聚合物混凝土在防护工程中的运用.pdf

4 4 桥梁检测与加固 2 0 1 3 ， 6 ( 1 ) 聚合物 混凝土在 防护工程 中的运用 王皤 ( 武汉桥梁建筑工程监理有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要： 聚合物水泥混凝土是在普通? 昆 凝土拌合物 中 加入聚合物。聚合物水泥混凝土具有较高的密实度和强度 ， 能够抗裂、 抗冻、 防腐、 抗氯离子渗透， 其抗渗、 耐腐蚀及耐磨 性能也有相应的提高。结合舟山大陆连岛工程西堠门大桥 边坡防护的施工情况， 通过验证试验对 C 4 0聚合物水泥混 凝土的 4种混凝土配合比进行了对比， 最终确定具有 良好性 能的聚合物水泥混凝土运用于边坡防护施工中。 关键词l聚合物混凝土； 防护工程； 配合比 1 引 言 聚合物水泥混凝土是在普通混凝土拌合物中加 入聚合物 ， 以聚合物与水泥共同作胶结材料， 将粗 、 细骨料黏合为一体的复合材料 。聚合物水泥混凝土 比普通混凝土具有较高 的密 实度 和强度， 抗裂 、 抗 冻 、 防腐 、 抗氯离子渗透 ， 其抗渗 、 耐腐蚀及耐磨性能 也有相应 的提高 ， 适用 于钢结构 和钢筋混凝土结构 的防渗、 防腐护面和修补工程， 这类材料在近 3 O年 来有显著的发展。按其组成和制作工艺可分为 ： 聚 合物浸渍混凝土 ； 聚合物水泥混凝土， 也称聚合物改 性混凝土( P o l y me r Mo d i f i e d C o n c r e t e ， P MC ) ； 聚合 物胶结混凝土( P o l y me r C o n c r e t e ， P C) ， 又称树脂混 凝土( Re s i n C o n c r e t e ， R C) ， 以上所称混凝土也都包 括砂浆在内。 针对舟山大陆连岛工程西堠门大桥工程所处的 恶劣海洋环境， 在该工程边坡防护 中提 出使用工作 寿命为 1 0 0年的 C 4 0聚合物混凝土。 2 工程概 况 舟山大陆连岛工程西堠 门大桥是浙江省舟山连 岛工程中的第 4 座大桥， 其走向由北向南， 北端连接 册子岛 ， 南端连接金塘岛 ， 横跨西堠 门水道 ， 桥梁为 主跨 1 6 5 0 m 两跨连续悬索桥， 桥跨布置为( 5 7 8 + 1 6 5 0 +4 8 5 )m。悬索桥的北塔位于老虎山上 ， 从地 形地貌上看 ， 老虎 山四周 l临空 ， 山体单薄 ， 缓倾坡外 裂隙构成边坡稳定的潜在底 滑面， 山体因受数条断 层及其他构造裂隙的影响， 再加海浪淘蚀作用 ， 边坡 浅表部沿断层带部分被淘空l 1 。为确保西堠门大桥 正常运营后桥梁结构 的安全， 对老虎 山边坡进行 了 在最不利工况下的定量计算和分析 ， 并提 出对边坡 所在最低海水位 以上浅表部岩体进行框架梁锚索、 锚杆加 固处理。加固混凝土长期受到海水侵蚀 ， 对 混凝土耐久性要求极高 ， 为保证大桥在设计寿命 内 安全运营必须采取措施提高混凝土耐久性 2 J 。 3 边坡加固工程的混凝土耐久性设计 舟山大陆连岛工程西堠 门大桥边坡防护工程的 设计使用年限是 1 0 0年 ， 老虎 山边坡长期受到海水 侵蚀 ， 混凝土耐久性设计极为重要 。因此 ， 对混凝土 耐久性提出了极高的要求。而聚合物混凝土耐久性 指标可以根据结构的设计使用年限、 所处 的环境类 别以及防止外界环境的氯离子渗入而确定。 由于聚合物的引入， 聚合物填充 了水泥混凝土 中的孔隙和微裂缝 ， 可提高它的密实度 ， 增强水泥石 与集料间的粘结力 ， 并缓和裂缝尖端的应力集 中， 改 变普通水泥混凝土的和易性 、 抗拉强度 、 耐磨 、 抗渗 、 抗冲击等性能 ， 使之具有较好 的和易性、 高强度、 抗 渗 、 抗冻 、 耐久性等显著优点。在设计混凝土配合 比 时添加聚合物聚丙烯酸酯乳液来提高混凝土的 耐久性 ， 所以选用合适 的聚合 物混凝土配合 比设计 阻止或防止外界环境的氯离子渗入混凝土内部非常 重 要和必 要 。 4 聚合物混凝土设计要求 根据舟山西堠门大桥附近海域的水质分析 ， 老 虎山周边海域氯离子含量 为 1 2 7 6 3 1 1 4 1 1 0 3 mg L E 。