桥梁清水混凝土设计方法与匀质性控制.pdf

第 3 7卷第 1期 2 O l 5年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ，Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g V o I 3 7 N o 1 Fe b 2 01 5 d o i ： 1 0 1 1 8 a S j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 5 0 1 0 1 9 桥梁清水混凝土设计方法与匀质性控制 周孝军 ， 牟廷敏。 ， 丁庆军。 ， 聂传振s ( 1 西华大学 建筑与土木工程 学院 ， 成都 6 1 0 0 3 9 ； 2 四川省 交通运输厅公路规 划勘 察设计研 究院 ，成 都 6 1 0 0 4 1 ； 3 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料 国家重点 实验 室 ， 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘 要 ： 根 据桥 梁工程 结 构特 点 ， 提 出 了桥 梁 清水 混凝 土 的 配合 比优 化设 计 方 法 ， 制备 出粘 聚 性与 包裹性好 、 流 动度 佳 ， 且 具有优 良力 学一 tg能的 C 3 0 C 5 0高性 能清 水混 凝 土 。通过 对 混凝 土拌 合 物 含 气量 、 硬 化试 件不 同部位 显微 硬度 与微 观结 构 的测试 ， 分析 了增 粘 剂对 其 匀质 性 的影 响规律 。试 验表明： 对于 C 3 0桥 梁清水混凝土， 掺 5 x1 0 的纤维素醚或掺 6 的硅灰时， 混凝土的含 气量不超 过 2 ， 浆体 旋转 粘度值 在 1 9 0 0 2 0 0 0 MP a s 之 间 ， 试件 不 同部位 显微 硬 度 值接 近 ， 匀质 性好 。 结 构 密实 。 关键词 ： 清水混凝土； 增粘剂 ； 匀质性； 显微硬 度 中图分 类 号 ： u4 4 4 ； TU5 2 8 文 献标 志码 ： A 文章编 号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 1 1 7 0 6 De s i g n me t h o d a n d h o m o g e n e i t y c o n t r o l o f b r i d g e f a i r f a c e d c o n c r e t e Z h o u Xi a o j u n ， Mo u T i n g mi n ， Di n g Oi n g j u n 。 ， Ni e O h o a n z h e n ( 1 _S c ho ol of Ar c hi t e c t u r e a n d Ci v i l En gi n e e r i n g，Xi hu a Uni ve r s i t y ，Ch e ngd u 6 1 003 9，PR Chi na： 2 Si c h ua n Pr oV i n c i a1 Tr a n s po r t De p a r t me n t Hi ghwa Y Pl a n ni ng Su r v e y De s i gn an d Re s e a r c h I n s t i t ut e ，Che n gd u 61 0 04 1，P R， Chi na； 3 St a t e Ke y La bo r at o r y o f Si l i c a t e M a t e r i a l s f or Ar c hi t e c t ur e sW u ha n Un i v e r s i t y o f Te c hno l ogy ，W u h a n 4 3 0 0 7 0 ，P R Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c or d i ng t o t he s t r uc t u r a l c ha r a c t e r i s t i c s o f b r i dg e e n gi n e e r i ng ，t h e m i x o pt i m i z a t i o n de s i gn m e t ho d o f b r i dg e f a i r f a c e d c on c r e t e wa s p r e s e nt e d， a nd C3 0 C5 0 c o nc r e t e wi t h hi g h c o he s i o n a nd pa c ka ge，ou t s t a nd i n g f l ui d i t y a nd e xc e l l e nt me c ha n i c a l pr o pe r t i e s we r e pr e pa r e d Thr o u gh t h e t e s t o f a i r c o n t e nt of f r e s h c on c r e t e， mi c r o ha r d ne s s a n d m i c r o s t r uc t ur e i n d i f f e r e n t p a r t s o f ha r d e n e d c o nc r e t e s pe c i me ns ， e f f e c t s of v i s c os i t y mo di f y i ng a dmi xt u r e s o n ho mog e n e i t y of c on c r e t e we r e d i s c us s e d The r e s ul t s s ho we d t ha t t he c o mpo s i t i o n of br i d ge f a i r f a c e d c o nc r e t e we r e r e l a t i v e l y h omo g e ne ou s， a nd t he m l e r os t r uc t u r e