CN1233589C - 持续稳定膨胀的钢管混凝土及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢管混凝土及其施工工艺。持续稳定膨胀的钢管混凝土，其组分包括水、水泥、砂料、粉煤灰，其特征是：它还含有复合型高效减水保塑剂，水泥为硫铝酸盐水泥，各成份配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥500-550、粉煤灰50-55、水180-195、复合型高效减水保塑剂11-15，砂料的重量砂率为38%-42%；其中，复合型高效减水保塑剂由氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、硼酸、木质素磺酸钙组成，各成份所占复合型高效减水保塑剂总重量百分比为：氨基磺酸盐系高效减水剂32-38、萘系高效减水剂37-43、硼酸12-18、木质素磺酸钙7-13。本发明能有效精确控制其凝结时间与坍落度损失，可使钢管壁与其内部的混凝土结合紧密。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种钢管混凝土及其施工工艺。
背景技术
由于钢管混凝土结构具有承载能力大，经济效益显著，外形美观，便于施工和保证施工质量的特点，因此这种组合材料在现代建筑结构中得到越来越广泛的应用。钢管和钢管中的混凝土相结合，可以各自发挥所长，获取优良的力学性能和结构性能。但其前提条件之一是钢管壁与其内部的混凝土必须紧密结合，钢管对核心混凝土必须有一个紧箍作用力。为了达到这一目的，通常在硅酸盐水泥、粗细集料等混凝土组分中加入膨胀剂，使其在硅酸盐水泥水化体系中发生化学反应产生体积膨胀，形成一定的膨胀应力，从而使钢管与核心混凝土能够紧密结合。但这种工艺具有一些缺陷，例如：
1、硅酸盐水泥水化之后形成硅酸钙凝胶等物质，容易产生化学减缩和塑性收缩；从而导致膨胀应力降低，影响了膨胀剂膨胀效能的发挥；
2、膨胀剂需要在硅酸盐水泥水化体系中与水化产物发生化学反应才能产生膨胀，这一过程不易与混凝土的强度发展相一致。在混凝土强度较低时膨胀剂即发生膨胀无法形成较大的膨胀应力而使混凝土密实，并使核心混凝土与钢管之间形成紧箍力，此时的膨胀为无效膨胀；而在混凝土强度已经较高时膨胀才发生作用则易对混凝土本身造成破坏，此时的膨胀为有害膨胀，或者混凝土中水泥及其他矿物掺合料的水化过程已经消耗大量的水，形成了大量的水化产物，膨胀剂失去了发生反应所必需的条件和生成钙矾石等膨胀物所需的空间。
3、钢管混凝土结构中的混凝土大多为高强、高性能混凝土；大多掺有矿物掺合料、化学外加剂等物质，组分复杂，在现场施工中容易漏加、多加或错加某种组分；使用膨胀剂进行施工若发生上述现象则会影响混凝土与钢管之间的紧密结合，严重的甚至导致钢管混凝土结构物的破坏而造成重大事故；
4、在钢管混凝土结构特别是大跨度大管径钢管混凝土拱桥施工过程中，为了保持结构稳定，一般在浇注完一根钢管之后需要停工一段时间使浇注的混凝土达到设计强度80％以上具有一定的承载能力之后，才能继续进行下一根钢管的浇注施工，工期较长。
硫铝酸盐水泥具有自膨胀功能，而且其膨胀效能发挥时间较长，早期强度发展快，不会与活性集料发生碱集料反应等优点；而且利用硫铝酸盐水泥配制的混凝土其强度和膨胀率协调一致，膨胀发展规律好。自硫铝酸盐水泥问世以来得到了广泛的应用，但尚未应用到钢管混凝土结构之中。其主要原因是为了使钢管混凝土密实一般采用泵送顶升施工，由于硫铝酸盐水泥凝结时间短(初凝10-20分钟)，应用该水泥配制混凝土坍落度经时损失大，不能满足施工要求。
发明内容
针对上述钢管混凝土施工中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能有效控制其凝结时间与坍落度损失、钢管壁与其内部的混凝土结合紧密的持续稳定膨胀的钢管混凝土及其施工工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：持续稳定膨胀的钢管混凝土，其组分包括水、水泥、砂料、粉煤灰，其特征是：它还含有复合型高效减水保塑剂，水泥为硫铝酸盐水泥，各成份配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥500-550、粉煤灰50-55、水180-195、复合型高效减水保塑剂11-15，砂料的重量砂率为38％-42％；其中，复合型高效减水保塑剂由氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、硼酸、木质素磺酸钙组成，各成份所占复合型高效减水保塑剂总重量百分比为：氨基磺酸盐系高效减水剂32-38、萘系高效减水剂37-43、硼酸12-18、木质素磺酸钙7-13。
