大體積高強纖維素纖維砼研究

徐 樸 ，趙 燕

1.中鐵大橋局集團一公司試驗檢測中心，河南鄭州 450000

2.洛陽路橋建設集團第一工程有限公司，河南洛陽 471000

0 引言

隨著我國國力日益昌盛，基礎建設也越來越受到國家的重視，大體積高強纖維砼也越來越多，對此類砼的研究，具有普遍指導意義。本文結合富陽鹿山大橋工程特點，對該類砼配合比設計和施工進行分析研究。

1 工程概況

鹿山大橋位于浙江省富陽市， 是鹿山分區和春江分區之間跨越富春江、實現兩區連接的重要城市橋梁。工程起點與320國道相交，自北向南跨越富春江及兩條沿江大道，終點與新中公路相接。路線總長2.422km，其中橋梁長約1.502km。該橋主橋為118+256+118三跨雙塔單索面預應力砼斜拉橋，主跨跨徑大，技術比較復雜。設計使用壽命為100年。其中主梁0號塊為C60纖維素纖維砼，其最小邊長3.195m，方量為1200m3，屬于大面積、多方量的大體積砼。

2 砼配合比設計原則

2.1 大體積砼定義

現場澆筑的最小邊尺寸為1～3 m ， 且必須采取措施以避免水化熱引起的溫差超過25℃的砼稱為大體積砼。

2.2 設計原則

1）選用質量穩固、低水化熱和含堿量偏低的水泥，盡可能避免使用早強水泥和C3A含量偏高的水泥；

2）選用堅固耐久、級配合格、粒形良好的潔凈集料；

3）為降低砼內部的溫升和水化熱，盡可能摻加優質粉煤灰等礦物摻合料；

4）盡可能降低拌合水用量，采用高效減水劑；

5）限制每立方米砼中膠凝材料的最低和最高用量，盡可能減少膠凝材料中水泥的用量；

6）摻加纖維，減少砼裂縫的產生。

3 砼配合比的主要設計途徑

大體積高強砼配合比的設計及優化應根據大體積砼的結構特點和溫控要求進行，嚴格控制砼的溫度升降變化，是控制大體積砼溫度裂縫的有效方法。

超細粉由于其填充效應、流化效應和后期活性效應，添加粉煤灰可以明顯降低泌水率，降低早期水化熱，改善粗集料周圍界面結構，改善砼結構和體積穩定性，提高耐久性，而且由于Ⅰ級粉煤灰價格低于水泥價格，因而提高取代率從經濟成本比較上也是合理的。

普通大體積砼具有收縮大、抗拉強度低、極限延伸率小以及抗沖擊性差等缺點。在大體積砼中加入纖維素纖維可以提高砼的抗拉強度；限制砼早期由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發生和擴展；阻止砼破壞時裂縫擴展，使砼在開裂后仍能保持一定的抗拉強度，同時具有較高的荷載傳遞能力。提高了砼的變形能力與彈性模量。纖維素纖維除了能控制砼塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂紋，防止及抑制裂縫的形成及發展，大大提高砼的抗滲性能、抗凍融性能等一般纖維的優點外，還具有和水泥親和力強，促進水泥水化，減少砼泌水等特殊性能。

3.1 砼的原材料選用

3.1.1 水泥

水泥廠應能穩定工藝，控制水泥質量波動，降低水泥質量的離散性，盡量不使用立窯水泥，不宜使用早強水泥、水化熱較高和高C3A含量的水泥，控制熟料中C3A含量可以降低水泥早期水化熱、降低水泥與外加劑適應性問題?；诖?，我們優選采用了浙江尖峰P·O 52.5水泥，其主要檢測技術指標如表1。

表1 水泥的技術指標

3.1.2 粉煤灰

大體積砼通過等量或超量取代的方法摻加粉煤灰可以防止早期裂紋，還可以提高砼的耐久性，其作用如下：

2）顯著改善砼和易性；

3）提高砼的密實性和強度；

4）提高砼抗滲性；

5）提高抗Cl-離子滲透；

6）提高抗堿——集料反應；

7）提高抗硫酸鹽侵蝕。

本橋采用寧波北侖電廠生產的I 級粉煤灰， 其技術指標見表2。

表2 粉煤灰的技術指標

需水量比（%） ≤95 93燒失量（%） ≤5.0 4.61三氧化硫（%） ≤3.0 0.21游離氧化鈣（%） ≤1.0 0.54

3.1.3 粗集料

農歷正月十六，家中的老奶奶或媽媽聞雞而起，從北鍋臺鍋底取下鍋底黑灰，在睡夢香甜中的兒孫們的腦門上或臉上抹上點黑灰，目的是避免兒孫們受到鬼怪邪魔的侵擾，保佑兒孫們一年平安。年輕人都起得很早，帶著鍋底黑灰到親屬家、到左臨右舍家相互涂抹黑灰。有的懶散的人起的晚了，在被窩里就被人家抹的滿臉黑，走在大街上的人們不論認識與否，都會趁對方不備，突然襲擊，抹個滿臉黑。這一天，最倒霉的是當嫂子的，她們成了前來抹黑者的主攻對象，孩子們也屋里屋外你追我趕，相互涂抹，活動場面非常活躍熱鬧。

