摘 要:通過涼水河特大橋下部結(jié)構(gòu)高性能混凝土的試驗(yàn)研究,試配出符合設(shè)計(jì)和施工要求的配合比,提出相應(yīng)的技術(shù)措施,并對(duì)摻用兩種外加劑的配合比進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞:公路橋梁; 高性能混凝土; 配合比
中圖分類號(hào):U445147 + 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
文章編號(hào): 1004 2954 (2006) 09 0042 04
1 概述
涼水河特大橋是京津城際軌道交通工程的重點(diǎn)和控制工程之一,位于北京市通州區(qū),跨越?jīng)鏊?、鳳港減河、北京六環(huán)道路和多條公路干道。
該橋處于化學(xué)侵蝕和凍融破壞環(huán)境,環(huán)境作用等級(jí)為H3和D2,設(shè)計(jì)使用年限為100年,混凝土耐久性要求較高。大橋下部結(jié)構(gòu)(鉆孔樁、承臺(tái)、墩身)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,采用泵送工藝。根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[ 2005 ] 157號(hào))和《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[ 2005 ]160號(hào))確定混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。根據(jù)前期有關(guān)研究成果,并經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),試配出了符合設(shè)計(jì)和施工要求的高性能混凝土。
2 配合比設(shè)計(jì)
2．1 計(jì)算
混凝土膠凝材料總量采用350、370、390 kg/m3 3種用量,砂率依次采用44%、42%、40%3個(gè)百分率,粉煤灰、礦渣采用占膠凝材料總量的20% + 20%、25%+ 15%、15% + 25%取代量,水膠比確定為0．40,外加劑摻量占膠凝材料的1% ,計(jì)算出理論配合比見表2。
2．2 試拌
經(jīng)過試拌,選取基準(zhǔn)配合比見表3。
2．3 基準(zhǔn)配合比調(diào)試
采用表2的配合比,用檢驗(yàn)合格的3家水泥、3家粉煤灰、2家礦渣粉、2家砂、2家碎石、3家減水劑,進(jìn)行了200多組混凝土試拌,并選取了和易性較好的配合比做了抗壓強(qiáng)度、含氣量、抗?jié)B、抗凍、電通量試驗(yàn)。
2．4 配合比優(yōu)化
采用正交設(shè)計(jì),認(rèn)真分析影響混凝土性能的各種因素,并比較和易性、強(qiáng)度、坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、電通量、抗凍、抗?jié)B、抗裂等性能。從而選定了符合要求的2個(gè)混凝土配合比。1個(gè)是摻聚羧酸外加劑的配合比, 1個(gè)是摻萘系外加劑的配合比。
3 檢測(cè)合格的各種原材料性能指標(biāo)
3．1 水泥
檢測(cè)合格的水泥有河北鹿泉鼎鑫水泥廠的P．O42．5水泥、唐山冀東水泥廠的P．O 42．5水泥、天津振興水泥廠的P．O 42．5水泥。各項(xiàng)指標(biāo)見表4。
3．2 粉煤灰
檢測(cè)合格的粉煤灰有天津華鵬建材的Ⅰ級(jí)粉煤灰、天津第一電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰、天津盤電的Ⅰ級(jí)粉煤灰。各項(xiàng)指標(biāo)見表5。
3．3 礦粉
檢測(cè)合格的礦粉有天津華鵬建材的S95級(jí)礦粉、唐山鼎華的S95級(jí)礦粉。各項(xiàng)指標(biāo)見表6。
3．4 砂
檢測(cè)合格的砂有河北遵化河砂、河北新樂河砂。各項(xiàng)指標(biāo)見表7。
3．5 碎石
檢測(cè)合格的碎石有天津薊縣5 ～31．5 mm碎石、河北三河5～31．5 mm碎石。各項(xiàng)指標(biāo)見表8。
3．6 外加劑
檢測(cè)合格的外加劑有天津雍陽(yáng)的UNF 5AST聚羧酸外加劑、河北瑞幫UNF 3B萘系外加劑、北京瑞帝斯的FAC 1聚羧酸外加劑。各項(xiàng)指標(biāo)見表9。
3．7 水
將各個(gè)拌和樓拌和混凝土的水均送鐵科院鐵建所檢測(cè),結(jié)果合格。試拌混凝土?xí)r,用堿含量和氯離子含量都較高的2號(hào)拌和樓的水試拌混凝土。理由是如果堿含量和氯離子含量都較高的水試拌的混凝土總堿含量和總氯離子含量不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值,堿含量和氯離子含量低的水試拌的混凝土總堿含量和總氯離子更不會(huì)超過。拌和用水的各項(xiàng)指標(biāo)見表10。
4 采取的技術(shù)措施
4．1 優(yōu)選骨料
堿骨料反應(yīng)(AAR)是導(dǎo)致混凝土耐久性下降的重要原因之一。由于使用的河北遵化砂的堿活性膨脹率為0．10% ,而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值小于0．10%;天津薊縣碎石的堿活性膨脹率為0128%、河北三河碎石的堿活性膨脹率為0．28% ,均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值0．10% ,因此,對(duì)砂采用快速砂漿棒法、對(duì)碎石采用巖石柱法進(jìn)行檢測(cè)得知,使用的礦物摻和料對(duì)活性骨料具有良好的抑制膨脹作用。
