大桥箱梁流态混凝土的试配及性能试验.pdf

第 3 5卷 ， 第 3 期 2 0 1 0年 6月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 5No 3 J u n， 2 0 1 0 大桥箱梁流态 混凝土的试配及性能试验 陈培德 ( 厦门市 交通建设工程检测有限公司 ， 福建 厦门 3 6 1 0 0 6 ) 摘要公路桥涵箱梁 混凝 土强度等级一般为 C 5 0C 6 0 ， 施工上采用 泵送工艺 ， 要求 混凝土具有较 大坍落 度 ， 并且经时坍 落度损失小 。 探讨 了配制流态箱梁混凝 土时原材 料的选用及对 混凝土性 能的影 响， 坍落度 损失的 控制方法 。还介绍 了流态箱 梁混凝土 的物理力学性能和抗氯离子侵蚀能力的试验数据。 关键词流态混凝土 ；配合比 ； 箱梁 ； 坍落度 ； 力学性能 中图分类 号U 4 4 8 2 1 3 文献标识码B 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 3 6 0 4 Fl u i d Co n c r e t e o f Bo x Be a m i n Br i d g e s M i x i n g a n d Pr o p e r t i e s Ex p e r i me n t CHEN Pe i de ( X i a m e n T r a f f i c C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g D e t e c t i o n C o ， L t d ， X i a me n ， r u j i a n 3 6 1 0 0 6 ， C h i n a ) Ke y w o r d s fl u i d c o n c r e t e ； mi x p r o p o r t i o n ； b o x b e a m； s l u m p ；m e c h a n i c a l p r o p e rt y O 前 言 公路上桥梁箱梁强度等级为 C 5 0C 6 0高性能 混凝 土的应 用 已经 越 来越 多 ， 在 以往 的施 工 中 都采 用现 场搅拌 和 吊斗 运 输 ， 工程 应 用 中发 现 这 种方 法 存在施工速度慢 ， 混凝 土质量不稳定 的问题。集 中 预拌和泵送工艺具有机械化程度高、 速度 快、 工效 高、 混凝土质量稳定的优点。可以解决桥梁高性能 混凝土施 工 中出现 的上述 问题 。混 凝土 的泵送 工艺 要求混凝土呈流态 ， 具有较大的坍落度， 一般为 1 5 0 2 0 0 mm 。 配 制 流 态 箱 梁混 凝 土 可 以通 过掺 加 高 效 减 水 剂 、 活性掺合料 以及选用优质原材料来实现。在本 文中着重探讨了配制流态箱梁混凝土时原材料的选 用及对混凝土性能的影响， 坍落度损失的控制方法， 流 态箱梁混 凝土 的部分物 理力 学性能 和抗氯 离子侵 蚀 能力 。 l 流态箱梁混凝土的试配 1 1 原材料 选择 1 1 1 粗 骨料 与试配 低 坍落 度 箱梁 混凝 土 相 比， 流态 箱梁 混 凝土对原材料的要求更高 ， 尽可能地减少对强度和 流动性 的不 良影 响 。从 粗 骨料 的颗粒级 配 、 含 泥量 、 针片状颗粒含量三个性能指标看 ， 含泥量对混凝土 强 度 的影 响最 大 ， 针 片状 颗 粒含 量 次 之 。 由于流 态 箱梁混凝土中含有较多 的水泥砂浆 ， 粗骨料的级配 对 工作性 和强 度 的影 响相 对 要 小 。 试 验 结果 见 表 1 。 