拉会大桥高性能硅粉混凝土试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADMI NI CLE 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 0 7 0 2 3 拉会大桥高性能硅粉混凝土试验研究 莫志凡 ， 。林春姣 z ，傅根根 ，唐双美 ，郭磊磊 ( 1 广西路桥建设有限公司 ，广西 南 宁 5 3 0 0 0 1 ；2 广西大学 土木建 筑工程学院 ，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要： 对拉会大桥预应力混凝土连续刚构桥采用的C 5 0 高性能硅粉混凝土进行了试验研究 ， 主要研究硅粉掺量对 C 5 0 高性能混凝土 的工作和易性、 抗氯离子渗透和抗碳化的影响。 试验结果表明： 掺人适量硅粉有助于提高高性能混凝土和易性 ， 同时对改善混凝土抗氯离 子渗透和抗碳化等耐久性有显著作用。 根据试验确定拉会大桥 C 5 0 高性能混凝土硅粉掺量为 5 6 6 ，据此制备的混凝土各方面性能较优， 能满足规范和设计要求。 关键词 ： 拉会大桥 ；高性能混凝 土；硅粉 ；耐久性 ；氯离子渗透性 能；碳化 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 7 1 0 3 E xpe r i m e nt a l r e s e ar c h On hi gh -pe r f or ma nc e si l i c a f u m e c onc r e t e u s ed on t he l ahu i br i dg e MOZ h i - f a n ， L I NC h an-fia o 2 , F UG e n - g e n ， T ANG S h u a n g - me i ， GUOL e i 一 ( 1 G u a n g x i R 0 a d a n dB ri d g e C o n s t r u c t i o nC o ， L t d ， Na n n i n g 5 3 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e ri n g a n dA r c h i t e c t u r e ， Gu ang x i Un i v e r s i t y， Na uni n g 5 3 0 0 0 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e C5 0 h Jig h - pe r f o r manc e s i l i c a f u me c o n c r e t e wh i c h wo u l d b e u s e d o n t h e La h ui Brid g e， a p r e s t r e s s e d c on c r e t e c o n t i n u o u s rig i d f r a me b rid g e s ， wa s t e s t e d T he e ffe c t s o fs i l i c a f u me c o n t e nt o n the wo r k a b i l i t y， r e s i s t anc e t o c h l o rid e i o n p e r me a bi l i t y an d c a r b o n a t i o n o ft h e C5 0 h i g h - p e r f o rm an c e c o n c r e t e we r e s t u d i e d Th e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d tha t a d d i ng a p pr o p ria t e am o u nt s i l i c a f u me wa s h e l p f ul t O i mp r o v e the wo r k a b i l i t y o f h i gh- p e rf o r manc e c o n c r e t e ； t h e r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e i o n p e rm e a b i l i t y and the c a r b o n a t i o n r e s i s t anc e d u r a b i l ityAc c o r d i n g t o t h e t e s t ， the C5 0 h i g h- p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wi t h s i l i c a f ume c o n t e n t of 5 6 6 wo ul d b e u s e d o n the 1 z h u i Brid g e an d i t c o u l d me