大桥预制箱梁高性能混凝土配制.pdf

2 0 1 2年 第 1 1期 (总 第 2 7 7 期 ) Nu mb e r 1 1 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRETE P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 3 7 大桥预制箱梁高性能混凝土m 2 , U 杨林 ，李遵云 、 ，熊林森 ( 1 _ 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 1 ；2 中铁大桥局集团 第一工程有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 5 3 ) 摘要： 根据象山港大桥预制箱梁混凝土配制要求， 从水胶比、 砂率、 胶材用量、 掺合料的品种和用量几个方面设计混凝土配合比。 通过 混凝土拌合物的工作性能、 混凝土力学性能、 抗裂性能、 体积稳定性和抗氯离子渗透性等的试验研究， 配制出了满足施工要求的预制箱梁 高性能混凝土。 关键词： 象山港大桥；预制箱梁；高性能混凝土；配合比设计 中图分 类号 ： T U5 2 8 7 文 献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2) 1 1 - O 1 1 1 - 0 2 St udy o n t h e mi x t ur e pr opor t i on of hi gh pe r f o r ma nc e c on c r e t e f or pr e c a s t bo x gi r de r s f or br i dge YANG Li n LI Zu n - y u n XI ONG L抽- s e n ( 1 Wu h a nHa r b o u r E n g i n e e r i n g De s i g n a n dR e s e a r c hI n s t it u t eC o ， L t d ， o f C C CC， Wu h a n4 3 0 0 7 1 ， C h in a ； 2 T h e 1 s t E n g i n e e r i n gC o ， L t d， C h i n aR a i l w a yMa j o r B r i d g e E n g i n e e r i n gG r o u p ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 5 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Ac c o r d i n g t o t h e s p e c i fic t e c h n i c a l r e q uir e me n t s o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e o fp r e c a s t bo x g i r d e r s ， th e mi x t ur e p r o p o r t i o n wa s d e s i gn e d f r o m the f o l l o wi n g f a c t o r s ： wa t e r c e me n t r a t i o， s a nd r a t i o， the t o t a l c e m e n t i t i o u s ma s s， a n d the s pe c i e s a n d do s a g e o f mi n e r a l a d mi x t u r e s Ba s e d o n th e r e s e a r c h o f wo r k i n g p e r f o r m a n c e， me c h a n i c s p e r f o r ma n c e， c r a c k i n g r e s i s t an c e， v o l u m e t r i c s t a b i l i t y a n d r e s i