如上所述的各成份最佳配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥500、粉煤灰50、水180-195、复合型高效减水保塑剂11-13，砂料的重量砂率为38％-42％。
如上所述的各成份最佳配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥550、粉煤灰55、水180-190、复合型高效减水保塑剂12-15，砂料的重量砂率为38％-42％。
所述的复合型高效减水保塑剂，各组份所占复合型高效减水保塑剂总重量百分比为：氨基磺酸盐系高效减水剂(氨基芳基磺酸盐-苯酚-甲醛缩合物)35、萘系高效减水剂(萘磺酸甲醛缩合物钠盐)40、硼酸15、木质素磺酸钙10。
其制备按常规的混合搅拌方法制备。
持续稳定膨胀的钢管混凝土的施工工艺，在对硫铝酸盐水泥钢管混凝土进行泵送施工之前，先泵入水，再泵入与硫铝酸盐水泥混凝土相同水灰比的硅酸盐水泥砂浆或粉煤灰砂浆润滑钢管，然后才泵入硫铝酸盐水泥混凝土。
在对大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行硫铝酸盐水泥混凝土施工时，采用分仓或分级接力泵送工艺，跨度在280m以下时分2仓，跨度在280-500m时分3-5仓。
本发明将硫铝酸盐水泥应用到钢管混凝土的配制之中，采用复合型高效减水保塑剂优化配合比设计，有效控制硫铝酸盐水泥混凝土凝结时间与坍落度损失，充分发挥硫铝酸盐水泥自膨胀以及早期强度发展快，无化学减缩和塑性收缩的特性。采用硫铝酸盐水泥与复合型高效减水保塑剂相结合，使钢管壁与其内部的混凝土结合紧密，具体如下：
1、摒弃传统钢管混凝土结构施工工艺中采用硅酸盐水泥和膨胀剂产生膨胀的方法，将硫铝酸盐水泥应用到钢管混凝土施工之中，省略掺加膨胀剂的工艺环节，简化施工工艺，减轻劳动强度，减少施工失误；使钢管混凝土强度与膨胀量相协调持续发展；而且由于硫铝酸盐水泥的早强快硬特性，缩短了施工工期。
2、采用氨基磺酸盐系高效减水剂(氨基芳基磺酸盐-苯酚-甲醛缩合物)、萘系高效减水剂(萘磺酸甲醛缩合物钠盐)、硼酸、木质素磺酸钙质配制成复合型高效减水保塑剂对硫铝酸盐水泥凝结时间及硫铝酸盐水泥混凝土坍落度进行精确有效控制。可保证新拌硫铝酸盐水泥钢管混凝土初始坍落度达到20-24cm，初始扩展度达到58-65cm，可保证3-5小时无坍落度损失，初凝＞16小时，终凝＞18小时。
本发明采用在对硫铝酸盐水泥钢管混凝土进行顶升泵送施工之前，先泵入水，再泵入与硫铝酸盐水泥混凝土相同水灰比的硅酸盐水泥砂浆或粉煤灰砂浆润滑钢管，然后才泵入硫铝酸盐水泥混凝土；采取分仓施工或分级接力泵送的施工工艺，成功地解决现有钢管混凝土施工中存在的问题，使钢管壁与其内部的混凝土结合紧密。
具体实施方式
将按比例称量好的氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、硼酸、木质素磺酸盐等物质混合均匀配制成复合型高效减水保塑剂；将称量好的硫铝酸盐水泥、粗细集料、矿物掺合料、以及配制的复合型高效减水保塑剂加入搅拌设备中，加水搅拌均匀。
实施例1：
①原材料
水泥：525#硫铝酸盐水泥；
粗集料：5-20mm连续级配区间粒径的碎石，压碎值＜10％，针片状含量＜10％；
细集料：细度模数为2.5-3.0的砂；
粉煤灰：I级粉煤灰；
水：自来水；
复合型高效减水保塑剂的组成如下表所示：
| 氨基磺酸盐系高效减水剂 | 萘系高效减水剂 | 硼酸 | 木质素磺酸钙 |
| 35％ | 40％ | 15％ | 10％ |
氨基磺酸盐系高效减水剂采用JM-2型粉剂(氨基芳基磺酸盐-苯酚-甲醛缩合物)，萘系高效减水剂采用FDN-9001型粉剂(萘磺酸甲醛缩合物钠盐)，木质素磺酸钙采用MD-1型粉剂，硼酸为市售分析纯化学试剂；复合型高效减水保塑剂各成份均为现有的。
②C50硫铝酸盐水泥钢管混凝土配合比
| 单位用水量(Kg/m3) | 硫铝酸盐水泥用量(Kg/m3) | 粉煤灰掺量(Kg/m3) | 砂率 | 高效减水保塑剂掺量(Kg/m3) |
| 185-195 | 500 | 50 | 38％-42％ | 11-13 |
性能指标
初始坍落度为210mm-240mm，3h后坍落度为200mm-230mm；
初始扩展度为600mm-650mm，3h后扩展度为480mm-550mm；
3天抗压强度＞50MPa；
28天抗压强度：60-70MPa；
