0 前 言
近年来钢管混凝土拱桥在我国得到了广泛的应用，取得了良好的社会、经济效益。钢管混凝土的基本原理为：（1）与套箍混凝土相同，借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和变形能力，提高承载力；（2）借助内填混凝土的支撑作用，提高钢结构的刚度，使拱桥整体稳定性大幅度提高。但是这种结构的完美组合必须是以钢管和混凝土紧密结合，共同承担荷载为前提的。因此研究核心混凝土的各项性能，尤其是混凝土的和易性和限制膨胀率非常关键。
临安市华光潭大桥为中承式钢管混凝土拱桥，主跨跨径165m，矢跨比1／5，拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.3。桥梁的设计荷载标准为：汽车－20级，挂车－100，人群荷载：3.5kN/m2
。主拱肋为竖哑铃形
钢管混凝土，肋高3.2m，由上、下二根100cm的钢
管通过中间腹杆联接而成桁架结构，拱肋内灌C50微膨胀混凝土。本文着重研究C50微膨胀混凝土的配比设计及施工工艺。
1 钢管混凝土技术性能指标
1．1力学性能
混凝土强度等级达到C50；4天龄期的抗压强度达到设计强度的80%以上；施工试配强度
fcu,0
f≥
cu,k
+1.645f，
fcu,k
为混凝土设计强度，取
5.0MPa，则cu,0
≥58.3 MPa；弹性模量≥3.6×
104MPa。
1．2工作性能
混凝土出机坍落度≥220mm，3h坍落度损失应≤30mm，初凝时间≥20h。
1．3混凝土的28天限制膨胀率应在2～4×10－4之间。
1．4混凝土的和易性、可泵性良好，配合比满足钢管定的膨胀率，膨胀率的大小主要取决于膨胀剂的掺量。已有研究表明，随着膨胀剂掺量的增大，混凝土的限制膨胀率增大，但混凝土的自由强度却也随之下降，这就要求选择适当的膨胀剂和掺量，既达到设计要求的膨胀值，但不显著影响混凝土的抗压强度，并且在限制条件下，提高混凝土的强度。
3 钢管混凝土试配
3.1 水泥－高效减水剂相容性研究
58
混凝土施工规范的要求。
2 钢管混凝土的强度及工作性能优
化设计
华光潭大桥的施工采取从两端拱脚一次顶升到拱顶的泵送施工工艺，要求研制的混凝土不仅具有较高强度，而且还要有良好的工作性能，特别是泵送性能。因此从原材料的选择、配合比设计等方面对混凝土的工作性能和强度性能进行研究。
2．1 技术路线
结合工作性能指标，采取如下技术路线：
2．1．1掺配高效减水剂 配制高强混凝土，水灰
比是控制混凝土强度的重要参数。相同情况下水灰比越低则强度越高，但随之而来的水灰比越低施工越困难。为了达到降低水灰比又满足施工和易性的目的，掺配高效减水剂是一个简便可行的办法，高效减水剂掺量大小与强度增长率有关，掺量越大，减水效果越好。但由于减水剂都是表面活性剂，由表面活性剂的共性可知，当掺量超过某一极限值时，强度增长率会由于减水剂过量而降低，而且高效减水剂用量过大还容易造成混凝土离析泌水，另外也不经济。配制中将主要选用性能较稳定的萘系高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂，其掺量通过试验来确定。
2．1．2掺配磨细掺合料 由于本研究的技术成果
直接应用于华光潭大桥，根据设计要求该桥采用C50泵送混凝土，因此配制中采用的矿物掺合料主要为I级粉煤灰，用于改善泵送混凝土工作性能和降低水化热。
2．1．3掺配保塑剂 由于掺膨胀剂的高强混凝土坍
落度损失较快，控制坍落度的经时损失问题，是保证混凝土工作性能的关键。在必要的情况下，采取掺配保塑剂的措施以控制坍落度的经时损失。