we r e r e l a t i v e l y d e ns e W he n C3 0 c o nc r e t e mi xe d wi t h 5 1 0 c e l l u l os e e t he r o r 6 s i l i c a t u m e ( m a s s f r a c t i on o f c e m e nt i t i o us ma t e r i a 1 )，a i r c o nt e n t o f f r e s h c o nc r e t e we r e l e s s t h a n 2 ，a nd s l u r r v v i s c o s i t y v a l ue s we r e be t we e n l 9 00 a nd 2 00 0 M Pas Al s o，t h e m i c r o h a r d ne s s va l u e s i n d i f f e r e nt Da r t s o f h a r de ne d c o nc r e t e s pe c i m e ns we r e c l o s e d Th e r e s u l t s we r e a p p ! i e d i n p r a c t i c a l b r i d g e e n g i n e e r i n g， whi c h g e ne r a l l y me e t s t he a p pa r e n t qu a l i t y r e qu i r e me n t s o f br i d ge f a i r f a c e d c on c r e t e Ke y wo r d s： f a i r f a c e d c o nc r e t e；vi s c os i t y m o d i f y i ng a d m i x t ur e；ho m o ge ne i t y；mi c r o ha r d ne s s 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 5 2 0 基金项 目： 四川 省交 通科研项 目( 2 0 1 1 D - 0 5 ) 作 者简 介 ： Ns g( 1 9 8 5) ， 男 ， 博士 ， 主要从事高性能混凝土及其结构性 能研究 ， ( E ma i l ) z h 。 u i a o j u n 1 1 1 1 6 3 c o m。 Re c e i v e d： 201 4 05 20 F o u n d a t i o n i t e m： S i c h u a n Tr a f f i c S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y P r o j e c t ( No 2 0 1 1 D- 0 5 ) Au t h o r b r i e f ： Z h o u Xi a o j u n ( 1 9 8 5 一 )， P h D， ma i n r e s e a r c h i n t r e s t ： h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ， ( E i n a i l ) z h o u x j a o l u n 1 l 1 6 3 C O F I1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 8 土 木 建 筑 与 环 境 _ 7 -程 第 3 7 卷 清水? 昆 凝土分 为普通 、 饰面和装饰清水混凝土 3 类 ， 其具有质朴厚实 、 素面朝天的外观特性 ， 并省 掉 了 抹 灰 和 装 饰 等 工 序 ， 被 行 业 内称 为 “ 绿 色 混 凝 土” l 】 。清 水混 凝 土 已有 一 定 的研 究 和发 展 ， 但 多 集 中在建 筑工 程领域 ， 且 非常注 重 其表 面平 整 光滑 、 棱 角分 明的艺 术效果 【 。桥 梁 工程 的服役 环境 、 施 工 工艺 等与建 筑 工 程 差异 较 大 ， 一 般 采 用 普 通 清 水 混凝 土 ， 只 要 求 表 面平 整 光 滑 且 无 明 显 色 差 、 气 孔 等 ， 而对 饰面 装饰效 果没 有特 殊要 求 ， 目前 有关 桥 梁 清水混凝土的设计制备与性能研究还较少 ， 不利于 其推广应用 。桥梁结 构构造复杂 、 配筋率高、 预 应 力钢束 密集 ， 混 凝 土 应 具 有很 好 的工 作 性 能 以满 足 密实施 工要 求 ； 另外 ， 桥梁不 同结 构 部位 的混凝 土 强度等级不同， 但普通混凝土配合 比设计方法缺乏 针 对性 ， 设计 的 不 同强 度 等 级 昆 凝 土工 作 性 能 差 异 显著 ， 匀质性较差 ， 无法达到工程整体清水效果l 4 。 因此 ， 需 要 根据桥 梁 工程结 构 特点 ， 研 究桥 梁 清 水混凝土的设计方法与匀质性控制技 术， 改善混凝 土工作性能， 保证构件外观质量， 提高结构安全与耐 久性 ， 为 工程 应用 提供技 术支 撑 。 l 原材料 P O 4 2 5水 泥 ， 主要 化 学 成 分 如 表 1所 示 。天 然 河 砂 ， 细 度 模 数 2 5 ， 含 泥 量 1 8 ， 泥 块 含 量 0 3 。石灰 岩质 碎 石 ， 粒 径 5 2 5 mm 连 续 级 配 ， 含泥量 0 4 ， 针 片 状 含 量 1 7 。V6 3 O型 清水 混 凝土专用聚羧酸减水剂 。L H- 7 O MR非速溶型纤维 素醚， 分子量 2 o万 。矿物掺合料 ： I 级粉煤灰 ， 细度 1 2 ( 0 0 4 5 mI i 1 方孔筛筛余) ， 需水量 比 9 2 6 ； 硅 灰 ， 比表 面 积 2 1 0 m k g ， S i O 含 量 9 O 。拌 合 用水 为 自来水 。 表 1 水 泥化 学组成 ( 质量分数 ， ) Tab l e 1 Ch e mi c a l c omp o s i t i o n o f t he c e me nt ( ma s s f r a c t i on， ) 2 配合 比设计 2 1 设 计思路 应用 于建 筑工程领域 的清水混凝 土 ， 为了实 现低 含气量要 求 ， 坍 落度 控 制较 小 ， 难 以满 足桥 梁 工程 混 凝土密实施工要求。