超细矿物掺合料在高性能混凝土中的应用.pdf

第l 1 期 2 O 0 5 年 l 1 月 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHI TECTURE CI VI L ENGl NEERI NG No 1 1 N 0V 2 O 0 5 1 前言 超细矿物掺合料在高性能混凝土中的应用 张 彦 ( 广 州快 速 交通建 设有 限公 司 广 州 5 1 0 0 3 0 ) 自 2 0世纪 8 0年 代 以来 ， 混 凝 土桥 梁 的老 化 问 题 在 国际上 受 到普 遍 关注 ， 对其 耐 久性 的研 究 已成 为本 世 纪桥梁 建设 的共 同 目标 目前国内外 高性能 混凝土桥梁的数量 已达几百座之多， 配制高性能混 凝 土主要 通过 掺入 较多 超细矿 物掺 合料 ( 如硅 灰 、 磨 细矿 渣 粉 、 粉煤 灰 ) 以及 高效优 质减 水剂 来提 高其综 合性 能 ， 达到 提 高混凝 土 早 期 强度 和 保证 其 耐 久性 的 目的 。本文 就珠 江特 大桥 P C刚 构 C 6 0高强 高性 能混凝土配合 比设计中对硅灰 和磨细矿 渣粉 的应 用 探 讨超 细矿 物掺合料 在 高性能 混凝 土 中的应 用 。 2工 程概 况 珠 江特大桥 是广 州市 南沙港 快速 路上 跨度 最大 的一 座特 大桥 ，主结 构形式 采用 1 3 8 m + 2 5 0 m + 1 3 8 m 三跨 P C连续刚构 ， 箱梁采用单 箱室断 面 ， 箱 宽 7 8 m， 表 1 新 拌 混 凝 土 工作 及 力 学性 能 要 求 两侧 悬 臂 翼 缘板 宽 4 3 5 m， 半 幅桥 宽 1 6 5 m， 混凝 土 总用量为 2 4 7 6 0 m ， 采用挂篮对称悬臂浇筑施工。混 凝 土设 计 强度 等 级为 C 6 0 设 计 张拉 强 度为 4 d同期 养护强度 4 8 MP a ， 采用泵送施 工 ， 垂直运输高度 5 0 m， 最大 水 平运 输 距离 3 0 0 m 结 构 最 小 尺寸 2 5 0 ram 钢 筋最小间距 8 0 ram 混凝土最大下料高度 1 4 m。 3混凝 土性 能要 求及 配合 比设 计 3 1 混凝 土性 能 为 了满 足上 述设 计 和 施 工要 求 本 T 程 必须 配 制 C 6 0高强 高性 能混 凝 土 ， 具 体 见表 1 以及要求 混 凝 土满 足设计 中有关 长期性 和耐 久 性 的要 求 。 3 2 配合 比设计 在 本 T程 C 6 0混 凝 土设 计 中 首 先 根 据 普 通 混 凝 土配 合 比设 计规 程 ( J G J 5 5 2 0 0 0 )确 定标 准配 合比， 在此基础上保持总胶凝材料 、 用水量和容重基 本 不变 ， 对砂 率 略作 调整 ， 安排 3组 不 同胶凝 材料构 成配合 比 即单掺磨细矿渣 、 单掺硅灰 、 复合掺磨细 作 性 能 力学 性 能 S 一( mm) S 初 凝 终 凝 尺4 f 0 E 。 ( G P a ) 0 l 2 h ( mm) ( h ) ( h ) ( MP a ) ( MP a )4 d 2 8 d 2 o 0 2 2 0l 8 0 5 0 0 l 6 l 8 4 8 0 7 5 0 3 5 0 3 6 5 注 )S 为塌落度； S 为初始塌落扩展度 表 2水 泥主 要 技 术 指 标 注) 为P 1 I 4 2 5 等级标准值 表 3细 骨 料 主 要 技 术 指标 矿渣 及硅灰 各 l 组 进行 试拌 比选 得 出最 佳推荐配合比， 再进行多次重复性验证 。 3 3 原材 料 和外加 剂 的选择 ( 1 )水 泥 ： 选 用 粤 秀牌 P 1 I 4 2 5 R水 泥 ， 按 G B 1 7 5 1 9 9 9验 收 复 检 ， 主 要 技 术 指 标见 表 2 。 ( 2 )细 骨料 ： 选用 西 江 中砂 ， 细度 模数 控制在 2 7 3 0 按 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 l 标准 验 收 和复 检 ， 主要技 术指 标见 表 3 。 ( 3 )粗 骨料 ：选 用增 城 产 5 2 0连 续级 配 花 岗岩 碎 石 母 材 强 度 1 2 4 7 MP a 表 4粗 骨料 主 要 技 术 指 标 51 维普资讯 http:/ 2 0 o 5 年1 1 月 第l l 期 张彦： 超 细矿 物掺合料 在高性 能砼中的 应用 N 0 V 2 0 0 5 N O 1 1 表 5 微硅粉主要技术指标 注)表格第 2栏 数值 为标准值 。 表 7 外 加 剂 主 要 技 术 指 标 ( 掺 量 1 5 ) 注 )表格第 2栏数值 为一等品标准值。 按 G B T 1 4 6 8 5 2 0 0 1 标准验收和复检，主要技术指 标见 表 4 。 ( 4 )硅灰 ： 选用挪威产 9 2 0 u型微硅粉 ， 按 高强 高性能混凝土用矿物外加剂 ( G B T 1 8 7 3 6 2 0 0 2 ) 验 收 和复检 ， 主要技 术指 标见 表 5 。 ( 5 )磨细矿渣 ： 选用韶钢某水泥厂的 $ 9 5级磨细 矿渣粉 ， 不掺加石膏和助磨剂 ， 按 用于水泥和混凝 土中的粒化高炉矿渣粉 ( G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 0 ) 验收和 复检 ， 主要技 术指标 见表 6 。 ( 6 )混凝土外加剂： 选用广东某外加剂厂生产的 K J 一 5 R L缓 凝 高效 减 水 剂 ， 浓 度 3 0 。 按 混凝 土 外 加 剂 ( G B 8 0 7 6 1 9 9 7 ) 验 收和 复检 ， 主要 技 术指 标 见 表 7 。 5 2 表 8 4组不 同胶 凝 组 分 配 比 表 6磨细矿 渣粉主要技术指标 注)表格第 2栏 数值 为标准值 。 4混凝 土配 合 比设计 4 1 比选最佳配合比 经试配 ，确定采用配合 比T C 6 0 1 0作为混凝 土基准配合比，胶凝材料总量确定为5 3 3 k g m 3 ， 用 水量 1 6 0 k g m ， 混凝土容重 2 4 5 0 k g m 3 ， 水胶比0 3 砂率 4 0 4 2 ， 混凝土塌落度通过调整外加剂掺量 来保证。随后再安排 3组配合 比 即T - C 6 0 一 l l 为单 掺磨细矿渣 2 0 ， T - C 6 0 1 3为单掺硅灰 8 ， T - C 6 0 1 2为复合掺硅灰和磨细矿渣 掺量分别为 5 和 1 5 进行试拌 ， 详细配比见表 8 ， 试拌结果见表 9 。 从表 9中可以看 出， T C 6 0 1 2的各项性能均满 足表 l的要求 与 T C 6 0 1 3相 比具有更 好 的力 学性 能和工作性能 ，硅灰和外加剂掺量分别下调 3 和 O 3 ， 更为经济 ， 利用磨 细矿渣粉和硅灰复合掺加 ， 可产生 良好的叠加效应 ， 故推荐采用 T _ C 6 0 1 2 4 2 推荐配合比的新拌混凝土性能的重复验证 为保 证 按 T C 6 0 1 2配 制 的混凝 土满 足设 计 和 施工要求 ，对其进行了多次重复试拌验证 ，结果见 表 l 0 ， 可见该配合比具有 良好的重现性和强度保证。 