s t a n c e t O t h e p e n e t r a t i o n o fc h l o r i de s o f c o n c r e t e ， t h e h i g h p e r f o r man c e c o n c r e t e f o r p r e c a s t bo x g i r d e r s fo r Xi a n g s h a n Po r t Br i d g e wa s p r o d u c e d Ke yw or d s： Xi a n g s h a nPo rtBr i dg e； p r e c a s t b o x g i r d e r ； h i g hp e r f o rm a n c e c o n c r e t e； mi x t u r e d e s i gn 0 引言 宁波象山港公路大桥及接线工程起 自宁波绕城公路东段 云龙互通 ， 止于象山县戴港， 全长约 4 7 k m， 其中， 跨越象山港大 桥总长约 6 7 k m( 跨海大桥) ， 两岸接线长 4 0 3 k m。 全线采用双 向四车道高速公路标准建设， 设计速度采用 1 0 0 k m h 。 引桥及过 渡墩 ( K 2 5 + 5 5 3 8 3 4 - K 2 9 + 1 5 3 8 3 4 、 K3 0 + 5 2 9 8 3 4 K 3 1 + 2 4 9 8 3 4 范 围内) 7 2孑 L 双幅共 1 4 4片箱梁采用预制方式浇筑。 预制箱梁跨 径 6 0 m， 设计强度等级为 C 5 5 。 象山港大桥预制箱梁混凝土配制要求： 混凝土拌合物的坍 落度控制在 1 6 0 - 2 0 0 m n ， 扩展度 4 0 0 - 5 0 0 m r ， 无泌水黏底， 1 h 坍落度经时损失 1 0 ； 混凝土 4 d强度达到设计值的 9 0 即 4 9 5 MP a ， 满足施工工期要求的 4 d张拉 ； 混凝土 8 4 d抗氯离 子渗透性能要求不大于 2 0 x l 0 m2 s 。 结合大桥设计要求， 通过 对原材料的优选 、 配合比部分参数的选定 ， 本试验重点研究混 凝土拌合物的工作性能、 混凝土力学性能、 体积稳定性 、 抗氯离 子渗透性和抗开裂性能等， 配制满足施工要求的预制箱粱高性 能混凝土【 】 j 。 1 高性 能混凝土配合比设计 1 1 配合 比设 计原 则 配合比设计主要考虑水胶比、 砂率、 胶材用量、 掺合料的品 种和用量几个方面。 兼顾混凝土拌合物的工作性 、 力学性能、 耐 久性和体积稳定性 、 施工工期和经济效益 ， 把水胶 比、 砂率、 胶 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 5 0 5 材用量和掺合料的用量控制在适当的范围， 实现混凝土的各项 性 能均衡发展 。 ( 1 ) 水胶比： 水胶 比大 ， 有利于改善混凝土拌合物的工作 性 ， 但会降低混凝土的强度和耐久性。 依据设计强度等级要求， 确定最大水胶比不超过 0 3 0 ， 低水胶比可以通过使用高性能聚 羧酸减水剂和掺加大掺量矿物掺合料来实现。 ( 2 ) 砂率 ： 砂率高， 可以改善混凝土工作性能 ， 但不利于混 凝土强度 ， 会增大混凝土收缩和开裂的可能性。 在满足施工要求 的前提下 ， 尽量降低砂率， 可以通过引气来改善凝土工作性， 砂 率控制在 3 6 3 9 ， 象山港大桥预制箱梁为海工混凝土， 混凝 土含气量控制在( 3 * 1 ) 。 ( 3 ) 胶材及水泥用量： 胶材用量高， 有利于拌合物工作性能 和混凝土强度的提高， 但不利于混凝土体积稳定 ， 易开裂。 从经 济效益考虑， 在满足施工要求的前提下， 尽量少用胶材。 依据设 计强度等级要求 ， 确定最小胶材用量不低于 4 6 0 k g m 3 ， 用量范 围控制在 4 6 0 5 0 0 k g m ， 水泥用量宜为 3 0 0 3 4 0 k ed m 。 ( 4 ) 矿物掺合料品种及用量 ： 掺加适量的活性矿物掺合料 ， 不仅可以调整水泥颗粒级配， 起到增密 、 增塑 、 减水的效果， 而 且可以改善骨料界面效应， 提高混凝土抗氯离子渗透性能。 掺合 料掺量过高易导致混凝土收缩开裂， 加快混凝土劣化 ， 不利于 混凝土的耐久性。 