表 1 粗骨料性能对强度的影响 注 ：混 凝 土 配合 比为 ： 水 泥 ： 粉 煤 灰 ： 矿 渣 ： 砂 ： 碎 石 ： 水 ： 外 加 剂 =3 2 0 ： 6 O ： 1 2 0 ： 6 5 9 ： 1 0 7 6 ： 1 5 0 ： 5 0。 1 1 2细骨料 细骨料应选用含泥量小的河砂 ， 砂的细度模数 直接影响混凝土的用水量 ， 为了在不 降低流动度的 情况下减少混凝土的用水量 ， 降低混凝土的水灰 比， 细度 模数 为 2 8 3 1 之 间 的砂 较合适 。 1 1 3水泥 水 泥 的 强度 是 确定 混 凝 土 强 度 的一 个 主 要 因 素。配制流态箱梁混凝土， 必须保证混凝土强度 ， 所 收稿 日期 2 0 0 9 1 1 0 9 作者简 介陈培德 ( 1 9 6 5 一) ， 男， 福建泉州人 ， 工程师 ， 主要从事公路桥梁检测试验工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 陈培德 ： 大桥箱梁 流态混凝土的试配及 性能试 验 1 3 7 以选择 强度 较高 的 水 泥尤 为 重 要 。一般 来 说 ， 水 泥 强度不 宜小 于所 配制混凝 土 的强度 等级 。 1 2水 灰 比 的 确 定 混 凝 土 的强度 与灰水 比的关 系是线 性 关 系 ， 对 于普通 碎石混 凝土 可 以用 直线方 程 ： ， 1 、 枷= 0 4 l 一 0 0 7 l ( 1 ) 、 表示。从理论上讲 ， 流态箱梁混凝土的强度与灰水 比的关系也可从这条直线上延伸而得到。但高强度 等 级混凝 土与普 通混 凝 土 水 灰 比相 差 很 大 ， 低 强 度 等 级混凝 土 水 灰 比较 大。水 泥 的 水 化 反 应 进 行 充 分 ， 高强度 混凝 土水 灰 比低 ， 其 中一部 分水 泥颗粒 未 能水化 ， 只起 到填充 作用 ， 所 以按 公 式 ( 1 ) 计算 出的 强度 比对应灰 水 比试 验检 测 的强度 高。 因此水灰 比 必须 由试验 或参 照经验 数据确 定 。 1 3掺合料 流态 箱 梁混 凝 土水 泥 用量 较 大 ， 此 时 再继 续增 大水 泥用量 对混凝 土后 期 的耐 久性 能会造成 不利 影 响。在混凝土中掺入部分活性掺合料， 不仅可 以起 充 填作 用 ， 其 活性 组 分 还 可 与 C a ( O H) ： 反 应 生 成 C S H凝胶 ， 提高混凝 土强度 。对于流态 箱梁混凝 土， 掺合料还能改善混凝土的拌合性能 ， 减少混凝土 的泌水 ， 提高可泵性 ， 减缓混凝土的坍落度损失 。对 于跨海大桥的箱梁还能够 降低氯离子扩散系数 ， 对 体积较大构件可以有效降低混凝土的水化热。 目前 ， 常用的掺合料是粉煤灰、 磨细矿渣 ， 粉煤 灰 和磨细矿 渣均 含有 较 多 的 活性 组 分 ， 主要 成 分 是 S i O 和 A 1 ： 0 ， 磨细矿渣含有较高的 C a O见表 2 。 表 2粉煤灰和磨细矿渣的化学成分 经过粉煤灰、 磨细矿渣掺入混凝土对 比试验， 可 以看出 ， 掺合料不仅可以提高混凝土的强度 ， 还可以 改 善混凝 土拌合 物性能 。试 验结果 见表 3 。 表 3不同掺 合料 混凝土性能 注 ：混凝 土 基 准 配合 比 为 ：水 泥 ： 砂 ： 碎 石 ： 水 ： 外 加 剂 =5 0 0 ： 6 5 9 ： 1 0 7 6： 1 5 0 ： 5 0。 1 4外加剂 与坍 落度 损 失的控 制 配 制 流态 箱梁 混凝 土 为 了达 到 低用 水 量 ， 又具 有 大坍 落度 的要求 ， 一 般 要通 过 掺 聚羧 酸 系 高 性 能 减水剂来实现 ， 聚羧酸系高性能减水剂 的减水率可 以达到 2 5 3 5 。 以聚羧 酸 系高性 能减水 剂 配制 的流态箱梁混凝土要想应用于施工 ， 必须解决坍落 度损失问题。