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    邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究.pdf

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    邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究.pdf

    2013年第4期 4月 混凝土与水泥制品 CHINA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2013 No.4 April 邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究 李享涛 ,仲新华 ,赵文忠 ,王丙兴 ,裘智辉 ,李连吉 1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081; 2.河北省高速公路邢汾筹建处,邢台054000 摘 要 邢汾高速公路沼水大桥为工程背景,采用紧密堆积模型对C50高性能混凝土进行配合比设计,通过 试验验证了混凝土性能,并采用透水模板布对混凝土表面进行了强化处理。试验结果表明,双掺粉煤灰与矿渣粉是 配制低渗透性混凝土的经济、有效途径,矿物掺合料的较佳掺量为30%40%;采用紧密堆积模型可使常用胶凝材料 用量降低20kg/m3左右;采用透水模板布后混凝土结构外观无气孔、砂线等缺陷,表层混凝土氯离子扩散系数显著 降低,仅为使用钢模板的表层混凝土的14%。 关键词高性能混凝土;耐久性;紧密堆积;透水模板布 AbstractTaking Mingshui Bridge of XingtaiFenyang highway as the engineering background,the mix proportion of C50 h J gh perance concreteHPCis designed using closely packed model,which is proved by lab experiments.In ad dition,the controlled permeability work liner is used for strengthening the concrete surface treatment.The results indi care that adding fly ash with slag powder is an economic and effective way to prepare low permeable concrete,and the op timized contents of the composites ranges from 30%to 40%.The closely packed model can reduce the content of cemen. titious material about 20kg/rrd.With the controlled permeability work liner,there is no visible defectsi.e.cavity or sand lineon the surface of concrete structure,and the chloride ion diffusion coefficient of surface layer concrete is signifi candy reduced,namely o4 14%of that using steel work. Key wordsHigh perance concrete;Durability;Close packing;Controlled permeability work linerCPFL 中图分类号TU528.2 文献标识码A 文章编号10004637201304一O104 0前言 随着经济的快速发展,对交通运输的需求越来 越高,公路桥梁作为基础设施的“咽喉”工程,在公 路运输系统中发挥着至关重要的作用。在荷载作用 和化学侵蚀、冻融、氯盐等恶劣环境下,桥梁混凝土 常因耐久性不足而出现开裂、剥离、剥落、钢筋外露 等病害,严重时在施工完成几年内就已出现,混凝 土的过早劣化不仅影响其使用功能,还会影响结构 物的安全。因此,提高桥梁混凝土耐久性对延长桥 梁混凝土结构的使用寿命、减少后期维修成本具有 重要的意义。 邢汾高速公路沼水特大桥位于河北邢台沙河 境内,该桥孔跨布置为3x4m80m3x150m80m 240m,桥梁全长为818m,其中主桥80m3x150m 80m610m为变截面预应力混凝土连续刚构,引桥 为40m预应力混凝土T梁,先简支后结构连续。引 桥1、2、9号桥墩采用柱式墩,主桥过渡墩3、8号桥 墩采用空心薄壁墩,主桥4、7号桥墩采用双肢实心 墩,5、6号桥墩采用双肢空心薄壁墩,桥墩基础均采 用桩基础;0、1O号台采用U型桥台,扩大基础。该桥 主跨150m,最大墩高达105m,桥宽布置为13.13m 行车道2x0.5m防撞护栏,属于大跨高墩结构。 本文以沼水大桥主墩C50混凝土为研究对象, 从实现混凝土“内实外强”出发,研究了基于紧密堆 积的高性能混凝土配制技术,对于耐久性重要的主 墩部位,采用透水模板布对混凝土结构表层进行强 化,并在工程中开展应用。 1 试验 1.1原材料 . 