大、韌性好、疲勞強(qiáng)度高，保證鋼箱梁與混凝土箱梁間的力學(xué)匹配。本研究通過(guò)采用高效聚羧酸外加劑以及優(yōu)質(zhì)粉煤灰來(lái)改善混凝土的工作性能，適量摻加膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮，同時(shí)利用纖維來(lái)改進(jìn)混凝土的彈性模量和力學(xué)性能[1]。新拌混凝土的坍落度控制在（250±20）mm（目標(biāo)值≥230mm），坍落擴(kuò)展度為（650±50）mm（目標(biāo)值≥600mm），膠凝材料控制在490～550 kg/m3。

3 試驗(yàn)原材料及配合比

原材料包括：岳陽(yáng)華新低堿P.O42.5水泥；湖北漢川電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰；岳陽(yáng)臨湘5～20 mm碎石（表觀密度2 750 kg/m3）；岳陽(yáng)汨羅中砂（細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2 630 kg/m3）；瑞士Sika V3301C聚羧酸高效減水劑；某品牌的聚丙烯纖維和鋼纖維以及A，B，C 3種不同廠家的膨脹劑。采用表1中的配合比配制C50鋼混結(jié)合段混凝土。

表1 鋼-混結(jié)合段混凝土試拌配合比

4 新拌混凝土工作性能

針對(duì)鋼混結(jié)合段鋼格室多，鋼筋密集的特點(diǎn)，采用坍落度筒外加M10鋼筋圍成直徑300mm的圓環(huán)測(cè)試坍落度、擴(kuò)展度。圓環(huán)外徑330mm，內(nèi)徑270mm，四周分布17根φ10的鋼筋，鋼筋間距40mm（圖1）。在測(cè)試混凝土坍落度、擴(kuò)展度的同時(shí)，測(cè)試混凝土的中心和邊緣四等分點(diǎn)處混凝土的高度差的均值ΔH1（無(wú)J型環(huán)時(shí)）或ΔH2（有J型環(huán)時(shí)），該值可較好地反映混凝土的流動(dòng)性和抗離析性能。其中表2為采用J環(huán)測(cè)試新拌混凝土工作性能結(jié)果。

圖1 鋼纖維混凝土環(huán)試驗(yàn)

表2 混凝土拌和物J環(huán)試驗(yàn)結(jié)果 mm

除施工性能外，混凝土的均質(zhì)性也是作為評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。對(duì)于大坍落度混凝土，由于選材和工藝的不恰當(dāng)，往往容易造成混凝土的離析。從表2可以看出，無(wú)論是聚丙烯纖維還是鋼纖維，對(duì)混凝土的工作性能都有一定的影響，鋼纖維影響較聚丙烯纖維大，粉煤灰的摻入改善了混凝土流動(dòng)性，改善的效果與粉煤灰的摻量有關(guān)系[2]。結(jié)合鋼混結(jié)合段混凝土的配制要求，以及試驗(yàn)室試拌情況看，編號(hào)為G-1，G-4，G-8，G-9混凝土的均質(zhì)性以及鋼筋的穿越能力較好。

5 力學(xué)性能

初步選擇了4組混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鋼-混結(jié)合段混凝土配合比抗壓強(qiáng)度及彈性模量

從表3的強(qiáng)度結(jié)果來(lái)看，4組混凝土的7 d強(qiáng)度皆超過(guò)50MPa，28 d強(qiáng)度均超過(guò)60MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；4種配比混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)速率較快，后期強(qiáng)度增加緩慢，其中摻入的膨脹劑粉末，由于取代了部分水泥，混凝土早期強(qiáng)度相對(duì)有所降低，但影響不大；鋼纖維的摻入能夠提高混凝土的強(qiáng)度，特別是混凝土的28 d強(qiáng)度，這是由于后期水泥基體的強(qiáng)度增長(zhǎng)，膠凝體與纖維的粘結(jié)強(qiáng)度提高了；與基準(zhǔn)混凝土相比，鋼纖維的摻入提高了混凝土的彈性模量，聚丙烯纖維混凝土的彈性模量有所降低，但相差不大。

6 體積穩(wěn)定性

鋼混結(jié)合段混凝土的體積穩(wěn)定性是保證鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)整體性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，圖2為4種不同配合比混凝土的干縮試驗(yàn)結(jié)果。從圖2可以看出：鋼-混結(jié)合段混凝土干縮率在14 d內(nèi)增長(zhǎng)迅速，此后隨著齡期的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率逐漸降低，180 d齡期時(shí)混凝土干縮率仍有一定的增長(zhǎng)。與基準(zhǔn)混凝土（G-1）相比，微膨脹聚丙烯纖維混凝土（G-4）、微膨脹混凝土（G-8）、鋼纖維混凝土（G-9），各齡期干縮值均減小，180 d干縮值分別降低了22.6%、6.7%、8.4%，微膨脹聚丙烯纖維混凝土（G-4）降低混凝土自收縮作用效果尤為明顯。這說(shuō)明聚丙烯纖維可以有效地提高自密實(shí)混凝土抵抗收縮變形和開(kāi)裂的能力，從而抑制自密實(shí)混凝土的收縮變形。這主要是由于聚丙烯纖維的彈性模量較低，其斷裂伸長(zhǎng)率大于混凝土斷裂伸長(zhǎng)率，有利于提高混凝土的延性，改善混凝土的變形性能；另一方面收縮的能量被分散到每立方米數(shù)千萬(wàn)條具有高抗拉強(qiáng)度、低彈模的纖維單絲上，從而有效地增加了混凝土的韌性，抑制了混凝土微細(xì)裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展[3]。

圖2 4種不同配比混凝土的干縮對(duì)比

為了驗(yàn)證混凝土在實(shí)際工況下的性能，荊岳長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)指揮部在現(xiàn)場(chǎng)澆筑1∶0.5的鋼混結(jié)合段模型，課題組通過(guò)試驗(yàn)研究，從工作性能、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能等方面考慮采用G-4配合比澆筑鋼隔室。從現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)來(lái)看，混凝土澆筑情況良好（如圖3所示），能夠有效的保證鋼混結(jié)合段的整體性。

圖3 鋼混結(jié)合段模型混凝土澆筑

7 結(jié)語(yǔ)

（1）采用J環(huán)試驗(yàn)?zāi)M多筋的施工環(huán)境，能夠更好地評(píng)價(jià)混凝土在實(shí)際工況下的施工性能。

（2）采用膨脹劑和聚丙烯纖維能改善混凝土的收縮和韌性。試驗(yàn)結(jié)果顯示G-4配合比力學(xué)性能滿足要求，干縮率最低。

（3）從現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)來(lái)看，G-4配合比混凝土填充效果良好，有利于指導(dǎo)實(shí)際施工。

（4）G-4混凝土配合比在荊岳長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)中得到了應(yīng)用。

[1] 李順凱，等.金塘大橋預(yù)制箱梁海工混凝土配制及性能研究[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2008，（2）：38-40.

[2] 劉松，等.大摻量粉煤灰混凝土在荊岳長(zhǎng)江公路大橋承臺(tái)中的應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2009，（1）：41-43.

[3] 李紅君，等.聚丙烯纖維混凝土早期開(kāi)裂敏感性的研究[J].國(guó)外建材科技，2009，（1）：41-44.