矿物掺合料的掺量范围控制在 3 0 4 0 。 1 2 混凝土原材料及性能 依据海工裔I生能混凝土技术要求， 对象山附近的材料进行 了多次调研和试验比较， 优选出了满足要求的 昆 凝土原材料。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 1 ) 水泥 ： 为便于控制 ， 减少混凝土质量波动， 水泥宜选用 掺合料较少的硅酸盐水泥， 比表面积不宜超过 3 5 0 m2 k g ， 初凝 时间大于 3 h 。 通过比选 ， 确定使用宁海海螺 P I I 4 2 5级水泥， 比表面积为 3 1 0 m k g ， 初凝时间 2 0 0 mi n ， 终凝时间 2 9 0 mi n ， 2 8 d抗压强度 5 0 1 MP a 。 ( 2 ) 粉煤灰： 选用象山乌沙山电厂生产的I 级粉煤灰， 细度 为 6 2 ， 烧失量为 2 O ， 需水量比8 9 ， 三氧化硫 O 8 。 ( 3 ) 矿粉： 选用宁波海德 $ 9 5矿粉 ， 比表面积 4 1 2mZ k g ， 含 水量 O 2 ， 2 8 d活性指数 1 1 5 ， 烧失量 O 3 ， 三氧化硫 0 4 。 ( 4 ) 细集料 ： 严格控制砂的含泥量和泥块含量 ， 砂中的泥和 泥块会加大用水量和外加剂用量 ， 加大混凝土干缩， 降低混凝 土强度和耐久性。 通过比选 ， 确定使用福建闽江中砂， 细度模数 为 2 7 ， 表观密度 2 5 8 0 k g m ， 堆积密度 1 4 5 0 k g m ， 子 L 隙率4 4 ， 含泥量 1 3 ， 泥块含量 0 5 。 ( 5 ) 粗集料： 选用宁波郭巨 5 2 5 H u n连续级配碎石， 针片 状含量 6 ， 压碎值 5 ， 含泥量 0 _ 3 ， 泥块含量 0 ， 表观密度 2 7 0 0k g m ， 自然堆积密度 1 5 4 0 k g m 3 。 ( 6 ) 减水剂： 选用中交武港院L N S P聚羧酸缓凝型高性能 减水剂， 减水率为 2 9 2 。 ( 7 ) 水 ： 自来水 。 2 预制箱梁高性能混凝土的配制 2 1 混凝 土 配合 比 通过改变胶材、 水泥、 掺合料的用量， 研究不同配合比混凝 土的工作性能和抗压强度。 具体配合比见表 1 。 表 1 不 同胶材 、 水泥、 掺合料用量配合 比 2 2混凝土性 能 2 2 1 工作性能和力学性能 从表 2中可以看出， B G1 B G 6混凝土拌合物的工作性能 良好， 能满足施工要求 ， 其中 B G1 、 B G 3 、 B G 4 、 B G5和 B G6五 组混凝土 4 d抗压强度能保证施工要求的 4 d预应力张拉 ， B G2 混凝土早期抗压强度偏低 ， B G1 和 B G 2两组混凝土的 2 8 d 强度均偏低。 表 2 混凝土性能 2 2 2 混凝土早期收缩性能 混凝土早期 自由收缩试验参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混 l1 2 凝土长期性能和耐久 Ii i 试验方法标准中非接触法收缩试 验， B GI B G 6 六组混凝土试件 3 d 收缩率见表 3 。 表 3 B G1 B G6混凝土 3 d收缩率 试件编号 BG1 B G 2 B G3 B G4 BG 5 B G6 3 d收缩 率 1 0 3 2 9 2 8 6 3 1 2 3 0 1 3 8 2 3 5 6 从试验结果看出， 掺加粉煤灰明显降低混凝土的早期收缩。 这是由于粉煤灰颗粒较粗， 活性低 ， 不参加混凝土早期水化， 只 起物理填充作用。 而矿粉颗粒较小， 早期水化较快， 吸收大量水 分， 早期收缩比粉煤灰要大。 2 2 3 混凝土早期抗裂性能 混凝土早期抗裂性能试验参照 GB T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 中早期抗裂试验方法 ( 或称刀口法 ) 进行 ， 该方法是在 I C B O推荐的平板法的基础上 改进的， 有效模拟了工程中钢筋限制混凝土的状态 ， 更加贴近 工程现场的实际情况， 能直接评价或反映混凝土的抗裂性能。 刀 口法一般用单位面积上的总开裂面积来比较和评价混凝土的 早期抗裂性能。 