石首市團山河橋梁高性能混凝土試驗芻議

何秄僷 劉富學

（1.遼寧城市建設職業技術學院，遼寧 沈陽 110122；2.武漢工業學院土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430023）

石首市團山河橋梁高性能混凝土試驗芻議

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（1.遼寧城市建設職業技術學院，遼寧 沈陽 110122；2.武漢工業學院土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430023）

根據依托工程石首市團山河的橋梁，在建設過程中進行了高性能混凝土配合比試驗、彈性模量試驗和收縮與徐變試驗。通過實驗研究對高性能混凝土的強度、耐久性和工作性等提出了新的要求，并結合其各項高性能指標，應選用試驗指定的各種配合材料，這些對橋梁混凝土結構的設計與施工有著重要的指導意義。

混凝土；高性能；變形；試驗

1 概述

石首市團山河橋是大橋新建工程的一部分，橋全長 537.24m，寬 9.5m（7＋2×1.25m），預應力混凝土T型梁作為上部結構（17孔×30+20米），基礎采用Φ1.5米鉆孔灌注樁，橋臺采用樁肋式橋臺，橋墩采用樁柱式橋墩。

2 高性能混凝土配合比試驗

2.1 高性能混凝土的特點

普通混凝土由水泥、水和集料組成，基本只能滿足力學性能。高標號水泥和高能外加劑的生產，并選用優質超細摻和料，成功的配制出高強度混凝土。它在滿足力學性能要求和施工工藝要求的同時，減少了工程造價，增長了混凝土結構的壽命周期。

2.2 高性能混凝土的性能要求

2.2.1 混凝土的強度：高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa，它的早期強度增長較快。在大型工程中，養護28d后，高性能混凝土平均強度能達到100～120MPa。但后期強度增長較慢，所以混凝土的實配強度應比原設計強度大5%左右。

式中：Rh-配合比強度；

Ro-設計基準強度；

σ-混凝土強度的標準差，按表1選用；

K-混凝土標準差的倍數，定為1.645；

a-高性能混凝土提高系數，取值范圍1.0-1.1；

t-溫度修正值，一般情況取1.0。

表1 標準差σ值表

2.2.2 耐久性：高性能混凝土的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實性和抗滲性，因此，其抗化學腐蝕性也能顯著優于普通強度混凝土。

混凝土以下特性受耐久性影響：

a.抗滲性：影響耐久性的關鍵因素是混凝土抵抗壓力滲透的特性。混凝土強度與內部結構抗滲性和致密性成正比。集料粒徑變大會使抗滲性變差。當水灰比大于0.5時，會使混凝土抗滲性快速降低。

b.抗侵蝕性：混凝土抗侵蝕性隨密實性變高而變高。

c.體積穩定性：普通混凝土的彈性模量為25GPa左右，而高性能混凝土的彈性模量為45GPa左右，高彈性模量使體積穩定性更高。

d.抗碳化性：混凝土的抗碳化性能與混凝土密實性、水灰比大小、水泥及外加劑品種、所處外界環境等因素有關。

e.抗堿性——指水泥中所含的堿和活性物質發生反應，其反應生成物在有水的條件下吸水膨脹，而周圍已硬化水泥石限制其膨脹，從而使混凝土開裂崩潰。

2.2.3 工作性：它包括了流動性、粘聚性、保水性。流動性大，則易于遠距離輸送且均勻密實，此時用坍落度和塌落損失來評價；粘聚性好，則拌和物不易分層離析，保持整體均勻；保水性好，則拌和物凝結后強度能達到要求。