粗集料的級配和顆粒形狀對砼的性能至關重要，級配好、粒形好的碎石在砼中與水泥石的界面結合狀態好，配制的砼密實度高、流動性大。大體積砼宜優先選擇連續級配的粗集料配制。使用連續級配的粗集料配制的砼工作性能較好， 可以減少用水量和水泥用量， 減小絕對溫升，從而降低了砼的溫升。這里我們采用了富陽下際石料廠的5～10mm和10～25mm兩級配組合碎石，其壓碎指標5.0%，針片狀含量4%，堅固性2.0%，含泥量0.5%，泥塊含量0.20%。

3.1.4 細集料

采用贛江產的中粗砂，其細度模數2.7，含泥量1.1%，泥塊含量0.4%，云母含量0.2%。

3.1.5 減水劑

減水劑的性能是降低砼水灰比、增大坍落度的關鍵，我們采用山西黃騰減水劑廠生產的HT-HPC聚羧酸類高效減水劑，其主要檢測技術指標如表3。

表3 減水劑的技術指標

3.1.6 拌合及養生用水

拌合及養生用水采用富春江水，其主要檢測技術指標如表4。

表4 水的技術指標

3.1.7 纖維素纖維

在這里我們采用瑞高實業所提供的WEYTHIN纖維素纖維，它是新型的復合纖維，屬于低彈模級材料，基體采用美國本土經基因改良的沼澤松木中提取到的高純度纖維素纖維，單絲纖維外形成扁平狀。在大體積砼中添加纖維素纖維可以大幅提高砼的均質性，有效抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫，同時可以改善砼的抗滲性、抗凍融性，提高砼的耐久性。其比表面積2490m2/kg，彈性模量8.5GPa，抗拉強度960MPa，推薦摻量0.9kg/m3。

3.2 砼配合比試配

確定了配合比的各種材料及骨料的級配，然后依據《普通砼配合比設計規程》（JGJ 55- 2000）和纖維砼結構技術規程（CECS 38- 2004）的有關規定進行大體積砼配合比設計，再按《普通砼拌和物性能試驗法標準》（GB/T 50080- 2002）和《普通砼力學性能試驗法標準》（GB/T 50081- 2002）的有關規定進行砼的室內試拌和新拌砼性能的各項試驗以及試件的力學性能試驗，試驗結果如表5。

由上表可看出，A#、B#配比較理想，但A#配比砼比B#較為粘滯，不利于現場砼泵送施工，且A#配比水泥用量較多會產生更大的水化熱，因此從砼耐久性、工藝性、經濟性和現場控制要求綜合考慮，配比初步采用B#為基準配比。接著我們對B#配比砼進行耐久性試驗，結果見表6。

表6 選定配合比砼耐久性技術指標

經耐久性試驗B#配比所得試驗數據符合要求，因此選用B#配比。

4 砼的現場控制和質量控制

為提高砼的工藝性能、降低砼溫升，粗細集料盡量在拌和前先潤濕，同時，由于砼中水泥用量小、相對減水劑摻量較大，因此砼性能對原材料和環境溫度等變化較為敏感，適時調整工藝參數頗為重要。

由于該砼粘聚性大，攪拌困難，現場宜采用雙臥軸強制式攪拌機。攪拌時，先向攪拌機投入骨料、水泥、粉煤灰、纖維素纖維和水，攪拌60s后，再加入減水劑繼續攪拌至攪拌均勻，即減水劑采用滯水法摻入，以提高減水效果和砼性能。因摻入纖維素纖維所以攪拌時間宜適當延長20～40s直至纖維素纖維能完全分散到砼拌合物中去。

由于該砼水膠比小、密實度大，砼表層水分蒸發后，內部靠毛細管難以補充，造成表面干燥失水，形成干縮裂紋，因此應提前保濕養護，采用一層塑料膜加二層草袋，較厚處采用二層塑料膜加三層草袋保持表面潤濕，并適當延長濕潤養護的時間，可提高后期強度、彈模和耐久性，提高結構表層砼的密實性、均勻性，降低砼硬化收縮應力，防止裂縫產生。

現場取樣立方體抗壓強度試件12 組， 在標準恒溫恒濕養護室中進行養護，28天平均強度69.6MPa，達到室內試配強度的94.3%，最低強度68.9MPa， 標準差3.60MPa， 全部滿足C60 設計強度等級的要求。主梁0#塊經業主、設計、監理各方根據規范要求檢查， 未發現裂縫、滲漏及其它質量問題。

5 結論

1）大體積砼配合比設計， 應從控制溫度差的角度出發， 防止產生溫度裂縫；

2）嚴格控制原材料質量是避免大體積砼裂縫的關鍵；

3）控制水泥用量，合理摻用礦物摻合料，延長砼齡期、合理選用高效減水劑等方法是降低水化熱的有效途徑；

4）在砼中可適當摻入纖維素纖維，對抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫有明顯的效果，還可提高砼的耐久性；

5）砼澆搗完畢后， 做好混凝土水化熱溫度的觀測記錄，及時開啟冷卻循環水管，冬季應及時用保溫材料覆蓋， 并澆水保濕控制溫差。

表5 砼配合比試配試驗結果

[1]公路橋涵施工技術規范（JTJ41-2000）.

[2]普通砼配比設計規程（JGJ55-2000）.

[3]普通砼拌和物性能試驗法標準（GB/T50080-2002）.

[4]普通砼力學性能試驗法標準（GB/T50081-2002）.

[5]水泥砼和砂漿用合成纖維（GB/T21120-2007）.

[6]纖維砼結構技術規程（CECS38-2004）.

[7]孫忠義,王建華.公路工程試驗工程師手冊.人民交通出版社,2004(1).