B G1 - B G 6单位面积上的总开裂面积见表 4 。 表 4 B G1 B G6混凝土单位面积上的总开裂面积 从 表 4可 以看 出 ， B G1 B G 6六组 混凝土 试件早期 抗开 裂 等级均为 L I V， 说明掺加适量的矿物掺合料有利于提高混凝土 抗开裂性i i r 。 混凝土的开裂面积随胶凝材料用量的增加而增 加； 相同胶凝材料用量条件下， 掺人粉煤灰混凝土的抗开裂性 能要优于掺矿粉的混凝土。 2 2 4 混凝土抗氯离子渗透性能 混凝土抗氯离子渗透性能试验参照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普 通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 中快速氯离子迁 移系数法( 或称 R C M 法) 进行。 B GI B G 6 不同龄期氯离子扩散 系数如图 1 。 ， 、 3 5 3 0 z 蠢 定 o O 28 56 8 4 龄期 埘 图 1 混凝土氯离子扩散系数 从图 1 可以看出： B G1 B G 5组混凝土 8 4 d氯离子扩散系数 均小于 2 0 x 1 0 - z m2 s ， 满足象山港大桥预制箱梁混凝土设计要求。 相应龄期氯离子扩散系数 D B G 。 D 、 D D B G 4 、 D w ,5 D E c , ， 说明在 提高混凝土抗氯离子渗透陛能方面， 掺加矿粉比粉煤灰效果好。 2 3配合 比的优化 以混凝土各项性能和经济指标均衡发展为宗旨， 选择 B G3 组配合 比作为基准进行调整， 并经现场大量验证， 得到预制箱 梁施工配合比。 象山港大桥预制箱梁施工配合比及性能见表 5 。 象山港大桥 1 4 4片预制箱梁基本浇筑结束， 混凝土拌合物工 作性能良好 ， 早期强度高， 满足 4d预应力张拉 ， 强度标准差为 下转第 1 1 8页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 。 采用 A T评价时， 单板受力工况下加固后提高了 1 2 ， 且加 固后实测值与理论值较为接近， 而跨中弯矩最大工况 ， 加固后 提高幅度同样较小， 仅为 3 ， 且与理论值仍相差 7 由。 图 9 可 知 ， 加固后整体性得到了较大幅度的提升， 本研究所提评价方 法的分析结果也证明了该问题， 因而本研究方法对整体性评价 结果更贴近实际。 表 2空心板桥整体性评价结果 综上可知 ， 相对其他方法而言 ， 基于荷载横向分布均匀性 系数的评价方法， 适用范围更为广泛， 且评定结果与实测资料 吻合程度较高 ， 因而可用于简支板桥上部结构整体性的定量 评估 。 3结 论 本试验基于荷载横向分布均匀性系数 ， 提出了空心板桥上 部结构整体性的分析与评价方法， 并据此探讨了几种典型的装 配式简支板桥的横向粘贴型钢加固最优方案和既有装配式简 支板桥上部结构整体性的评价， 得到以下结论。 ( 1 ) 基于荷载横向分布均匀性系数的， 装配式简支板桥上 部结构整体性的评价方法 ， 可用于定量分析既有空心板桥整体 性 ， 同时也可用于横向连接加固效果评价和加固方案择优。 有限 元和试验分析结果表明， 该方法适用范围广泛、 灵敏度高、 评价 结果与实际情况吻合度高。 ( 2 ) 横向粘贴型钢加固时， 型钢纵向布置道数和横向连接 板块数量越多， 整体性提高幅度越大 ， 但随着二者的增多， 横向 分布均匀性系数趋于稳定， 因而二者均存在最佳值； 同时， 板桥 两端靠近支座处 ， 宜各布置一道型钢 ； 横向连接新板数量对新 桥各板影响较小 ， 因而横向仅连接一块新板； 相同条件下， 型钢 上接第 1 1 2页 刚度对于空心板桥整体性影响较小， 可根据工作性要求确定型 钢型号； 最后， 提出了常用装配式简支空 tl , 板桥横向粘钢加固 的最优方案 ， 可为实际工程提供参考。 ( 3 ) 横向粘贴型钢加固中， 相同条件下， 跨度越大 ， 整体性 提高程度越大， 因而加固后的小桥仍需加强监控。 