编 号 工作性能 力学性能( 与基准配合 比对 比值) S i ( mm) S ID 初凝 终凝 4 D E ( G P a ) 0 1 2 h ( mm) 时 间 时 间 ( MP a ) ( MP a )4 d 2 8 d 维普资讯 http:/ 2 0 0 5 年1 1 月 第l 1 期 广东 土木与 建筑 N 0 V 2 0 0 5 N o 1 1 表 1 O新拌 混凝土工作性能及力学性 能验证结果 注)分别 o - = 3 7 ， 3 8 ， 3 1 ； 为平均值。 5混 凝土 长期性 与 耐久性 评价 5 1 抗渗 性 ：试 验 采用 标准试 件 标养 2 8 d后 进行 ， 试验 水压从 0 1 MP a 开 始 每 隔 8 h增 大 0 1 MP a 逐级 加压至 2 0 MP a 未见透水现象 。加压结束后 劈开试 件测定渗透高度 5 8 0 mm 证明抗渗等级大于 P 2 0 。 5 2 收缩 性 ：委托 检测机 构按 G B J 8 2 8 5标 准进 行 混凝土收缩测试与 D G T J 0 8 5 0 1 1 9 9 9 标准条文 说 明 中表 3 1 2 2 “ 矿 渣 微 粉 混凝 土 收 缩 ” 结 果 进 行 对 比 。 其 结果 见 表 1 1 ， 说 明 即使 在 较 大 胶凝 材 料 用 量 的情 况下 T C 6 0 1 2仍 只有较 小 的收缩 。 表 1 1 混凝 土 收 缩 对 比 龄期( d ) 1 3 7 1 4 2 8 C 4 0泵送矿渣微粉混凝i ( 1 0 - 6) 一 6 5 1 2 5 1 9 8 2 5 7 T C 6 0 1 2 ( 1 0 6) 3 0 5 0 9 0 1 2 0 1 8 0 5 - 3 碳 化性 ： 试 验采用 1 0 0 1 0 0 3 0 0试件 。 碳 化箱 内 C O 2 浓度 2 0 _- 3 ， 湿度 7 0 5 ， 温 度 2 0 + 5 9 3 ， 试 件 标 养 7 d后 移入碳 化 箱养 护 2 8 d ， 结果 无 法测 出碳 化 深 度 ， 表 明混凝 土抗 碳化 性 能 良好 。 6结 语 硅灰具有很高的火山灰活性和细度 。 掺入混凝 土 中可大大提高其力学性能和耐久性 并降低施工 过程 中的变异因素( 如配料精度等) 对强度 的影响 但 由于无法降低水泥的水化热 ， 且价格昂贵 故混凝 土中的硅灰掺量一般为 5 1 0 。磨细矿渣粉也具 有 良好 的火 山灰 性 能 。 虽 然 混 凝 土早 期 强 度会 随 掺 量的增加而降低 。 但能增强混凝土的后期强度 同时 磨细矿渣粉能改善新拌混凝土的工作性能 。 塌落度 经时损失小 易振捣 。 泌水性小且干燥收缩和徐变较 低。在高强混凝土中超细矿渣微粉的掺量不宜超过 3 0 ( 引自D G T J 0 8 5 0 1 1 9 9 9 ) 。 硅灰和磨细矿渣粉 在珠 江特 大桥 P C刚 构 C 6 0混凝 土 ( 采用 T C 6 0 1 2 配合 比) 的成功应用 证 明两种矿物细掺料一 同使 用 能产生复合叠加效应 使混凝土在获得高性能的 同时 ， 还具有经济实用的优点。 业业业业业业业业业业业业 业业业业业业业业业业业 业业业业业业业 业业业业业业 ( 上接 第 5 7页 ) 通过 对 已完 工 的 建筑 物 进行 测 量 结 果 显示 混 凝土 结 构物 的形 状 、 尺寸 及其 相 应 位置 均 符 合设 计 要求 ， 船闸、 水闸闸室结构边线实测值与设计值误差 为 0 5 m m， 外 部 轮廓 线顺 直 连结 平顺 无缺 棱掉 角 现象 ， 且表 面平整光滑 用 2 m直尺检查其局部不平 整在 5 m m 以下 。 6结语 从混凝土质量控制情况看来 ， 采用多级配、 双掺 优质粉煤灰与缓凝高效减水剂技术在潮州供水枢纽 工 程 中的应 用是 成功 的 ， 具 有延 缓混 凝土 凝结 时间 、 显著改善混凝土和易性、 节约水泥 、 降低水泥水化热 等作用 ， 对大体积混凝土温度控制起到了积极作用 。 5 3 维普资讯 http:/