C35细石自密实混凝土在拱肋加固工程中的应用

唐家琦

武汉二航路桥特种工程有限责任公司湖北武汉430071

摘要：通过自密实混凝土在南京长江大桥拱肋加固工程中的应用研究，对自密实混凝土在实际工程中配合比设计、施工以及质量控制等问题进行了较详细的总结。结果表明：本工程自密实混凝土在增加截面厚度较小的加固工程中，具有良好的应用效果，且具有补偿收缩性能和良好耐久性。

关键词：拱肋加固；自密实混凝土；生产与施工；

1引言

双曲拱桥具有结构新颖、美观、轻巧、节省钢筋水泥材料、施工方便等优点，20世纪60年代在我国得到了广泛的应用。但由于建造之初设计荷载等级低、施工技术水平低以及自身整体性差等方面原因，在长期重车荷载、大交通量的运营情况下，都出现了较为严重的病害，适应不了现行交通要求，需要维修加固以提高桥梁的承载力，其中承重结构主拱圈承载力的提高尤为重要。

对于已有建筑、桥梁的加固工程等，很难用普通混凝土进行正常施工。自密实混凝土在施工中仅靠自重就能填充到复杂模型的各个角落，具有均匀自密实成型性能，同时硬化后具有优良的力学性能和耐久性能。由于自密实混凝土具有上述许多优点，所以它特别适合应用在加大的截面尺寸小、配筋密集、振捣困难的结构加固工程中。

2工程概况

南京长江大桥是我国第一座自行设计、施工的铁路双线，公路双向四车道的公铁两用桥，1968年通车，公路桥全长4588m。公路桥部分由北岸引桥、正桥、南岸引桥、回龙桥四部分组成。其中南岸公路非涉铁引桥46跨、回龙桥12跨。

结构使用50年后，现已出现多处病害且原设计荷载等级低。为满足目前的使用要求，对其进行加固。双曲拱拱肋外包混凝土是本工程的关键工艺之一，是结构加固的核心，事关工程加固成败之关键。本工程拱肋增加截面厚度较小（最小厚度仅为6cm），原拱肋龄期长，原拱肋强度低。

3自密实混凝土配合比设计

混凝土设计是指确定合适的原材料组成及其比例，使其达到预定目标性能的设计方法。自密实混凝土的关键是在新拌阶段能够依靠自重作用充模、密实，而不需额外的人工振捣，也就是所谓的“自密实性”。本工程的拱肋模筑混凝土存在拱肋增加截面厚度较小，浇筑振捣困难、新老结合不可靠等问题，仅采用常规自密实混凝土难以满足工程需求。因此，综合高性能灌浆料和自密实混凝土两者特点，设计出具有补偿收缩性能和良好耐久性的C35细石自密实高性能混凝土。

3.1原材料

（1）灌浆料：江苏博特新材料有限公司提供的JGM-Ⅱ灌浆料；

（2）粗骨料：5～9.5mm粒径玄武岩，粗骨料的针片、状颗粒含量、含泥量及泥块含量，应符合表1的规定。

表1粗骨料的针片状颗粒含量、含泥量及泥块含量

3.2自密实混凝土的配制

C35细石自密实高性能混凝土的配合比设计应同时满足新拌混凝土工作性要求（包括混凝土的流动性、穿越钢筋能力、抵抗分离能力）及硬化后混凝土的强度、补偿收缩性能等性能指标。根据以上原则，经实验室试配，单位体积混凝土中，灌浆料50kg，粗骨料26.9kg，水8.75kg。

通过试验测得，C35细石自密实高性能混凝土的坍落扩展度为700~750mm，扩展时间少于5s，V漏斗通过时间少于10s。结果表明，自密实混凝土能达到自流平的程度，并具有足够的穿越钢筋的能力，满足工程需求。自密实混凝土7d抗压强度为31.35MPa，根据混凝土强度曲线，7d形成的抗压强度是28d抗压强度的80%，故可以推算出C35细石自密实高性能混凝土28d强度大于35MPa，满足本工程模筑混凝土强度设计的技术要求。混凝土早期未发生收缩，还处于微膨胀状态（体积变形为正值），可达到指标要求。

