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预填集料钢管混凝土制备及性能影响因素

彭健秋  
【摘要】:钢管混凝土组合结构具备承载力高、抗震性能好、施工简便、经济效益显著等优点,在复杂山区桥梁建设中具有广阔应用前景。钢管混凝土良好力学性能的关键在于钢管与管内混凝土紧密结合,由于管内混凝土的收缩特性以及现有灌注工艺原因,管内混凝土与钢管之间难免存在脱粘甚至脱空。预填骨料混凝土是现在模板内预置粗集料,再灌注高流动性浆体而形成的混凝土,粗集料体积含量高、骨料相互嵌锁,可充分发挥粗集料的骨架作用,且胶材用量少,体积稳定性能较常规混凝土有显著改善。将预填集料混凝土用作钢管管内混凝土,形成钢管预填集料混凝土,增加管内混凝土体积稳定性,保障钢管与管内混凝土共同工作,充分发挥钢管混凝土与预填集料混凝土的优势,促进钢管混凝土组合结构的发展与应用。目前工程应用的预填集料混凝土的强度普遍较低,其与钢管结合不能较好发挥钢管混凝土高承载的力学性能优势,需要开发高强预填集料混凝土。本文重点探讨了粗集料组成与灌浆料特性对预填集料混凝土性能的影响,并提出粗集料级配组成、空隙率要求,以及高强高流态低收缩灌浆料制备方法,并成功制备出超高强预填集料钢管混凝土。具有研究内容与主要成果如下:(1)预填粗集料组成与特性要求:研究了预填粗集料的组成对预填集料钢管混凝土强度的影响,提出了预填集料钢管混凝土用粗集料的设计方法。试验结果表明,采用级配类型越连续、粒级范围10~25mm、空隙率越低的粗集料,制备的预填集料钢管混凝土强度越高;考虑到空隙率对灌注难度和强度的影响,空隙率宜控制在34.7%~40.7%。级配设计为10~16mm:16~25mm=3:7、空隙率为34.7%时,预填集料钢管混凝土强度可达到较高水平。此外采用母岩强度较高的粗集料,成型方式采用分层、振动灌浆,有利于提高预填集料钢管混凝土强度。(2)高性能灌浆料性能要求与制备方法:研究了矿物掺合料体系、配合比参数、膨胀剂掺量、水泥强度等级对灌浆料性能的影响,提出了预填集料钢管混凝土用高性能灌浆料的制备方法。试验结果表明,选取粒级范围10~25mm的破碎卵石、空隙率34.7%的粗集料,采用高性能砂浆作为灌浆料,一次免振成型可制得28d抗压强度115.9MPa、90d干燥收缩率165×10~(-6)的预填集料钢管混凝土,单方原材料成本较常规C100混凝土约减少46.4%。在同样粗集料组成条件下,采用高性能净浆作为浆体材料,一次免振成型可制得28d抗压强度114.2MPa、90d干燥收缩率264×10~(-6)的预填集料钢管混凝土,单方原材料成本较常规C100混凝土约减少25.7%,灌注难度小,且无需机制砂,可有效缓解砂石资源短缺问题,两者均具备良好的经济效益和环境协调性。


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