2．1．4控制强度和膨胀之间的协调发展 目前膨
胀混凝土主要是采用掺配膨胀剂的方法使之具有一制备高强高性能混凝土的关键在于保证其流变性能良好、满足施工和易性要求的前提下要采用尽量低的水胶比。为达到这一目的，除了必须选择优质的原材料外，关键问题是采用相容性良好的水泥与高效减水剂。目前，虽然高效减水剂已经得到了广泛的应用，但是同一种高效减水剂与不同水泥间的相容性存在着显著差异，表现为：虽然水泥和高效减水剂的质量都符合国家标准，但配制出的混凝土在同一水胶比下
的初始工作度差异却很大，坍落度损失快，在满足工作度的条件下水胶比难以降低，即使高效减水剂的掺量较大，混凝土仍表现出工作性能不良。对此针对临安市华光潭大桥使用的海螺42.5＃普硅水泥与近十种高效减水剂进行了相容性试验，初步认定深圳市苍锐实业有限公司生产的SPP-hpg高效减水保塑剂、武钢浩源化学建材有限公司FDN-9001萘系高效减水剂与此种水泥具有良好的相容性。
有限公司生产的EA膨胀剂效果较好。
表2 膨胀剂对混凝土性能影响的比较
表3 膨胀剂及其掺量的变化对混凝土限制膨胀率的影响
3.2 膨胀剂的选择
在试验中采用三种膨胀剂进行对比，分别为：①深圳市苍锐实业有限公司生产的UEA膨胀剂；②武汉三
表1 膨胀剂化学组成
3.4 钢管混凝土配合比设计
（1）水泥：海螺42.5#普硅水泥； （2）粉煤灰：I级灰，需水量比≤95%； （3）黄砂：中砂，细度模数2.6，含泥量0.5％； （4）碎石：玄武岩碎石，5mm～25mm连续级配，针片状含量6.4％，压碎值5.7％；
（5）膨胀剂：武钢浩源化学建材有限公司生产的EA膨胀剂；
（6）减水剂：武钢浩源化学建材有限公司FDN-9001萘系高效减水剂；
（7）拌合水：洁净水。
钢管混凝土配合比及其性能见表4
学建材有限公司生产的EA膨胀剂。其成分如表1所示。
3.3膨胀剂及其掺量对混凝土的影响
膨胀剂对混凝土性能影响比较，见表3。膨胀剂及其掺量对混凝土影响限制膨胀率的见表3。
经试验进行性能对比后，认为选用武汉三源特种建材厂生产的UEA-GV膨胀剂和武钢浩源化学建材
表4 钢管混凝土配合比及其性能
表5 混凝土限制膨胀率（×10）
4
制在39%～41%，单方胶凝材料总用量为570kg，根据现场施工天气情况，减水剂掺量控制为胶凝材料总用量的1.0%-1.2%左右。建议采用表4中第1组配合比。
4 钢管混凝土泵送施工工艺
1、临安市华光潭大桥采用从两端拱脚一次到顶的顶升泵送浇灌施工，在拱肋横梁附近（与混凝土泵高程基本一致）适当位置处开压注孔，焊上设有闸阀的钢管进料口，与泵管相连，沿拱轴在钢管顶部设若干个排气孔，混凝土在泵压力作用下，由下而上顶升。
59
根据配制的混凝土的力学性能、工作性能及限制膨胀率，见表5,认为在使用本实验原材料的情况下，混凝土单方用水量应控制在185kg～190kg，砂率应控
在重力作用下自身挤压密实，填充管腔，为避免弧拱偏向变形，要求同一拱肋钢管必须两岸同时施工，遵守对称与均衡加载的原则，以拱顶为对称线，桥两半跨对称加载，钢管内混凝土的进度差不能超过5m，在灌注过程中，注意加强观测控制；2、钢管混凝土的泵送遵循“逐步成拱，逐级加载，外力释放，间期缩短”的原则，以桥轴线为对称线，桥两侧对称加载。在钢管的顶部设一个150×1000mm的排气孔。混凝土从每仓底部顶升泵送，直至排气孔有混凝土冒出为止；3、采用150mm的泵管，泵管布设视现场具体情况而定；注意布管时应尽量避免弯管，尤其是90°弯管，以降低混凝土泵送阻力。同时泵管弯头位置需设置定位装置，防止泵送过程中泵管偏离原来位置，引起爆卡或塞管；4、在进行钢管混凝土泵送施工时必须保证有足够的拌合能力和泵机，同时保障电力供应。在泵送施工前，应将拌和机、泵机等施工机具进