e t th e r e q u i r e me n t s o f the s p e c i fic ati o n an d d e s i g n r e q u i r e me ms wi t h i t s g o o d p e r f o rm a n c e Ke y wor ds ： l a h u i b rid g e； h i g h - p e rfo r manc e c o n c r e t e； s i l i c a f u me； d ura b i l i t y； r e s i s t anc e t o t h e pe n e t r a t i o n o f c h l o r i d e i o ns ； c a r b o n a t i o n 0 引言 拉会大桥是广西六寨至河池高速公路上的一座重要桥梁， 主桥为预应 力混凝 土连续 刚构桥 ， 引桥为预应力混凝 土连续梁 桥。 桥梁上构采用 C 5 0高性能混凝土。 该桥梁位于南丹县境内 的山岭地带， 周围环境险峻， 气候比较潮湿， 对于混凝土的工作 性能和耐久性要求均比较高。 为了配制出符合要求的C 5 0高性 能混凝土 ， 进行了不同配合 比的制备试验 ， 同时对其抗氯离子 渗透、 抗碳化性能等耐久性进行研究。 1 C5 0高性 能硅粉混凝 土配合 比设计 根据拉会大桥现场具体情况， 选定配制混凝土所用的原材 料如下 ： 水泥， 广西鱼峰水泥股份有限公司生产的P 0 4 2 5级 水泥 ； 砂 ， 采用广西陆川文地砂场生产的天然河砂 ， 为 I I 区中 沙 ， 细度模 数为 2 7 2 ， 表观密度为 2 6 3 8 k g m3 ； 碎石采 用广西河 池市金 山采石场产生的碎石， 最大粒径 2 6 5 mm， 表观密度为 2 7 1 7 k g m3 o 粗骨料采用连续级配 ， 其中4 7 5 9 5 r n l T l 粒径的占 2 0 ， 9 5 - 2 6 5 r n n l 粒径的占8 0 ； 采用四川成都科 良建材有限 公司生产的微硅粉( 粉剂) 作为掺合料； 减水剂采用江苏徐州超 力公司生产的 C NF 1 B型缓凝高效减水剂( 水剂) 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 1 - 0 7 基金项 目：广西交通科技项 目( 2 0 1 0 年第9 号 ) 大桥项目部实验室在选定原材料后 ， 首先进行了多次 C 5 0 高性能混凝土配合比试验。 试配混凝土一方面要满足强度和工 作和易性的要求， 另外还要进一步考虑掺合料对混凝土的工作 性能和耐久性能的影 响。 硅粉作为高性能混凝土的掺合料， 具有能够提高混凝土抗 渗性 ， 降低混凝土中 C a ( OH) 含量， 降低侵蚀化学药品的扩散 速率 ， 改善混凝土界面黏结性能等优点； 另一方面， 当硅粉掺量 过高时， 新拌混凝土将变得非常黏稠而增加施工浇捣的难度； 同时， 硅粉的价格也较水泥要高， 因此， 在满足设计对混凝土强 度及其他性能要求的前提下， 以少掺为宜， 在高性能混凝土中， 常用的掺量一般介于 5 1 5 之间 1 - 5 】 。 为了确定拉会大桥 C 5 0高性能混凝土硅粉的合理掺量 ， 本 研究将硅粉掺量作为单因素再进行配合比试验。 试验按照硅粉 掺量为 O 、 2 8 、 5 6 6 、 8 4 分别配置四组配合比的混凝土 ， 各 组成分具体如表 1 所示。 按照上述配合比制备的各组新拌混凝土工作性能如表 2 所示 。 从试验结果看出： 未掺硅粉的第 1 组混凝土的坍落度和扩 展度分别为 1 3 0 、 3 9 0 1 T I IT I ， 第 2 、 3 、 4组掺入硅粉后 ， 混凝土的坍 落度和扩展度均较第 1 组大， 其中硅粉含量分别为 2 8 和5 6 6 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 拉会大桥 C 5 0高性能硅粉混凝土配合比 表 2 新拌混凝土工作性能 的两组新拌混凝土的坍落度和扩展度均比较接近， 硅粉含量为 8 4 的混凝土的坍落度和扩展度又下降至 1 4 0 、 4 2 0 n l r n 。 从试 验结果看出， 掺入硅粉后对混凝土的工作性能产生了较大的影 响， 但是当掺量达到一定程度后， 混凝土和易性反而下降。 2 C5 0高性 能硅粉混凝土耐久性试验 2 1 氯离子渗透试验 抗氯离子渗透性是混凝土耐久性能的一个关键指标嘲 ， 它反 映了混凝土抵抗氯离子从外界环境向内部侵入的能力。 氯离子 对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀 ， 最终会使得钢筋产生锈蚀， 对结 构有较大的危害f 7 _ lq 。 混凝土氯离子电通量试验是目前用来快速确定混凝土抗 氯离子渗透性的方法之一。 其主要方法是通过测量混凝土试件 的 6 h值电通量( c) ， 来了解混凝土抵抗氯离子渗透性能， 从而 评价混凝土抵抗氯离子渗透的能力 。 其评价标准如表 3 。 表 3 混凝土氯离子渗 透性评价标准【 2 1 根据上述表 1 制备了 4组不同硅粉掺量的C 5 0高性能混 凝土标准试件( 4组试件的硅粉掺量分别是 0 , 2 8 、 5 6 6 、 8 4 ) 。 