膨胀量：密闭环境中养护(20±3℃)情况，28d限制膨胀率达到0.04-0.08％，并且膨胀稳定。
③C60硫铝酸盐水泥钢管混凝土配合比
| 单位用水量(Kg/m3) | 硫铝酸盐水泥用量(Kg/m3) | 粉煤灰掺量(Kg/m3) | 砂率 | 高效减水保塑剂掺量(Kg/m3) |
| 180-190 | 550 | 55 | 38％-42％ | 12-15 |
性能指标
初始坍落度为210mm-230mm，3h后坍落度为200mm-220mm；
初始扩展度为600mm-620mm，3h后扩展度为480mm-550mm；
3天抗压强度＞60MPa；
28天抗压强度：60-70MPa；
膨胀量：密闭环境中养护(20±3℃)情况，28d限制膨胀率达到0.05-0.1％，并且膨胀稳定。
本发明将硫铝酸盐水泥用于配制C50、C60钢管混凝土，并采用由氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、硼酸、木质素磺酸钙等物质配制而成的复合型高效减水保塑剂来改善并保证硫铝酸盐水泥钢管混凝土的新拌工作性能，有效精确控制其凝结时间与坍落度损失，初始坍落度21-24cm，3小时坍落度20-23cm；采取两岸同步对称泵送顶升法施工，先用1-3m3硅酸盐水泥砂浆或粉煤灰砂浆润滑泵管，再泵入硫铝酸盐水泥钢管混凝土；对于跨度280m以上的钢管混凝土拱桥可采用C50硫铝酸盐水泥混凝土，3天抗压强度≥50MPa，28天抗压强度≥60MPa，28d限制膨胀率达到0.04-0.08％，并且膨胀稳定；或C60硫铝酸盐水泥混凝土，3天抗压强度≥60MPa，28天抗压强度≥70MPa，密闭环境中养护(20±3℃)情况，28d限制膨胀率达到0.05-0.1％，并且膨胀稳定。
持续稳定膨胀的钢管混凝土的施工工艺，在对硫铝酸盐水泥钢管混凝土进行泵送施工之前，先泵入水，再泵入与硫铝酸盐水泥混凝土相同水灰比的硅酸盐水泥砂浆或粉煤灰砂浆润滑钢管，然后才泵入硫铝酸盐水泥混凝土。
在对大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行硫铝酸盐水泥混凝土施工时，采用分仓或分级接力泵送工艺，跨度在280m以下时分2仓，跨度在280-500m时分3-5仓。
Claims (6)
1.持续稳定膨胀的钢管混凝土，其组分包括水、水泥、砂料、粉煤灰，其特征是：它还含有复合型高效减水保塑剂，水泥为硫铝酸盐水泥，各成份配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥500-550、粉煤灰50-55、水180-195、复合型高效减水保塑剂11-15，砂料的重量砂率为38％-42％；其中，复合型高效减水保塑剂由氨基磺酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂、硼酸、木质素磺酸钙组成，各成份所占复合型高效减水保塑剂总重量百分比为：氨基磺酸盐系高效减水剂32-38、萘系高效减水剂37-43、硼酸12-18、木质素磺酸钙7-13。
2.根据权利要求1所述的持续稳定膨胀的钢管混凝土，其特征是：所述的各成份配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥500、粉煤灰50、水180-195、复合型高效减水保塑剂11-13，砂料的重量砂率为38％-42％。
3.根据权利要求1所述的持续稳定膨胀的钢管混凝土，其特征是：所述的各成份配比(Kg/m3)为：硫铝酸盐水泥550、粉煤灰55、水180-190、复合型高效减水保塑剂12-15，砂料的重量砂率为38％-42％。
4.根据权利要求1或2或3所述的持续稳定膨胀的钢管混凝土，其特征是：所述的复合型高效减水保塑剂，各组份所占复合型高效减水保塑剂总重量百分比为：氨基磺酸盐系高效减水剂35、萘系高效减水剂40、硼酸15、木质素磺酸钙10。
5.如权利要求1所述的持续稳定膨胀的钢管混凝土的施工工艺，其特征是：在对硫铝酸盐水泥钢管混凝土进行泵送施工之前，先泵入水，再泵入与硫铝酸盐水泥混凝土相同水灰比的硅酸盐水泥砂浆或粉煤灰砂浆润滑钢管，然后才泵入硫铝酸盐水泥混凝土。
6.根据权利要求5所述的持续稳定膨胀的钢管混凝土的施工工艺，其特征是在对大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行硫铝酸盐水泥混凝土施工时，采用分仓或分级接力泵送工艺，跨度在280m以下时分2仓，跨度在280-500m时分3-5仓。
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