碎石采用3種級(jí)配: 5～10 mm、10～20 mm和20～31．5 mm,按照一定的比例摻和使用,使碎石空隙率小于40%;砂采用細(xì)度模數(shù)2．5～3．0的中砂。碎石和砂的含泥量和泥塊含量等指標(biāo)必須滿足要求,凡進(jìn)廠有超標(biāo)的要求廠家沖洗合格。通過骨料的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善。
4．2 選用優(yōu)質(zhì)外加劑
經(jīng)過試配,發(fā)現(xiàn)萘系減水劑雖然提高摻量后減水效果可滿足要求,但抗凍、抗?jié)B、抗裂、電通量、坍落度損失等性能無法滿足工程100年使用壽命的要求,因此采用了目前最新型的聚羧酸外加劑。經(jīng)過比較2個(gè)配合比及相關(guān)性能得出如下結(jié)論:
(1)萘系減水劑摻量為2．6% ,聚羧酸減水劑摻量為1．5%,萘系減水劑摻量大于聚羧酸減水劑的摻量;
(2)萘系減水劑混凝土的總堿量、總氯量、抗凍性、抗?jié)B性、電通量、抗裂性等指標(biāo)均沒有聚羧酸減水劑混凝土的好,聚羧酸減水劑混凝土可以3 h坍落度不損失,而萘系減水劑混凝土最多可保留1 h;(4)在滿足高性能混凝土要求的前提下,摻聚羧酸減水劑的混凝土優(yōu)于摻萘系減水劑的混凝土,但兩者價(jià)格相當(dāng)。
4．3 盡可能降低水泥用量和水膠比
由于水泥水化放熱是混凝土開裂的重要原因,在保證強(qiáng)度的前提下,盡可能降低水泥用量,提高粉煤灰和礦粉用量來降低水泥的水化熱。礦物摻和料的使用降低了混凝土水化溫升,改善工作性,增進(jìn)后期強(qiáng)度,并改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高了耐久性能。通過使用高減水率的聚羧酸外加劑盡可能降低水膠比、并要求聚羧酸外加劑的引氣量能滿足混凝土密實(shí)的要求,從而提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。
4．4 選用優(yōu)質(zhì)的礦物摻和料
采用Ⅰ級(jí)粉煤灰和S95級(jí)的礦粉,并且在鐵科院鐵建所檢測(cè)合格的粉煤灰和礦粉中選取堿含量和氯離子含量較低粉煤灰和礦粉。
5 配合比
通過比較混凝土的和易性、坍落度損失、泌水情況、含氣量試件的電通量、抗凍性、抗裂性、抗壓強(qiáng)度以及混凝土的總堿含量和總氯離子含量,選定的2個(gè)配合比及各項(xiàng)性能指標(biāo)如下:
(1)摻聚羧酸外加劑的混凝土配合比及各項(xiàng)指標(biāo)見表11。
(2)摻萘系外加劑的混凝土配合比及各項(xiàng)指標(biāo)見表12。
兩個(gè)配合比所用的材料為河北鹿泉鼎鑫水泥廠的P. O42．水泥、天津華鵬建材的Ⅰ級(jí)粉煤灰、天津華鵬建材的S95級(jí)礦粉、河北遵化河砂、天津薊縣5～31．５mm碎石、天津雍陽(yáng)的UNF 5AST聚羧酸外加劑、河北瑞幫UNF 3B萘系外加劑。
6 工程應(yīng)用情況
6.1現(xiàn)場(chǎng)使用情況
摻萘系外加劑的混凝土現(xiàn)場(chǎng)反映由于外加劑摻量大,對(duì)摻量很敏感;稍微提高摻量混凝土就發(fā)黃,外觀不太好看,并有輕微泌水現(xiàn)象;含氣量為5．%左右。聚羧酸外加劑的混凝土,即使加過量水也不泌水,除了由于砂、石的級(jí)配不合理造成幾次堵泵外混凝土和易性一直良好;含氣量為5．左右。監(jiān)理評(píng)價(jià)墩身的外觀也比摻萘系外加劑的混凝土的外觀光滑、美觀。
6．２施工試件的耐久性指標(biāo)
現(xiàn)場(chǎng)施工取樣的混凝土試件每2 000m3 送檢1次電通量和抗凍試驗(yàn),結(jié)果可知摻聚羧酸外加劑的混凝土比摻萘系外加劑的混凝土好。有一次同一天送樣結(jié)果為:摻萘系外加劑的電通量為96．C, 56 d300次快速凍融重量損失率為3．% ,相對(duì)動(dòng)彈模量為75% ,摻聚羧酸外加劑的電通量為769 C, 56 d300次快速凍融重量損失率為0．% ,相對(duì)動(dòng)彈模量為98%．
7 結(jié)語(yǔ)
為提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,人們?cè)絹碓阶⒅夭捎酶咝阅芑炷痢．?dāng)前,阻礙高性能混凝土廣泛應(yīng)用的主要原因是費(fèi)用比較。由于原材料中的超塑化劑和超細(xì)磨的細(xì)摻料價(jià)格較高,加上質(zhì)量控制要求較嚴(yán)格也會(huì)增加一些費(fèi)用,使高性能混凝土比常規(guī)混凝土的單價(jià)稍高,因此往往不易被用戶接受。其實(shí)混凝土材料費(fèi)用在工程總價(jià)中所占的比例是很小的。通過涼水河特大橋下部結(jié)構(gòu)高性能混凝土的試驗(yàn)研究,筆者認(rèn)為,高性能混凝土的性能優(yōu)良,且增加的投資有限;從提高結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和減少維修成本出發(fā),高性能混凝土應(yīng)該在鐵路工程中得到普及使用。
參考文獻(xiàn):
[1 ] 鐵建設(shè)[2005 ]157號(hào),鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].
[2 ] 鐵建設(shè)[ 2005 ]160 號(hào),鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].