4自密实混凝土的施工和质量控制

4.1施工支架搭设

施工支架承受施工人群荷载，采用承插型盘扣式钢管支架，其结构形式如下：纵向立杆间距、横向立杆间距、桥面投影外扩均为120cm，并且在高度方向每间隔120cm设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体。

4.2混凝土表面处理

拱肋在外包混凝土之前，需要对旧混凝土表面进行清理和凿毛。（1）先采用电锤人工凿毛，将老混凝土凿除约1cm，使粗骨料外露。（2）再进行2次凿毛处理，利用高压射流技术凿除混凝土表面的松散层，形成5mm的凹凸粗糙面。凿毛工作采用人工手持式喷枪从高处向低处逐步进行。

若外露的钢筋已经锈蚀，可采用高压水（混合砂）进行除锈处理。并对所有外露钢筋涂刷阻锈剂。如果钢筋锈蚀面积超过公称面积的15%，需要增补新钢筋，新钢筋可以点焊在老钢筋旁边，新增面积不得小于锈蚀面积的1.2倍，且新补钢筋两头均需比原钢筋腐蚀段长出锚固长度（锚固长度按新钢筋直径的30倍考虑）。

4.3电化学防腐材料施工

由于长期受到风雨的直接侵蚀及桥面填料下渗水的影响，桥梁的大部分边拱肋及部分中拱肋有混凝土剥落、拱肋钢筋锈蚀现象，考虑到修补后的混凝土强度比原结构要高，新旧混凝土之间存在电位差及边拱肋恶劣的环境影响，拱肋原钢筋及修补后的钢筋随着时间推移有进一步锈蚀的可能，因此需在拱肋局部增设阴极保护。

4.4混凝土的浇筑和养护

4.4.1搅拌

C35自密实混凝土由A、B两组分构成，其中A组分为JGM-Ⅱ灌浆料粉体，B组分为细石，A、B组分按0.65：0.35的比例混合使用。其中水/JGM-Ⅱ灌浆料粉体（A组分）取0.17～0.18。

自密实混凝土的拌制采用0.2m3的立式混凝土搅拌机，为保证浆体得到充分的搅拌，搅拌时间为4min，并且从搅拌到灌注结束时间不宜超过0.5h。

在冬季施工时，为保证自密实混凝土的凝结时间满足工程需求，宜对拌合水、骨料进行加热，但水泥、掺合料、外加剂不得直接加热。自密实混凝土的出机温度应控制在10～15℃。

4.4.2.灌浆

为保证自密实混凝土浇筑的密实性，采用灌浆法施工工艺。模板侧模上布置10cm×10cm正方形灌浆口，竖向高度间隔1m布置。拱顶模板顶部应布置两个直径4mm排气孔，待排气孔溢浆后，停止灌浆。

（1）为保证均匀性，拱肋混凝土浇筑应缓慢匀速、对称同时进行；

（2）为防治混凝土表面产生气泡，灌浆时可用木锤小心敲击，保证密实性，并且敲打的时间不宜过长，防止出现离析现象。混凝土自下而上依次浇筑。

（3）拆模后如发现拱顶有空隙，可用聚合物砂浆修补，并且对压浆口位置的表面混凝土进行打磨处理，

（4）浇筑后的混凝土采用观察、超声法检测对混凝土质量进行检查，若出现严重缺陷，应进行处理。

4.4.3养护

由于自密实混凝土中掺入了高效减水剂，自密实混凝土凝结时间较普通混凝土长。另外，本工程自密实混凝土配合比中胶凝材料含量较多，水灰比较小，混凝土在早期易产生收缩裂缝，因此需加强早期养护。自密实混凝土浇筑完成，在初凝后12h内，在木模外侧用粘胶悬挂无纺布保水养护，养护时间不得少于14d。

混凝土强度能保证其表面及棱角不受损伤时，方可拆除侧模；当混凝土强度达到设计要求时，方可拆除底模。

5结语

南京长江大桥采用C35细石自密实高性能混凝土增大拱肋截面的加固技术，能够大大延长桥梁的使用寿命，提高桥梁承载力，达到预期加固效果，具有良好的推广意义。