2.3 混凝土配合比優化

在室內環境條件滿足的情況下，選擇最優的混凝土配合材料，嚴格根據混凝土配合步驟，試驗得到了混凝土C60強度下的配合比和其他一些性能指數如表2、表3所示。

表2 C60混凝土的配合比

其中：水泥-普通硅酸鹽水泥Po625

外摻料-磨細礦渣（比表面積大于600m2/kg）

砂-中粗砂

石子-10-20mm碎石

外加劑-KFDN-SP8（深圳兆深建筑化工集團生產）外加劑、武進（武進外加劑廠）外加劑

表3 混凝土拌合物性能和混凝土強度

3 混凝土靜力彈性模量試驗研究

3.1 原材料及配合比

在上述混凝土配合比優化的試驗條件下，得到表4所示試驗數據：

表4 混凝土的配合比及各種材料的用量（kg/m3）

3.2 試驗方法

參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）,并結合靜力受壓彈性模量試驗方法，采用150×150×300mm棱柱體形狀的試件模型，并施加50%的軸心抗壓強度的應力，用割線模量來測定每組的六個混凝土試件彈性模量。

根據下面混凝土的彈性模量值計算公式

可以算得高強度混凝土在不同條件下的彈性模量值。

其中式中：

Ec-混凝土彈性模量（MPa）

Pa-50%軸心抗壓強度時的荷載應力（N）

Po-初始荷載（N）

A-試件承壓面積（mm2）

△-最后一次從Po加載到Pa時試件兩則變形差的平均值（mm）

L-測量標距（mm）

3.3 試驗結果

根據上面原材料、配合比和靜力受壓彈性模量的試驗方法，得到兩個不同配合比的軸心方向抗壓強度，結果見表5所示。

表5 W1混凝土軸心方向抗壓強度（MPa）

在靜力受壓彈性模量的試驗中，施加50%軸心方向抗壓強度的調控荷載，可以得到如表6和表7所示結果。

表6 W1混凝土的彈性模量

表7 W2混凝土的彈性模量

4 高強度混凝土的收縮、徐變現象試驗研究

4.1 試驗方法

根據規范SD105-82，結合水工方面的混凝土試驗方法進行試驗。30t彈簧徐變機一個，尺寸為φ150cm×45cm園柱體試件每組兩個。先加載試件抗壓強度是Rφ×1/3的應力在相互疊和且豎置的試件上，而徐變抗壓強度則取15cm×15cm×15cm試件強度R的85%。且在試件的中心需有DI-25型電阻應變計埋設。加荷所選用的齡期分別為 3d、7d、28d、90d、180d。且需設兩個補償試件。

其中：徐變試件強度：度Rφ=0.85R

徐變加荷的應力：σc=Rφ/3。

4.2 試驗結果

4.2.1 徐變：利用試驗實際得到數據進行實際方案的對比、并根據徐變度估算公式類型和計算擬合求出混凝土在兩種不同情況下的徐變度，其表達式如下：

式中：在荷載保持的齡期為（t-τ）齡期下，第 τ天 C（t,τ）加荷徐變度（10-6/MPa）；系 數 C1，C2，D1，D2，m1，m2，k1，k2 均 是擬合。

4.2.2 徐變松馳系數：應力松馳是指在荷載作用下，混凝土結構如保持變形不變，而回彈應變分量逐漸降低，導致應力和松馳系數隨持荷時間的變長而變小。

設混凝土在齡期τo時受到變應力σ（τ）作用下，任意時刻的總變形為：

根據上式數值計算出的σ（τ）即為松馳系數。實踐證明，充分利用當地易得的原材料，經過多次實驗方案優選，得到編號W1的混凝土徐變度要大于編號W2的混凝土徐變度。

結語

上述所有試驗結果用于石首市團山河橋梁，該工程使用混凝土總量為60#混凝土1.01萬立方米。混凝土工程質量合格率100%，優良率100%。

[1]唐崇釗.混凝土的徐變力學與試驗技術[J].水利電力出版社，1982.

[2]黃國興，惠榮炎.混凝土的收縮[J].中國鐵道出版社，1990.

[3]威特曼，馮乃謙，等譯.高性能混凝土-材料特性與設計[J].中國鐵道出版社，1998.

[4]馮乃謙.高性能混凝土技術[J].原子能出版社，2000.

[5]周履，陳永春.收縮、徐變[J].中國鐵道出版社，1994.

[6]惠榮炎，黃國興，易若冰.混凝土的徐變[J].中國鐵道出版社，1988.

[7]何曉鳴，鄭權，趙群威.荊州長江公路大橋高性能混凝土試驗研究[J].武漢工業學院學報，2005.

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