根据相关 国家标准、 行业标准规定 ， 混凝 收稿 日期 ： 2 O l 3 O l -2 8 作者简介 ：王瑶 ( 1 9 8 1 一) ， 男， 助理工程师 ， 2 0 0 5年毕业 于武汉理工大学工程材料检测专业 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 i I 期 聚合物混凝土在 防护工程 中的运用 4 5 土的氯离子总含量 、 抗渗性、 混凝土胶凝材料用量和 含气量限定值如下 ： ( 1 )预应力混凝土氯离子含量不得超过 0 0 6 。 ( 2 )普通混凝土氯离子含量不得超过 0 1 0 。 ( 3 )C 4 0聚合 物混凝 土 电通量 应满 足表 I的 规定。 表 1 c 4 o聚合物混凝土的 电通量 设计使用年限级别 电通量 ( 5 6 d ) C 一 ( i o o年 ) 二( 6 0年) 、 三( 3 0年) 1 0 0 0 1 5 0 0 ( 4 )C 4 0聚合物混凝 土水灰 比不应大于 0 3 5 ， 最小胶凝材料用量不小 于 3 0 0 k g m。 ； 最大胶凝 材 料用量不应超过 5 0 0 k g m。 。 ( 5 )无抗冻要求 的混凝土含气量控制在2 0 4 0 。 5 原材料 为保证西堠 门大桥老虎山边坡防护达到设计使 用年限 i 0 0年 ， C 4 0聚合物混凝土所用 的原材料在 配合 比试配前进行验证试验 ， 确认原材料 的各项技 术指标均符合国家有关标准规范要求后才可以用于 该工程施工中。在配合 比设计过程中严格按照国家 有关标准和设计图的要求 ， 在混凝土强度 、 施工性能 满足要求 的前提下优选 较好 的混凝土应 用于施工 中。西堠 门大桥老虎山边坡防护聚合物混凝土 中的 水 泥 采 用 的 是 黄 石 华 新 水 泥 厂 生 产 的 堡 垒 牌 P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥， 细集料采用福建闽江产 区细度模数为 2 5 2 9 、 含泥量不大于 0 6 、 空 隙率不大于 4 2 的河砂 ， 粗集料采用舟山大东方石 料厂生产的 5 2 5 mm 连续级配的碎石 ， 砂石材料 均无潜在 的碱集料反应 。混凝土外加剂选用大桥牌 UNF 一2奈系高效减水剂 ， 掺入型钢筋阻锈剂采用 优等亚硝 酸钙。施 工用水氯 离子 含量不 大于 3 5 0 mg I 。原材料碱含量和氯离子含量实测值见表 2 。 6 聚合物混凝土配合比设计 在设计 C 4 0聚合物混凝土配合 比时 ， 为确保聚 合物混凝土长期耐久性满足设计要求 ， 采用电通量 法来评价聚合物混凝 土密实性 ， 间接评价混凝 土的 耐久性。混凝土越密实， 电通量越低 ， 混凝土就越能 有效抵抗环境 中各种有害离子侵入 ， 提高混凝 土的 表 2 各原材料中碱含量和氯离子含量实测值 耐久性。同时考虑 到混凝土的总碱含量 ， 进行 了严 格控制抗碱一骨料反应性能指标和最大碱含量。为 防止混凝土中钢筋锈蚀 ， 选用原材料对氯离子含量 也进行了严格 的控 制， 从 而确保 了混凝 土配合 比各 原材料中氯离子总含量满足规范要求 。粗骨料的碱 活性首先要用岩相法进行检验。若粗骨料含有碱一 硅酸反应活性矿物， 其砂浆棒膨胀率应小于 0 1 0 l 3 。除了混凝土 的碱含量要满足规定外 ， 不得 使用具有碱一碳酸盐反应活性的骨料 。通过这些措 施 ， 在本身就使用非碱活性骨料 的情况下更 能保证 混凝土不会发生危害性碱一骨料反应 。该工程所用 的骨料经委外试验检验为非活性骨料 。 聚合物混凝 土抗渗等级为大于 P 2 0 ， 最 大水胶 比为 0 3 5 ， 最小水泥用量为 3 0 0 k g m。 ， 最大胶凝材 料用量不应超过 5 0 0 k g m。 。混凝土拌合物中的各 原材料氯离子总含量不得超过胶凝材料的 0 1 0 ； 在混凝土中加入适量 的聚丙烯酸酯乳液、 高效减水 剂、 阻锈剂亚硝酸钙 ， 设计坍落度为 8 O 1 0 0 mm。 配合 比具体数据见表 3 。 7 混凝土性 能分析 4种配合比的聚合物混凝土的相关指标对 比见 表 4 。 