从搅拌站生产并运输 到工地， 一般要 3 0 6 0 m i n ， 到 工地 时 混凝 土应 有 1 4 01 6 0 m m 的 坍落度 ， 才能进行泵送。 控制混凝土坍落度损失可从以下四方面进行。 1 4 1 载 体流化 剂 载体流化剂就是用活性载体 ( 如粉煤灰 ) 吸附 外加 剂制成 一定粒 径 的颗粒 ， 加人流 态混凝 土 中 ， 让 外加剂慢慢溶解而逐渐释放出来 ， 使液相中保持有 一 定浓度的外加剂 ， 从而使坍落度长时间保持稳定。 在 试验 中以粉 煤灰作 为外 加剂 的载体 。将粉煤 灰与一定量外加剂( 比例为 1： 1 ) 加水混合搅拌成 泥浆状 ， 然后 搓成直 径 1 2 c m左 右的小颗 粒 ， 放 人 烘箱中烘干 ， 变成粉脆的球体 ， 按 2 的掺量加入混 凝 土 中 ， 试验结 果见 表 4 。 由此可见 ， 加入载体流化剂后 ， 混凝土坍落度经 表 4载体流化剂控制坍落度损失效 果 过 1 2 0 m i n只有稍降低 ， 而对照组 6 0 m i n坍落度损 失达 4 0 ， 载体硫化剂的方法可以有效控制混凝土 的坍落度损失 。 1 4 2复合减水 剂 复合减水剂是指通过机械混合的方法， 将几种 不 同 的外加 剂均 匀地 复合成 一体 。没有缓 凝成 分 的 减水剂试配出的流态箱梁混凝土， 坍落度损失很快 ， 一 般 6 0 m i n损失 6 0 7 0 。使用缓凝减水剂可 以抑制水泥的早期水化 ， 从而减缓流态箱梁混凝土 的坍落 度损失 。试 验结果 见表 5 。 1 4 3 掺合料的固体流化剂作用 优 质粉 煤 灰 中含有 大 量 的微 珠 ， 这些 微珠 颗 粒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 8 公路工程 3 5卷 注：混凝土配合比为 ： 水泥 ： 粉煤灰 ： 矿渣 ： 砂 ： 碎石 ： 水 ： 外加剂 = 3 2 0： 6 0： 1 2 0： 6 5 9： 1 0 7 6： 1 5 0： 5 0 。 细小 ， 表面光滑呈球状。当混凝土具有大流动度 的 润滑作用 ， 增加混凝土的流动度 ， 而且 由于粉煤灰的 情况下 ， 水泥浆体中凝絮结构已被完全破坏并分散 ， 水化速度很慢， 由微球的滚珠润滑作用产生 的流动 再添加外加剂已无法使坍落度继续增大。这时加入 性增加 ， 长时间内不会降低 ， 可以达到延缓坍落度经 细小光 滑 的微 珠球体 ， 嵌 于水 泥颗 粒之 间 ， 起到滚 珠 时损 失的 目的 ， 试 验结果 见表 6 。 表 6粉煤灰对 坍落度损失的影响 注 ：混 凝 土 基 准 酉 己 合 比为 ：水 泥 ： 砂 ： 砰 石 ： 水 ： 外 加 剂 =5 0 0： 6 5 9 试验结果表明掺人的粉煤灰具有固体流化剂的 作用 ， 同时粉煤灰的加入使混凝土拌合物的和易性、 可泵性、 保水性得到改善 ， 而且混凝土内部的空隙减 少， 结构更加密实 ， 强度有所提高。 在混凝土中复掺一定 比例的磨细矿渣可以改善 新拌混凝土工作性能， 磨细矿渣的分散作用发挥 ， 使 混凝 土流动度 增大 。 1 4 4 改变混凝 土搅 拌顺序 在水 泥含 有的几 种 矿物 ( C ， S 、 C ： S 、 C ， A、 C A F ) 中， 以 c A对外加剂的吸附量最大， 随着 C A的水 化， 液相中外加剂残余量大量减少。c A具有很快 地水 化速 度 ， 如果 能 预先 让 C A 先进 行 部分 水 化 ， 而后再加入外加剂， 就能减少外加剂损失 ， 也降低了 混凝土坍落度损失 。为此可以改变混凝土的投料顺 序 ， 将砂、 水泥与部分水 混合， 让水与水 泥先接触 ， c A开始水化 ， 隔 2 3 mi n后再投入碎石和余下的 水 以及 外加 剂 、 掺 合 料 。