C50高性能混凝土在箱梁施工中的應(yīng)用

游其勇 陳仕剛

(1.武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢 430023;2.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100097)

0 引言

在早期我們國(guó)家橋梁工程的建設(shè)中，混凝土的強(qiáng)度是混凝土質(zhì)量控制的最重要指標(biāo)，忽視結(jié)構(gòu)的耐久性。這造成很多橋梁在服役十年以后出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，甚至有些橋梁的結(jié)構(gòu)承載力下降厲害，需要耗費(fèi)大量的資金去維修加固。近些年來(lái)，高性能混凝土從國(guó)外引入國(guó)內(nèi)，具有高耐久性、高強(qiáng)度和大流動(dòng)性優(yōu)良品質(zhì)的高性能混凝土逐漸成為工程技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)。

在普通混凝土的基礎(chǔ)上添加一些礦物摻合料和減少水泥用量，在滿足混凝土的各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)的同時(shí)，也具有高耐久性，我們稱之為高性能混凝土［1］。高性能混凝土配合比［2-4］和耐久性的研究［5-7］為高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用提供了較好的技術(shù)支持。

本文根據(jù)實(shí)際工程的需要，以礦粉和粉煤灰兩種摻合料為主進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)制備C50高性能混凝土在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用。

1 高性能混凝土制備要點(diǎn)

1.1 主要原材料的選取

各種原材料的選用均應(yīng)滿足國(guó)家和公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定［8］，由于耐久性的要求，高性能混凝土的原材料要求很嚴(yán)格。水泥不僅要求強(qiáng)度高，而且還需要較好的流動(dòng)性，能和外加劑較好的相容。

高性能混凝土代替水泥的摻合料使用最多的是粉煤灰和礦粉。粉煤灰宜選用需水量少、細(xì)度小和有害物質(zhì)少的優(yōu)質(zhì)粉煤灰;礦粉應(yīng)選擇活性指數(shù)高，且不低于S95級(jí)的礦粉。

集料中的細(xì)集料應(yīng)采用細(xì)度模數(shù)在2.6～3.0之間級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的中砂，粗集料盡量選用10～20和5～10二級(jí)配、質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

現(xiàn)有一些研究表明［1］:高性能混凝土要同時(shí)達(dá)到施工和易性和強(qiáng)度要求，漿體和骨料的比例接近35∶65。低水膠比和礦物摻合料使得高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)麻煩一些，可先使用常規(guī)水灰比法初步確定水泥和水的用量，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試拌確定合適的配合比，為保證各種原材料拌合均勻，試拌時(shí)間宜大于180 s。

對(duì)合適配合比的試件養(yǎng)護(hù)成型，按照規(guī)范要求對(duì)試件性能進(jìn)行檢驗(yàn)，試件各項(xiàng)指標(biāo)必須滿足施工規(guī)范［8］對(duì)高性能混凝土性能的要求。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

跨越某高速公路互通的分離式立交，平面位于直線上，縱面位于2%的上坡路段，橋梁總寬度12 m。上部結(jié)構(gòu)采用2×22+30+22預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩為雙圓柱墩配樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為承臺(tái)分離式橋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。箱梁C50混凝土采用高性能混凝土。

2.2 混凝土的原材料

各種原材料須符合相關(guān)規(guī)范和規(guī)程的要求。市場(chǎng)上采購(gòu)的水泥主要技術(shù)指標(biāo)見表1，S95級(jí)礦粉主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 水泥主要技術(shù)指標(biāo)

表2 S95級(jí)礦粉主要技術(shù)指標(biāo)

一級(jí)粉煤灰細(xì)度為10.1%，燒失量為3.97%，堿含量為1.41%，需水量為93%，三氧化硫?yàn)?.57%;細(xì)集料采用河砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，含泥量為0.6%;粗集料采用二級(jí)配人工碎石，最大公稱直徑20 mm，壓碎指標(biāo)為9.7%;采用的減水劑減水率為29%，堿含量為5.43%。當(dāng)?shù)厣钣盟|(zhì)量較好，能滿足配置高性能混凝土的要求。