行全面检查和维修，使其具有良好的工作状态。混凝土搅拌和泵送设备应备有配件，以便设备在出现故障时能及时抢修；5、在泵送混凝土之前，应先用水润滑泵管，然后拌和站先拌制无碎石但其余成 分与钢管混凝土配比相同的1 m3～2m3砂浆，作为泵 管和主弦管润滑之用，接着按配合比拌制C50混凝土，开始泵送施工，当钢管内混凝土面上升5m～6m后，从拱顶排浆管口灌入0.2 m3～0.3 m3水到润滑砂浆上端，随着混凝土面上升而上升，充分润湿主管内壁，减小泵送阻力，避免出现堵塞现象。当所有准备工作完成后，准备压注混凝土，在拱肋上有一人专门负责观察混凝土的压注进度。当混凝土从排气孔冒出后，不能立即停止泵送而应继续泵送约1 m3混凝土，以增强混凝土与钢管的紧密结合程度。施工完毕后立即将排气孔封闭，避免水分损失；6、在泵送施工过程中，混凝土应连续泵送，尽量避免停泵。当混凝土供应不足时，应降低泵送速度，以避免停泵而引起泵管堵塞；7、每根钢管混凝土施工间隔应在3天，以
60
使混凝土能承受钢管混凝土重力和施工时产生的冲击力。
5 结 语
1、研究设计的钢管混凝土具有可泵性好、高强、早强和微膨胀等性能，各项性能指标均达到华光潭大桥的设计要求；
2、提出的施工工艺对大口径、大跨度钢管混凝土桥施工切实可行。
参考文献:
[1] 林宝玉, 吴绍章. 混凝土工程新材料设计与施工[M].
北京:中国水利水电出版社, 1998.8
[2] 王永奎. 材料试验与质量分析的数学方法[M]. 北京：中
国铁道出版社, 1990.
[3] 蔡绍怀. 钢管混凝土结构. 北京:中国建筑科学研究院，
1992.
0 前 言
近年来钢管混凝土拱桥在我国得到了广泛的应用，取得了良好的社会、经济效益。钢管混凝土的基本原理为：（1）与套箍混凝土相同，借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和变形能力，提高承载力；（2）借助内填混凝土的支撑作用，提高钢结构的刚度，使拱桥整体稳定性大幅度提高。但是这种结构的完美组合必须是以钢管和混凝土紧密结合，共同承担荷载为前提的。因此研究核心混凝土的各项性能，尤其是混凝土的和易性和限制膨胀率非常关键。
临安市华光潭大桥为中承式钢管混凝土拱桥，主跨跨径165m，矢跨比1／5，拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.3。桥梁的设计荷载标准为：汽车－20级，挂车－100，人群荷载：3.5kN/m2
。主拱肋为竖哑铃形
钢管混凝土，肋高3.2m，由上、下二根100cm的钢
管通过中间腹杆联接而成桁架结构，拱肋内灌C50微膨胀混凝土。本文着重研究C50微膨胀混凝土的配比设计及施工工艺。
1 钢管混凝土技术性能指标
1．1力学性能
混凝土强度等级达到C50；4天龄期的抗压强度达到设计强度的80%以上；施工试配强度
fcu,0
f≥
cu,k
+1.645f，
fcu,k
为混凝土设计强度，取
5.0MPa，则cu,0
≥58.3 MPa；弹性模量≥3.6×
104MPa。
1．2工作性能
混凝土出机坍落度≥220mm，3h坍落度损失应≤30mm，初凝时间≥20h。
1．3混凝土的28天限制膨胀率应在2～4×10－4之间。