这 样混 凝 土 的搅 拌 时 间虽 有延长， 却可以使混凝土的坍落度损失降低 ， 试验结 果 见表 7 。 表 7 不 同搅拌顺序对坍落 度损 失的影响 注 ：混 凝 土 配合 比为 ： 水 泥 ： 粉 煤 灰 ： 矿 渣 ： 砂 ： 砰 石 ： 水 ： 外 加 剂 2 流态箱梁混凝土力学性能及 耐久性能 2 1试 验 混 凝 土 配 合 比 水泥采 用 闽福 5 2 5普通硅 酸盐 水泥 ， 2 8 d抗压 强度 为 5 5 7 MP a ； 粗骨 料 为粒 径 52 5 m m 的连 续 级配碎石 ， 符合 I 类碎石技术要求 ； 细骨料为细度模 数 2 9的龙海河砂 ， 符合 I类砂技术要求。减水剂 为福建科之杰新材料有 限公 司生产的 P o i n t S聚羧 酸系缓凝高性能减水剂， 掺量 1 ； 磨细矿渣是福建 科 之 杰 新 材 料 有 限 公 司 生 产 的 $ 9 5矿 渣 粉 ， 掺 量 2 4 ； 粉煤 灰为 漳州 益材 建 材有 限公 司生 产 的 I 级 灰 ， 掺量 1 2 。混凝 土配合 比水灰 比 0 3 0 ， 砂率 3 8 。配制的混凝土强度等级为 C 5 5箱梁混凝土 ， 坍落度达 2 0 0 2 2 0 m m。 320 ： 6 0 ：1 20 ： 659 ： 1 U76 ：1 5 0 ： 5 U。 2 2 流 态箱 梁混凝 土力 学性 能 流态箱梁混凝土由于掺人 了粉煤灰和聚羧酸系 缓凝高性能减水剂， 与低坍落度高强混凝土相比， 早 期 强度发 展较慢 ， 3 d强 度 为 2 8 d强度 的 4 8 ， 7 d 强度 达 2 8 d强度 的 6 6 ， 后 期强 度增 长较 大 ， 1 8 0 d 强度 比2 8强度增长 2 8 。试验结果见表 8 ， 其它力 学性 能见表 9 。 表 8不 同 龄 期 混 凝 土抗 压 强 度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 陈培德 ： 大桥箱梁流态混凝 土的试配及性能试验 1 3 9 表 9流态箱梁混凝土力学性 能 2 3 流态箱 梁混 凝 土 的收 缩性 能和 氯 离子 渗 透 系 数 性 能 试验采用 1 0 0 m m1 0 0 m m5 1 5 mm棱柱体 试 件 ( 集 料 最 大 粒 径 为 2 5 mm) ， 采 用 混 凝 土 收 缩 仪 ， 试件两端预埋测头。试件带模养护 1 d ， 拆模后 应立 即检测 预埋 测 头 的距 离 。在 标 准养 护 室 养 护 ， 在要求 龄 期 后 移 人 室 温 为 ( 2 03 ) ， 湿 度 ( 6 0 5 ) 的恒温恒湿室 内开始定期测量长度 ， 长度测量 采用外 径千分 卡 ， 测 量精 度 0 O l m m。龄期 2 8 d收 缩值 与 6个月 时之 比为 7 2 ， 混 凝 土早 期 收缩 开展 较完全 ， 试验结 果见 表 1 0和 图 1 。 表 1 O流态箱梁混凝土各龄期收缩率 龄期 d收缩率( s1 0 ) 龄期 d 收缩率 ( 81 0一 ) l 5 2 6 0 2 3 7 3 8 9 9 0 2 6 1 7 l 2 8 l 2 O 2 7 8 1 4 l 71 1 5 O 2 8 4 2 8 2l 3 1 8 O 2 9 7 4 5 2 2 5 一 、 宁 宝 x 一 瓣 婚 图 1流态 箱梁 混凝 土经 时收缩率 分别采用 电通量法 和 R C I 法对 2 8 d和 5 6 d 混凝 土试样进 行试 验 ， 由于 使用 适 量 的磨 细矿 渣 和 粉煤灰， 混凝土中火 山灰效应形成致密水化产物改 善 了混凝 土 的微结构 ， 只要 水灰 比比较 低 ， 通 过火 山 灰效应混 凝土 抗氯离 子渗透 性 能得到 了提高 。