经过标准养护及处理后对试件进行混凝土氯离子电通量试验， 测试各组试样的电通量值 ， 试验结果见表 4和图 1 所示( 图表 中数值均为各组平均值) 。 表 4 混凝土试件的 6 h值电通量( C) 从上述试验结果看出： ( 1 ) 第 1 组不掺加硅粉的混凝土， 其电通量在 2 0 0 0 C以 上 ， 氯离子渗透性评价为中； 其余 3组均掺入硅粉， 其电通量均 降到 1 0 0 1 0 0 0 C之间， 渗透性评价全部为很低， 说明混凝土抵 抗氯离子渗透的能力明显提高， 硅粉对混凝土的氯离子渗透性 抵抗作用非常显著。 ( 2 ) 随着硅粉掺量从 2 8 增加至 8 4 ， 混凝土电通量从 72 U 、 赠 褪 搋 硅粉掺 量， 图 1 硅粉掺对高性能混凝土试样电通量的影响 8 0 0 多 C减小至2 0 0多 C， 表明混凝土抵抗氯离子渗透能力越来 越强。 这主要是因为加入硅粉后， 硅粉的细微颗粒填充了水泥石 孔隙， 成为水化物沉积的核心 ， 改善了混凝土孑 L 隙结构， 从而提 高了抵抗氯离子渗透能力。 ( 3 ) 从试验结果来看， 硅粉掺量为 8 4 的混凝土抵抗氯离 子渗透能力最强 ， 5 6 6 和 2 8 掺量的也能够满足拉会大桥的 耐久性要求。 2 2混凝 土抗碳 化试 验 混凝土碳化深度值是评价混凝土结构耐久性的另一个重要 指标旧 。 所谓混凝士碳化 ， 指的是混凝土中氢氧化钙与渗透进入 混凝土中的二氧化碳和其他酸性气体发生化学反应的过程。 混 凝土碳化是一个复杂的物理化学过程。 碳化将会降低混凝土的 碱性， 从而降低对钢筋的保护作用， 最终引发钢筋产生锈蚀 。 为了对拉会大桥 C 5 0高性能混凝土的抗碳化性能有全面 的掌握， 仍采用上述表 1 制备的4组不同硅粉掺量的C5 0高性 能混凝土标准试件( 每组 3块试件) ， 经过标准养护及处理后分 别将混凝土试件置于碳化箱内进行了2 8 、 5 6 d的系统碳化试验。 混凝土碳化试验按照 G B T 5 0 0 8 2 - - - 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能 与耐久性能试验方法 进行。 试验结果列于表 5 、 6中。 表 5 混凝土试件 2 8 d碳化试验结果 由上述试验结果看出： ( 1 ) 上述各组 C 5 0 商陛能混凝土均具有良好的抗碳化性能。 其中未掺硅粉及不同硅粉掺量的混凝土不 同时期碳化深度均 很小 ， 这主要是由于拌制的混凝土水胶比小， 密实度高， 孔隙率 小 ， 大孔少， C O： 气体向混凝土内部扩散的阻力较大， 混凝土的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 混凝土试 件 5 6 d碳化试验结果 硅 粉掺量， 图 2 硅粉掺量对高性 能混凝土试样碳化深度的影响 抗碳化性能较好。 ( 2 ) 各组混凝土试件在标准加速碳化条件下碳化 2 8 d后， 混 凝土碳化深度均不超过 1 mm； 标准加速碳化 5 6 d 后 ， 混凝土碳 化深度均不超过 3 I n l n 。 均远远小于混凝土的保护层厚度 3 c m。 ( 3 ) 在标准加速碳化条件下碳化 2 8 d后， 各组混凝土碳化 深度有差异， 硅粉掺量大 ， 则碳化深度稍小 ， 掺量小， 则碳化深 度大 ， 但总体还是比较接近； 加速碳化 5 6 d后， 则混凝土碳化深 度有差异， 随着硅粉掺量的增加， 混凝土碳化深度值越来越小。 这 说明混凝土龄期越长， 硅粉对混凝土抗碳化能力的贡献越明显。 ( 4 ) 从试验结果来看， 上述各组 C 5 0高性能混凝土抗碳化 能力均能达到拉会大桥的耐久性要求， 但硅粉掺量为 8 4 的混 凝土抵碳化能力最强。 3结语 试验研究结果表明， 在 C 5 0高性能混凝土中掺人适量的硅 粉， 能够有效提高混凝土现场的工作和易性和桥梁结构的耐久性。 ( 1 ) 掺加硅粉可以增加混凝土抵抗氯离子渗透的能力 ， 随 着硅粉含量的增加， 混凝土抵抗氯离子渗透的能力也增加。 ( 2 ) 掺加硅粉可以提高混凝土抗碳化能力 ， 从而有效防止 抗钢筋锈蚀。 ( 3 ) 通过上述试验 ， 综合考虑拉会大桥 C 5 0高性能混凝土 的工作和易性和耐久性后， 确定其硅粉掺量为 5 6 6 。 参考文献 ： 1 】 崔奇文硅粉对高性能混凝土性能的影响 J 】 山西建筑， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 3 ) ： 1 9 3 1 9 5 【 2 】李路华， 王海龙， 赵庆宽 ， 等 硅粉对混凝土的高性能影响 J 】 _ 山西水 利科技 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 2 8 3 0 3 】3 雷文晗， 彭小芹， 谢永江， 等眭 微粉对混凝土性能的影响叨 混凝土， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 0 0 - 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