1．4混凝土的和易性、可泵性良好，配合比满足钢管定的膨胀率，膨胀率的大小主要取决于膨胀剂的掺量。已有研究表明，随着膨胀剂掺量的增大，混凝土的限制膨胀率增大，但混凝土的自由强度却也随之下降，这就要求选择适当的膨胀剂和掺量，既达到设计要求的膨胀值，但不显著影响混凝土的抗压强度，并且在限制条件下，提高混凝土的强度。
3 钢管混凝土试配
3.1 水泥－高效减水剂相容性研究
58
混凝土施工规范的要求。
2 钢管混凝土的强度及工作性能优
化设计
华光潭大桥的施工采取从两端拱脚一次顶升到拱顶的泵送施工工艺，要求研制的混凝土不仅具有较高强度，而且还要有良好的工作性能，特别是泵送性能。因此从原材料的选择、配合比设计等方面对混凝土的工作性能和强度性能进行研究。
2．1 技术路线
结合工作性能指标，采取如下技术路线：
2．1．1掺配高效减水剂 配制高强混凝土，水灰
比是控制混凝土强度的重要参数。相同情况下水灰比越低则强度越高，但随之而来的水灰比越低施工越困难。为了达到降低水灰比又满足施工和易性的目的，掺配高效减水剂是一个简便可行的办法，高效减水剂掺量大小与强度增长率有关，掺量越大，减水效果越好。但由于减水剂都是表面活性剂，由表面活性剂的共性可知，当掺量超过某一极限值时，强度增长率会由于减水剂过量而降低，而且高效减水剂用量过大还容易造成混凝土离析泌水，另外也不经济。配制中将主要选用性能较稳定的萘系高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂，其掺量通过试验来确定。
2．1．2掺配磨细掺合料 由于本研究的技术成果
直接应用于华光潭大桥，根据设计要求该桥采用C50泵送混凝土，因此配制中采用的矿物掺合料主要为I级粉煤灰，用于改善泵送混凝土工作性能和降低水化热。
2．1．3掺配保塑剂 由于掺膨胀剂的高强混凝土坍
落度损失较快，控制坍落度的经时损失问题，是保证混凝土工作性能的关键。在必要的情况下，采取掺配保塑剂的措施以控制坍落度的经时损失。
2．1．4控制强度和膨胀之间的协调发展 目前膨
胀混凝土主要是采用掺配膨胀剂的方法使之具有一制备高强高性能混凝土的关键在于保证其流变性能良好、满足施工和易性要求的前提下要采用尽量低的水胶比。为达到这一目的，除了必须选择优质的原材料外，关键问题是采用相容性良好的水泥与高效减水剂。目前，虽然高效减水剂已经得到了广泛的应用，但是同一种高效减水剂与不同水泥间的相容性存在着显著差异，表现为：虽然水泥和高效减水剂的质量都符合国家标准，但配制出的混凝土在同一水胶比下
的初始工作度差异却很大，坍落度损失快，在满足工作度的条件下水胶比难以降低，即使高效减水剂的掺量较大，混凝土仍表现出工作性能不良。对此针对临安市华光潭大桥使用的海螺42.5＃普硅水泥与近十种高效减水剂进行了相容性试验，初步认定深圳市苍锐实业有限公司生产的SPP-hpg高效减水保塑剂、武钢浩源化学建材有限公司FDN-9001萘系高效减水剂与此种水泥具有良好的相容性。
有限公司生产的EA膨胀剂效果较好。
表2 膨胀剂对混凝土性能影响的比较
表3 膨胀剂及其掺量的变化对混凝土限制膨胀率的影响
3.2 膨胀剂的选择
在试验中采用三种膨胀剂进行对比，分别为：①深圳市苍锐实业有限公司生产的UEA膨胀剂；②武汉三
表1 膨胀剂化学组成
3.4 钢管混凝土配合比设计
（1）水泥：海螺42.5#普硅水泥； （2）粉煤灰：I级灰，需水量比≤95%； （3）黄砂：中砂，细度模数2.6，含泥量0.5％； （4）碎石：玄武岩碎石，5mm～25mm连续级配，针片状含量6.4％，压碎值5.7％；
（5）膨胀剂：武钢浩源化学建材有限公司生产的EA膨胀剂；
（6）减水剂：武钢浩源化学建材有限公司FDN-9001萘系高效减水剂；
（7）拌合水：洁净水。