水泥为邯郸P0 42.5级水泥,比表面积为 329m2/kg;粉煤灰为河北产I级粉煤灰,细度为 9.0%,烧失量为1.9%;磨细矿渣粉为邢台产95级 矿渣粉,比表面积为417mE/kg;水泥及矿物掺合料的 粒度分布见图1;细骨料为河北内丘马河砂,细度模 数为2.8,含泥量为1.6%,表观密度为2620km ;粗 骨料为河北邢台产5-20mm两级配碎石,含泥量为 0.2%,表观密度为2760km ;减水剂为山西产聚羧 酸高性能减水剂PCA,减水率为26.5%。结构混凝 一1一 2013年第4期 混凝土与水泥制品 总第204期 0.01 0.1 l 10 100 1000 10000 颗粒直径/la,m 图1水泥及矿物掺合料的粒度分布 土表面增强用模板布为杭州产的透水模板布。 1.2试验方法 1常规性能 骨料的级配、紧密堆积空隙率按JTG E42 2005公路工程集料试验规程进行试验,混凝土抗 压强度按GB 50081--2002普通混凝土力学性能试 验方法标准进行试验,混凝土早期收缩、电通量和 抗冻性按GB 50082--2009普通混凝土长期性能和 耐久性能试验方法标准进行试验。 2混凝土表面渗透性 制作钢模,在钢侧面的其中二面粘贴透水模板 布,其余二面作为对比,成型600mmx6OOmmx 600mm的混凝土试件;成型后3d拆模,覆盖洒水养 护14d,至规定龄期采用permit离子渗透仪测试混 凝土表面的渗透性[1]。混凝土表面氯离子扩散系数 按公式1计算 _ 哮 1 式中, 为氯离子迁移系数,m2/s;T为稳态后外室 溶液的平均温度的绝对温度,K;R为通用气体常 数,8.31J/Kmo1;Z为离子的原子价氯离子为 一1;C为离子源溶液的浓度,0.55x103mol/m。;F为法 拉第常数9.65x104C/mo1;E为正负极间的电势差, 60V或30 V,15V;V为阳极电解液的体积,6,5x 10-4m ;上/A为流动长度与外部面积的比值,3.74m~。 2试验结果与分析 2.1 C50高性能混凝土的配制 2.1.1矿物掺合料的优掺 基准混凝土配合比为w水泥w水w砂 w碎石w减水剂46014469011264.6。在此 基础上,研究了矿物掺合料种类、掺量对混凝土电 一2一 通量的影响,试验结果见图2、图3。 16oo 14oo 12o0 l。。。 罂800 60o 40o 20o O 28 56 龄期,d 图2矿物掺合料种类对混凝土电通量的影响 2500 2O0o 1500 昭 脚 100O 500 0 28 56 龄期,d 图3矿物掺合料掺量对混凝土电通量的影响 图2中矿物掺合料的掺量为40%,由图可知, 28d龄期时单掺粉煤灰混凝土的电通量要高于单掺 矿渣粉混凝土,但56d龄期时低于单掺矿渣粉混凝 土;与单掺方式相比,双掺粉煤灰与矿渣粉时混凝 土电通量在28d、56d龄期均为最小。从图3可知, 28d、56d混凝土电通量均随双掺矿物掺合料掺量的 增大而减小,双掺40%掺合料时混凝土56d龄期电 通量仅为基准混凝土的34%。这主要是由于粉煤 灰、矿渣粉的掺入,使胶凝材料的级配得到改善,硬 化混凝土中毛细孔径更加细小,浆体的密实性大为 提高圈。同时,双掺后可使混凝土中水灰比增大,水 泥在早期处于更佳的水化环境,加之矿物掺合料后 期的“二次”反应,浆体中毛细孔径进一步细化,浆 体总孔隙率降低,从而使混凝土更为密实。 2.1.2基于紧密堆积的颗粒级配优化 在最紧密堆积下骨料空隙率最小,即便采用较 低用量浆体仍能充满骨料空隙。因而,实现骨料的 7 6 5 4 3 2 1 O 、 蛙.}{ 李享涛,仲新华,赵文忠,等 邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究 最紧密堆积成为技术人员降低混凝土胶凝材料用 量的技术途径之一。Andreasen模型能很好反映颗粒 的理想粒度分布,即Pd/d衄 ,式中P为累计筛余 百分数,d眦为颗粒最大粒径,q为Fuller指数翻。通 过筛分析、激光粒度分析分别测试砂、碎石和胶凝 材料级配,结果见表1。 表1混凝土原材料级配 瓣 撰 砥; 为满足混凝土耐久性能要求,采用Andreasen 模型计算时需要预设约束条件。对于C50混凝土配 合比,预设水泥为0.134体积比例,由矿物掺合料 优掺试验可知,掺人一定量的矿物掺合料能显著提 高混凝土抗渗性,故预设粉煤灰为0.0488体积比 例。经规划求解得到配合比中原材料体积比为v 石1v石2v砂v水泥v粉煤灰v矿渣 粉O.2660.220.3160.1280.04650.0224。原材 料的计算级配与理论级配曲线见图4。 为验证该计算级配的合理性,选取粗骨料不同 比例73、6.53.5、64、5.54.5和55进行紧密堆积 试验,结果见图5。由图5可知,当两种碎石的比例 为64时,粗骨料具有最小空隙率,而计算得到碎石 比例为5.54.5,与实堆最佳值接近,造成二者偏差 的主要原因是计算模型将实际粒形为棱角状的碎 石视为理想球体。采用实际堆积最佳比例对计算级 配进行修正,得到C50混凝土配合比,并对该混凝 土综合性能进行了检测,结果见表2。 由表2可知,与C50混凝土常用胶材用量480~ 490kg/m 相比,本配合比胶材用量降低了20kg/m , 拌和物工作性及硬化混凝土的力学性能、耐久性能 较好。 2.2混凝土表面强化 众所周知,混凝土结构退化如化学侵蚀、冻融 剥蚀等均由表层发展至钢筋位置,因此,混凝土结 构耐久性与其表层质量密切相关。透水模板布可降 低表层混凝土孑L隙率 ,是有效增强混凝土结构的 41.O 40.5 40.0 39.5 褂 篮39.O 38.5 38.O 37.5 37.O 粒径/p.m 粗骨料比例 图4原材料计算与理论级配 图5粗骨料的实际紧堆空隙率 表2基于紧密堆积的高性能混凝土配合比及其综合性能 一3一 踮 ∞∞∞∞∞m 0

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