在试验阶段通过对材料优选 ， 配合 比优化 ， 优选 高效减水剂降低用水量 、 减小水灰 比等来提高混凝 土的密实性。通过验证试验， 发现这 4种配合 比的 混凝土在碱含量、 氯离子含量 、 电通量以及含气量指 标上都满足聚合物混凝土的耐久性要求。1 号配合 比 3 d强度 达 到 C 4 0聚合 物混 凝 土设 计 强度 的 9 7 ， 2 8 d强度达不 到设计强度要求。2号和 4号 配合 比 2 8 d强度虽然达到 C 4 0聚合物混凝土设计 强度的 1 0 3 和 1 0 5 9 6 ， 但试件表面气泡较多， 试件 2 4 h已经终凝 ， 混凝 土工作性时间较短 ， 坍落度不 符合设计要求且不能满足现场施工要求。3 号配合 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 桥梁检测与加固 2 0 1 3 ， 6 ( 1 ) 2 3 8 2 2 6 3 3 2 5 0 2 比 2 8 d强度达到设计强度的 1 2 2 ， 2 8 d强度符合 设计强度要求 。试件表面气泡与其他 3 种配合 比相 对较少 ， 试件 2 4 h接近初凝 。混凝土流动性较好 ， 且浆体显得粘稠 ， 不离析匀质性较好 ， 粘聚性优于其 他混凝土， 该混凝土浆体与水有较强的亲和力 ， 拌合 物 中自由水存在很少 ， 不存在泌水现象 ， 且容易捣 实 。5 6 d混凝土电通量 4 8 6 C的试验结果远远低于 规定值1 0 0 0 C， 由此可见聚合物混凝土具有高抗氯 离子渗透性能 。结合 以上试验数据， 所选 3号配合 比混凝土的工作性 、 和易性和其他 的各项指标均满 足设计要求 ， 且能满足现场施工要求 。 8 结论 ( 1 )选定 3号配合 比作为聚合物混凝土的施工 配合比， 即水泥 ： 砂 ： 石 ： 水 ： 亚硝酸钙 ：聚丙烯 酸酯乳液 ： 外加剂 一5 0 0： 6 3 4： 1 0 5 1： 1 2 6：1 0： 5 0： 1 0 。该配合 比混凝土各项指标均符合规范及设 计要求 。 ( 2 )掺加聚合物( 聚丙烯酸酯乳 液和阻锈剂亚 硝酸钙) 是改善普通混凝土耐久性最有效的手段之 一 ，众多研究表明， 聚合物水泥混凝土， 虽然造价较 高 ， 耐久性能相对普通混凝土均有大幅度提高。 ( 3 )外加剂的选择特别重要 ， 外加剂要选择减 水率高、 坍损较小、 引气效果好 、 质量稳定 的产 品。 外加剂与胶凝材料要有良好的相容性。外加剂 的掺 量不宜过大。要保证混凝土的和易性 ， 此外 ， 要控制 外加剂不能引入过多的有害离子 。 ( 4 )要限制原材料碱含量和氯离子含量 ， 确保 混凝土总碱量和氯离子总含量满足设计要求 ， 防止 混凝土发生碱骨料反应和钢筋锈蚀 。 ( 5 )该混凝土流动性较好 ， 且浆体显得粘稠 ， 不 离析， 匀质性较好 ， 粘聚性优于其他混凝土， 浆体 与 水有较强的亲和力， 拌合物中不存在泌水现象 ， 且容 易捣实。现场施工人员容易操作和施工 。 参考文献 ： 1 蒋建良舟山大陆连岛工程西堠门大桥工程地质勘察 报告E R 宁波： 浙江省工程勘察院， 2 0 0 6 2 王武刚， 卢桂臣， 潘永坚， 等舟山大陆连岛工程老虎 山局部边坡稳定性及加固处理 J 地质灾害与环境 保护， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 3 2 8 3 邓国兵客运专线高性能混凝土耐久性问题的研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 1 1 3 1 1 6 ， 1 1 9 6 4 6 1 3 8 7 8 0 O l 1 8 7 3 5 l O 4 3 4 5 5 6 4 6 1 3 8 7 8 0 O l l 6 6 6 6 2 2 2 2 I I I I 3 9 1 6 5 O 5 2 2 1 O O 1 3 O 4 9 0 8 3 2 6 6 6 6 8 7 O 3 5 1 O 4 3 4 5 5 2 2 2 2 5 O 5 3 3 3 2 2 O O O O 1 2 3 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m