参考文献 ： 1 陈淮， 张云娜施 加横向预应力加固装配式空心板桥研究 J 1 公路交 通科技 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 1 0 ) ： 5 8 6 2 2 王喜刚， 金俐伶， 苗明臣， 等损伤桥梁荷载横向分布的数值法研究 J 1 _ 公路， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 1 1 1 - 1 1 4 【 3 彭晖 既有钢筋混凝土简支斜梁桥实桥试验荷载横向分布研究【 j l中 外公路 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： l 1 0 一 l 1 4 4 】 J T G T J 2 1 2 0 l 1 公路桥梁承载能力检测评定规程 s _ E 京 ： 人民交 通出版社 ， 2 0 1 1 5 梁全富， 邵景干 体外横向预应力加固简支空心板梁桥技术 M 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 7 【 6 6 张云娜施加横向体外预应力加固装配式空心板桥的研究【 D 郑州： 郑州大学， 2 0 0 7 7 】 陈记豪 装配式简支板桥上部结构整体性分析与损伤识J lJ D 西安 ： 西安建筑科技大学， 2 0 1 1 【 8 】 李松辉， 李冲， 闰明 在役桥梁实测荷载横向分布系数研究与应用 J 1 _ 山东科技大学学报： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 1 2 4 ( 2 8 ) ： 2 7 2 9 【 9 】河南省交通规划勘查设计院 连霍国道主干线郑州段、 郑洛段改扩 建工程旧桥检测【 z l _2 0 0 6 1 0 】 李友好， 赵豫生， 某病害桥横向体外预应力加固实践f J 1 -重庆交通学 院学报， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 8 2 1 作者简介： 陈记豪( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 博士， 讲师， 从事桥梁结构基本理论研究。 联系地址： 郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院( 4 5 0 0 1 1 ) 联 系电话 ： 0 3 7 1 6 9 1 2 7 3 7 7 表 5 施工用混凝土配合比及性 能 2 3 MP a ， 施工顺利， 箱梁外观质量好 ， 氯离子扩散系数 1 5 x 1 0 一 z m2 s ， 箱梁合格率达 1 0 0 。 工地试验室在加强材料质 量监控同时， 注重混凝土生产和浇筑阶段的过程控制， 缩小混 凝土各项性能的波动。 考虑到模板周转 ， 并根据冬夏季节气温 不同， 协同减水剂厂家 ， 通过调整减水剂将混凝土终凝时间控 制在( 1 3 1 ) h 。 3结语 依据象山港大桥海工高性能混凝土技术指标， 通过对原材 料优选， 把混凝土的水胶比、 砂率、 胶材用量 、 水泥用量和掺合 料的品种及用量控制在适当的范围， 配制出了满足施工要求的 预制箱梁高性能混凝土， 实现了混凝土拌合物的工作性、 龄期 混凝土力学性能、 耐久性、 体积稳定性 、 施工工期和经济效益等 】 1 8 各项指标均衡发展。 参考文献 ： 1吴中伟， 廉慧珍高)I生 能混凝土【 M 北京： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 【 2 屠柳青， 张国志， 李顺凯 ， 等 金塘大桥承台海工高性能混凝土的配 制技术 J l_ 施工技术， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 6 1 6 3 3 张苹， 王坤 ， 李秋义， 等 大掺量矿物掺合料混凝土早期抗裂性能研 究【 J 】 混凝土 ， 2 o 1 2 ( 1 ) ： 7 1 7 3 作者简介 联 系地址 联 系电话 杨林( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 主要从事混凝土外加剂的 开发与应用研究。 武汉市武 昌区民主路 5 5 3 号 ( 4 3 0 0 7 1 ) 0 2 7 8 7 8 9 3 2 3 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m