摘 要:通過涼水河特大橋下部結構高性能混凝土的試驗研究,試配出符合設計和施工要求的配合比,提出相應的技術措施,并對摻用兩種外加劑的配合比進行綜合評價。
關鍵詞:公路橋梁; 高性能混凝土; 配合比
中圖分類號:U445147 + 1 文獻標識碼: B
文章編號: 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和控制工程之一,位于北京市通州區,跨越涼水河、鳳港減河、北京六環道路和多條公路干道。
該橋處于化學侵蝕和凍融破壞環境,環境作用等級為H3和D2,設計使用年限為100年,混凝土耐久性要求較高。大橋下部結構(鉆孔樁、承臺、墩身)混凝土強度等級為C30,采用泵送工藝。根據《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》(鐵建設[ 2005 ] 157號)和《鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準》(鐵建設[ 2005 ]160號)確定混凝土各項技術指標見表1。根據前期有關研究成果,并經過大量的現場試驗,試配出了符合設計和施工要求的高性能混凝土。
2 配合比設計
2．1 計算
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% ,計算出理論配合比見表2。
2．2 試拌
經過試拌,選取基準配合比見表3。
2．3 基準配合比調試
采用表2的配合比,用檢驗合格的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度、含氣量、抗滲、抗凍、電通量試驗。
2．4 配合比優化
采用正交設計,認真分析影響混凝土性能的各種因素,并比較和易性、強度、坍落度、擴展度、含氣量、電通量、抗凍、抗滲、抗裂等性能。從而選定了符合要求的2個混凝土配合比。1個是摻聚羧酸外加劑的配合比, 1個是摻萘系外加劑的配合比。
3 檢測合格的各種原材料性能指標
3．1 水泥
檢測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。各項指標見表4。
3．2 粉煤灰
檢測合格的粉煤灰有天津華鵬建材的Ⅰ級粉煤灰、天津第一電廠的Ⅰ級粉煤灰、天津盤電的Ⅰ級粉煤灰。各項指標見表5。
3．3 礦粉
檢測合格的礦粉有天津華鵬建材的S95級礦粉、唐山鼎華的S95級礦粉。各項指標見表6。
3．4 砂
檢測合格的砂有河北遵化河砂、河北新樂河砂。各項指標見表7。
3．5 碎石
檢測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。各項指標見表8。
3．6 外加劑
檢測合格的外加劑有天津雍陽的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。各項指標見表9。
3．7 水
將各個拌和樓拌和混凝土的水均送鐵科院鐵建所檢測,結果合格。試拌混凝土時,用堿含量和氯離子含量都較高的2號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準規定值,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超過。拌和用水的各項指標見表10。
4 采取的技術措施
4．1 優選骨料
堿骨料反應(AAR)是導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% ,而標準規定值小于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% ,均超過標準規定值0．10% ,因此,對砂采用快速砂漿棒法、對碎石采用巖石柱法進行檢測得知,使用的礦物摻和料對活性骨料具有良好的抑制膨脹作用。
碎石采用3種級配: 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%;砂采用細度模數2．5～3．0的中砂。碎石和砂的含泥量和泥塊含量等指標必須滿足要求,凡進廠有超標的要求廠家沖洗合格。通過骨料的優選實現了混凝土內部結構的改善。
4．2 選用優質外加劑
經過試配,發現萘系減水劑雖然提高摻量后減水效果可滿足要求,但抗凍、抗滲、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。經過比較2個配合比及相關性能得出如下結論:
(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、抗滲性、電通量、抗裂性等指標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于摻萘系減水劑的混凝土,但兩者價格相當。
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,增進后期強度,并改善混凝土的內部結構,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的要求,從而提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。
4．4 選用優質的礦物摻和料
采用Ⅰ級粉煤灰和S95級的礦粉,并且在鐵科院鐵建所檢測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、抗壓強度以及混凝土的總堿含量和總氯離子含量,選定的2個配合比及各項性能指標如下:
(1)摻聚羧酸外加劑的混凝土配合比及各項指標見表11。
(2)摻萘系外加劑的混凝土配合比及各項指標見表12。
兩個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級粉煤灰、天津華鵬建材的S95級礦粉、河北遵化河砂、天津薊縣5～31．５mm碎石、天津雍陽的UNF 5AST聚羧酸外加劑、河北瑞幫UNF 3B萘系外加劑。
6 工程應用情況
6.1現場使用情況
摻萘系外加劑的混凝土現場反映由于外加劑摻量大,對摻量很敏感;稍微提高摻量混凝土就發黃,外觀不太好看,并有輕微泌水現象;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。監理評價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
現場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,結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．% ,相對動彈模量為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．% ,相對動彈模量為98%．
7 結語
為提高混凝土結構的耐久性,人們越來越注重采用高性能混凝土。當前,阻礙高性能混凝土廣泛應用的主要原因是費用比較。由于原材料中的超塑化劑和超細磨的細摻料價格較高,加上質量控制要求較嚴格也會增加一些費用,使高性能混凝土比常規混凝土的單價稍高,因此往往不易被用戶接受。其實混凝土材料費用在工程總價中所占的比例是很小的。通過涼水河特大橋下部結構高性能混凝土的試驗研究,筆者認為,高性能混凝土的性能優良,且增加的投資有限;從提高結構的安全性、耐久性和減少維修成本出發,高性能混凝土應該在鐵路工程中得到普及使用。
參考文獻:
[1 ] 鐵建設[2005 ]157號,鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定[S].
[2 ] 鐵建設[ 2005 ]160 號,鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[S].