2.3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)高性能混凝土配合比的要求，選用低水膠比來(lái)降低混凝土內(nèi)部空隙，粉煤灰和礦粉摻合量控制在25%左右。采用不同水膠比的配合比試件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次試配，選定的三組配合比見表3。

表3 C50混凝土配合比 kg/m3

對(duì)表3的三組配合比的混凝土拌合物試件進(jìn)行混凝土坍落度、擴(kuò)展度、含氣量和抗壓強(qiáng)度性能測(cè)試，具體指標(biāo)值見表4。

表4 C50混凝土拌合物性能測(cè)試值

從表4中可以看出，綜合比較三組試驗(yàn)結(jié)果，C-2組配合比為室內(nèi)試驗(yàn)最佳配合比，可以直接在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)制備C50混凝土

根據(jù)以上室內(nèi)試驗(yàn)最佳配合比，在施工現(xiàn)場(chǎng)制備C50高性能混凝土，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)制備的混凝土性能和耐久性進(jìn)行測(cè)試?；炷列阅苤笜?biāo)見表5，混凝土耐久性指標(biāo)見表6。

從表5中可以看出:同一配合比現(xiàn)場(chǎng)制備的混凝土性能指標(biāo)和室內(nèi)試驗(yàn)混凝土性能指標(biāo)值非常接近，同時(shí)這些指標(biāo)值能滿足規(guī)范和規(guī)程的要求，混凝土的早期強(qiáng)度很高，接近50 MPa，完全能適應(yīng)施工要求。

表5 現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土性能測(cè)試值

表6 現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土耐久性測(cè)試值

從表6可以看出:混凝土的電通量滿足規(guī)范要求，電通量的值隨時(shí)間的增長(zhǎng)而下降;混凝土的碳化值較小，符合設(shè)計(jì)要求;混凝土的收縮隨時(shí)間的增長(zhǎng)而變大，也滿足規(guī)范要求。

現(xiàn)場(chǎng)施工的混凝土效果很好，C50箱梁外觀顏色均勻，強(qiáng)度高，完全滿足設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土由于用粉煤灰和礦粉代替水泥，因而減小了水泥的用量。市場(chǎng)上優(yōu)質(zhì)的粉煤灰和礦粉的價(jià)格低于P·O42.5水泥的價(jià)格，使得高性能混凝土的單價(jià)明顯小于同強(qiáng)度的普通混凝土，降低了生產(chǎn)成本，估計(jì)該項(xiàng)目每立方米高性能混凝土成本比普通混凝土低58元。

高性能混凝土不僅有著直接的經(jīng)濟(jì)效益，間接的社會(huì)效益也非常明顯，粉煤灰和礦粉為工業(yè)廢渣，摻入混凝土后，減少了廢渣的處理成本，水泥用量的減少相應(yīng)的減少了生產(chǎn)水泥過(guò)程中能耗，減小污染。

高性能混凝土由于摻入粉煤灰和礦粉，大大改善了混凝土的流動(dòng)性，非常適合鋼筋密集位置混凝土的施工，減小了鋼筋密集區(qū)混凝土的施工難度。

［1］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

［2］韓建國(guó)，閻培渝.系統(tǒng)化的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006，34(8)：1026-1030.

［3］王瑞燕，田文玉，熊出華.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27(4)：252-254.

［4］溫 平.極端環(huán)境下C50高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究［J］.混凝土與水泥制品，2012，189(1)：17-20.

［5］孫鑫鵬，李益進(jìn)，尹 健.超細(xì)粉煤灰高性能混凝土耐久性試驗(yàn)研究［J］.粉煤灰，2010(1)：14-17.

［6］王成啟，張悅?cè)?復(fù)摻粉煤灰與礦渣粉的海工自密實(shí)高性能混凝土試驗(yàn)研究［J］.水運(yùn)工程，2012，463(2)：40-45.

［7］宋國(guó)芳，李 涓.高性能混凝土的發(fā)展及其在路橋建設(shè)中的應(yīng)用［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2012，30(6)：950-954.

［8］JTG/T F-50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.