另外 ， 不同强度等级混凝土的胶 凝材 料用量不 同 ， 采用普 通混凝 土配合 比设 计方 法制 备 的混凝 土工作性能 差异大 ， 匀质性 差 ， 易 出现 色差 、 气孔 等缺陷 ， 既影响构件 表观质量 ， 又影 响耐久性 。 实现桥梁清水 昆凝 土高工作性能、 高耐久性 的 设 计思 路与技 术 途 径 主要 有 ： 采用 基 于 分 子 链 组 成 结 构设 计 的专 用 聚羧 酸 系减 水 剂 ， 提 高 混 凝 土 工 作 性能 ， 减少用水 量 ， 降低含气量 。掺优质 矿物掺合 料 ， 改 善混凝 土工 作性 能 ， 优 化孔 结 构 ， 增 加 密实 度 ， 减小 体 积变形 l- 0 。 。对 于低 强度 等级 混凝 土 ( C 4 o及 以下) ， 提高矿物掺合料掺量 ， 适当提高砂率 ； 对于高 强度 等 级 的混 凝 土 ( C 5 0及 以上 ) ， 优化 减 水剂 掺 量 ， 适 当降低 水泥 用量 和砂 率 ， 结 合增 粘 剂_ ， 控 制浆 体粘 度 ， 减小 集料 相对移 动 ， 保持 不 同密 度胶 凝 材料 均 匀分 散 ， 提高混 凝土 的匀 质性 。 2 2配合 比与 物理 力学性 能 基于密实骨架堆积理论， 根据提出的 昆 凝土配合 比设 计思路 ， 制 备 了 C 3 0 -C 5 0桥梁 高性 能 清 水混 凝 土 ， 配合 比与物 理力学性能 如表 2所示 。混凝 土包 裹 性 与流动性好 ， 初始坍落度在 2 0 0 mm 以上 、 扩展度在 5 0 0 mm以上 ， 1 h后坍落度仍大于 1 8 0 mm、 扩展度大 于 4 2 0 m m， 损 失较小 ， 工作性 能 与力 学性 能满足 设计 要求 。 表 2混 凝 土 配 合 比与 物 理 力学 性 能 Tab l e 2 Co nc r e t e mi x pr o po r t i o n a n d t h e ph y s i c a l me c h a ni c a l p r o pe r t i e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 7 卷 a n d c o u n t e r me a s u r e s f J A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 1 )： 6 8 ( i n Ch i n e s e ) 2陈晓芳 高性 能饰 面清水混 凝土及 其施 工技 术的研 究 D 广州 ： 华南理工大学 ， 2 0 1 1 3 Hu r d M KA v o i d i n g a r g u me n t s o v e r a r c h i t e c t u r a l c o n c r e t e J C o n c r e t e C o n s t r u c t i o n ， 1 9 9 0 ( 9 ) ： 2 8 3 0 4 黄路 城 市高架桥 混凝 土外 观质量控制 E D 重庆 ： 重庆 交 通 大 学 ， 2 0 0 8 5 姚 刚， 高天 ， 张利 清水混凝 土施 工的质量 缺陷与预控措 施 J 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 6 ) ： 6 8 7 1 Ya o G ， Ga o T， Zha ng L De f e c t a n d p r e c o nt r ol me t ho ds f o r f a i r f a c e d c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n J J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 6 ) ： 6 8 7 1 6 何锦华 ， 王守合 ， 杜 建峰 ， 等 超大 面积清水 昆 凝 土结构 清水混凝 土配 制及 施工技 术 J 混凝 土 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 7 7 7 9 He J H， W a n g S H， Du J F， e t a 1 P r e p a r a t i o n a n d c on s t r u c t i on t e c hno l o gy o f s u pe r l ar ge a r e a f a i r f a c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e J C o n c r e t e ， 2 0 0 6( 6 ) ： 7 7 7 9 ( i n Chi n e s e ) 7P o u r c h e z J ， P e s c h a r d A， Gr o s s e a u P ， e t a 1 HP MC a n d HE MC i n f l u e n c e o n c e me n t h y d r a t i o n J C e me n t a n d Con c r e t e Re s e a r c h， 2 0 06， 3 6( 2)： 2 88 2 94 8师海霞 ， 龙俊余聚羧 酸减 水剂 在高速铁路 构件混凝 土 中的应用 J 混凝土世界 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 5 0 5 1 S h i H X ，L o n g J YAp p l i c a t i o n o f p o l y c a r h o x y 】 a t e s u pe r p1 a s t i c i z e r i n c on c r e t e c o ns t r u c t i on me mbe r s i n h i g h s p e e d r a i l wa y s J C h i n a C o n c r e t e ， 2 0 1 0( 5 ) ： 5 0 51 (i n Chi ne s e ) 9张力冉 ， 郝兵 ， 刘冶华 ， 等 粉煤灰 硅灰对新拌复合浆体 多级絮凝结构的影响E J 商品混凝土 ， 2 o 1 1 ( 9 ) ： 3 5 3 8 Z h a n g I R， Ha o B， Li u Z H ， e t a 1 E f f e c t o f FA S F o n mul t i l e v e l f l o c c ul a t i on s t r uc t u r e mod e l o f f r e s h m i x i n g p a s t e J Re a d y mi x e d C o n c r e t e ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 3 5 3 8 ( i n Ch i n e s e ) 1 o 魏铮 ， 蔡 良才 ， 付亚伟 硅灰 白密实高性能道面混凝土性 能研究 J 建筑技术 ， 2 0 1 1 ， 4 2 ( 2 ) ： 1 4 4 1 4 6 W e i Z， Ca i L C， Fu Y W pr o pe r t i e s o f s i l i c a f u m e s e l f c o mp a c t i o n h i g h p e r f o r ma n c e p a v e me n t c o n c r e t e J Ar c hi t e c t ur e Te c h no l o gy，20 11，42(2)：l 4 4 1 46 (i n Ch i n e s e ) 1 1 Kh a y a t K H E f f e c t o f a n t i w a s h o u t a d m i x t u r e s o n f r e s h c o n c r e t e p r o p e r t i e s J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， l 9 9 5 ， 9 2 ( 2 )： 1 64 - l 71 1 2 欧志华 ， 马保 国 ， 蹇守卫 非离子纤维素醚在新拌水泥基 材料 中的作 用 及研 究 进 展 J 硅 酸 盐 通 报 ， 2 0 1 2 ， 3 l ( 1)： 96 - 9 8 Ou Z H， Ma B G， J i a n S W Ef f e c t o f n o n i o n i c c e l l u l o s e e t h e r s on f r e s h c e me n t ba s e d ma t e r i a l s a n d i t s r e s e a r c h p r o g r e s s J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2O 12， 3 l( 1)： 96 - 98 ( i n Ch i n e s e ) D3 苏雷 ， 马保 国， 蹇守卫 ， 等 纤维素醚一 膨胀 珍珠岩耦合 作 用下水 泥浆 体 早 期水 化 规 律 J 功 能 材 料 ， 2 O l 2 ， 4 3 ( 1 5)： 2 o1 2 - 2 01 5 S u L， M a B G， J i a n S W ， e t a 1 Ea r l y s t a g e h y d r a t i o n l a w o f c e me n t pa s t e s und e r t he c oup l i ng e f f e c t o f c e l l u l o s e e t h e r a n d e x p a n d e d p e r l i t e J J o u r n a l o f F u n c t i o n a l M a t e r i a l s ， 2 O 1 2 ， 4 3 ( 1 5 )： 2 O 1 2 - 2 0 1 5 ( i n Ch i n e s e ) 1 4 R o l s S ， Amb r o i s e J ， P e r a J E f f e c t s o f d i f f e r e n t v i s c o s i t y a g e n t s o n t h e p r o p e r t i e s o f s e l f l e v e l i n g c o n c r e t e J Ce me nt a n d Co nc r e t e Re s e a r c h， 19 9 9， 29( 2 )： 26 1 - -26 6 1 5 L a c h e mi M ，Ho s s a i n K M ，I a mb r o s V，e t a 1 Pe r f or ma nc e of ne w v i s c o s i t Y mo di f yi ng a dmi xt ur e s i n e n ha nc i n g t he r he o l o gi c a l p r o pe r t i e s of c e me n t p a s t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 2 ) ： 1 8 5 1 93 1 6 S a r i c C o r i c M，Kh a y a t K H，T a g n i t Ha mo u A Pe r f o r m a nc e c h a r a c t e r i s t i c s o f c e me n t gr ou t s ma de wi t h v a r i ou s c omb i n a t i o ns o f hi gh r a n ge wa t e r r e du c e r a nd c e l l u l o s e b a s e d v i s c o s i t y mo d i f i e r J C e me n t a n d Co nc r e t e Re s e a r c h， 2 00 3， 33( 1 2)： 1 3 5 1 4 ( 编 辑王 秀玲 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m