钢管混凝土配合比及其性能见表4
学建材有限公司生产的EA膨胀剂。其成分如表1所示。
3.3膨胀剂及其掺量对混凝土的影响
膨胀剂对混凝土性能影响比较，见表3。膨胀剂及其掺量对混凝土影响限制膨胀率的见表3。
经试验进行性能对比后，认为选用武汉三源特种建材厂生产的UEA-GV膨胀剂和武钢浩源化学建材
表4 钢管混凝土配合比及其性能
表5 混凝土限制膨胀率（×10）
4
制在39%～41%，单方胶凝材料总用量为570kg，根据现场施工天气情况，减水剂掺量控制为胶凝材料总用量的1.0%-1.2%左右。建议采用表4中第1组配合比。
4 钢管混凝土泵送施工工艺
1、临安市华光潭大桥采用从两端拱脚一次到顶的顶升泵送浇灌施工，在拱肋横梁附近（与混凝土泵高程基本一致）适当位置处开压注孔，焊上设有闸阀的钢管进料口，与泵管相连，沿拱轴在钢管顶部设若干个排气孔，混凝土在泵压力作用下，由下而上顶升。
59
根据配制的混凝土的力学性能、工作性能及限制膨胀率，见表5,认为在使用本实验原材料的情况下，混凝土单方用水量应控制在185kg～190kg，砂率应控
在重力作用下自身挤压密实，填充管腔，为避免弧拱偏向变形，要求同一拱肋钢管必须两岸同时施工，遵守对称与均衡加载的原则，以拱顶为对称线，桥两半跨对称加载，钢管内混凝土的进度差不能超过5m，在灌注过程中，注意加强观测控制；2、钢管混凝土的泵送遵循“逐步成拱，逐级加载，外力释放，间期缩短”的原则，以桥轴线为对称线，桥两侧对称加载。在钢管的顶部设一个150×1000mm的排气孔。混凝土从每仓底部顶升泵送，直至排气孔有混凝土冒出为止；3、采用150mm的泵管，泵管布设视现场具体情况而定；注意布管时应尽量避免弯管，尤其是90°弯管，以降低混凝土泵送阻力。同时泵管弯头位置需设置定位装置，防止泵送过程中泵管偏离原来位置，引起爆卡或塞管；4、在进行钢管混凝土泵送施工时必须保证有足够的拌合能力和泵机，同时保障电力供应。在泵送施工前，应将拌和机、泵机等施工机具进
行全面检查和维修，使其具有良好的工作状态。混凝土搅拌和泵送设备应备有配件，以便设备在出现故障时能及时抢修；5、在泵送混凝土之前，应先用水润滑泵管，然后拌和站先拌制无碎石但其余成 分与钢管混凝土配比相同的1 m3～2m3砂浆，作为泵 管和主弦管润滑之用，接着按配合比拌制C50混凝土，开始泵送施工，当钢管内混凝土面上升5m～6m后，从拱顶排浆管口灌入0.2 m3～0.3 m3水到润滑砂浆上端，随着混凝土面上升而上升，充分润湿主管内壁，减小泵送阻力，避免出现堵塞现象。当所有准备工作完成后，准备压注混凝土，在拱肋上有一人专门负责观察混凝土的压注进度。当混凝土从排气孔冒出后，不能立即停止泵送而应继续泵送约1 m3混凝土，以增强混凝土与钢管的紧密结合程度。施工完毕后立即将排气孔封闭，避免水分损失；6、在泵送施工过程中，混凝土应连续泵送，尽量避免停泵。当混凝土供应不足时，应降低泵送速度，以避免停泵而引起泵管堵塞；7、每根钢管混凝土施工间隔应在3天，以
60
使混凝土能承受钢管混凝土重力和施工时产生的冲击力。
5 结 语
1、研究设计的钢管混凝土具有可泵性好、高强、早强和微膨胀等性能，各项性能指标均达到华光潭大桥的设计要求；
2、提出的施工工艺对大口径、大跨度钢管混凝土桥施工切实可行。
参考文献:
[1] 林宝玉, 吴绍章. 混凝土工程新材料设计与施工[M].
北京:中国水利水电出版社, 1998.8
[2] 王永奎. 材料试验与质量分析的数学方法[M]. 北京：中
国铁道出版社, 1990.
[3] 蔡绍怀. 钢管混凝土结构. 北京:中国建筑科学研究院，
1992.