结果 见表 1 1 。 表 1 l 流态箱梁混凝土氯离子扩散系数和 电通量 3 结 语 原材料 的性能对配置流态高强混凝土有重 要的影响 ， 含泥量和针片状含量较大 的粗骨料可使 混凝土强度 明显降低 ， 细骨料应选用细度模数 2 8 3 1的洁净 的砂 ， 水 泥 强度 不 宜 低 于混 凝 土 的强 度 等级 。 聚羧酸系缓凝高性能减水剂和掺合料是配 制 流态箱 梁混 凝土 不 可 缺少 的组 分 ， 它可 以提 高混 凝 土强度 ， 改善 混凝 土性能 ， 有利 于泵送 施工 。 通过使用缓凝型高性能减水剂 、 掺入一定量 的优 质粉煤 灰及 磨细 矿渣和 改变混凝 土 的搅拌顺 序 等简便易行的方法 ， 可以有效地控制流态箱梁混凝 土的坍落度损失 ， 使一小时损失率不大于 3 0 。但 在有 弹性模 量要求 的箱 梁 混凝 土 中 ， 粉煤 灰 掺 量不 宜过 高。 流态箱梁混凝土所检的部分力学性能和抗 氯 离子 渗透性 能能 够 满 足箱 梁 的 技术 要 求 ， 混凝 土 的收缩在 2 8 d龄 期大 部分 开展 完成 ， 因此 控制 混凝 土 早期裂缝 十分重 要 ， 养 护 的温 度 和湿 度 应 得 到有 效控制。 参考文 献 1 吴中伟 ， 廉慧珍 高性 能混凝土 M 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 9 2 J G J 5 5 2 0 0 0， 普通混凝土配合比设计规程 S 3 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术 S 4 G B T 1 5 9 6 2 0 0 5 ， 用于水泥和混凝土 中的粉煤灰 S 5 J T J 0 4 1 2 0 0 0 ， 公路桥涵施工技术规范 S 6 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 ， 用于水 泥和混凝 土 中的粒化高 炉矿渣 粉 S 7 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2， 普通混凝土力学性能试验方法标准 S 8 C , B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ， 普 通混 凝土 拌合 物性 能试 验方 法标 准 S 9 李春宝 ， 黄祖波 钢梁一钢筋混凝 土柱 节点在 圆内外 的应用研 究状况 J 森林工程 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 4 ) ： 4 9 5 1 1 0】 龚莉 ， 姜 利 预 应力 混凝 土连 续梁 预应 力 束合 理布 置 J 森林工程， 2 0 0 6， 2 2 ( 6 ) ： 4 1 4 3 1 i 陈强 ， 盂阳君 超声法检 测钢管混凝 土质量的探讨 J 森 林工程 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 1 ) ： 8 8 9 0 1 2 李 国芬 ， 张高勤 ， 陈研 环氧沥青混凝土钢桥面铺装 的施工 质量控制 J 森林工程 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 3 ) ： 6 26 4 1 3 岩文涛 ， 余 诗泉 大跨 预应力混凝 土连续 刚构桥承载 能力试 验与评定 J 森林 工程， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 6) ： 3 33 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m