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2 0 1 0年第 1 期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 0 No l Fe b r u a r y 泵送钢纤维轻集料混凝土的性能及施工技术 顾期斌 ， 徐 二华 ， 王小磊 。 ( 1 湖北第二师范学院建筑与材料工程系， 武汉 4 3 0 2 0 5 ； 2 湖北博磊商品混凝土有限公司 ； 3 武汉 理工 大学 材料 学 院 ) 摘要 ： 以轻集料 为主要原料 ， 研制 了钢纤维高强轻集料桥面混凝土 ， 对其容重 、 工作性能 、 力学性能 和弯曲韧性进行 了研究 提 出了桥面钢纤维轻集料混凝土的施工工艺流程 和施工质量控 制等技术要点 。 关键词 ： 轻集料； 钢纤维 ； 轻集料混凝土 ； 弯 曲韧性 ； 可泵性 中图分类号： T U5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 0 ) 0 1 - 4 3 - 0 3 0前 言 轻集 料混凝 土是指用轻集料 、 轻砂 ( 或河 砂 ) 、 水 泥 及外加剂 、聚合物等配制而成 的 ，干表观密度不 大于 1 9 5 0 k g m 的混凝土 1 l 。 轻集料混凝 土具有如下特性 ： 质轻高强 。 国内外工程实践证 明 ， 在高层建筑和 大 跨 径桥梁建设 中，采用高强轻集料混凝土可减少基 础 开挖 ， 降低建筑造 价 2 1 。 高耐久性 。轻集 料 因孔 隙 多 、 弹性模量较低可 以缓解水结冰而产生 的膨胀应力 ， 使 高强轻集料混凝土具 有 良好 的抗冻 性 3 1 。 隔热 保 温性能好 、 耐火性优 、 抗震性 能佳 。虽然高强轻集料 混凝土有上述优点 ， 但 在材料 的性 能上 ， 仍有许多缺点 需要 解决 ： 体积稳 定性 差 ； 泵送 施工 难 ； 脆 性 大 本文通过优化钢纤维轻集料混凝 土配 比，对混凝 土的工作性能 、 力学性能和弯 曲韧性等进行 了研究 ， 提 出了桥 面钢纤维轻集料混凝土的施工工艺流程 和泵送 施工质量控制等技术要点 ，对解决上述 问题进行 了研 究和探讨 。 1 原材料及 实验方 法 水泥 ： 湖北某公 司产 P O 4 2 5级水泥 ， 密度 3 1 5 g c m ， 化学组成和物理性 能见表 l 。 粉煤 灰 ：湖北 某 电厂 产 级粉 煤灰 ，比表 面积 3 8 0 m 2 k g ， 需水量 比 9 6 ， 化 学组成 和物理性能见表 1 。 轻集料 ：宜 昌某公 司产 8 0 0级碎 石形膨 胀页岩轻 集料 ， 相关性 能见表 2 。 细集料 ： 中粗 河砂 ， 连续 级配 ， 细度 模数 2 7 - 2 8 ， 表 1 水泥和粉煤灰的化学组成及物理性 能 含泥量小于 1 。 外加剂 ： 武汉某厂生产的聚羧酸 高效减水剂 ， 减水 率 2 8 。 纤维 ： 熔抽端钩型钢纤 维 ， 其 主要参数见表 3 。 表 3 钢纤维主要技术参数 水 ： 自来水。 2 轻集料混凝土的性能研究 2 1 配合 比优化 对桥 面进行铺装时 ，使用轻集料混凝 土进行桥 面 铺装可达到如下效果 ： 降低桥梁静载 ； 在保持桥梁结 构 基本不变 的情况下可增加桥面铺装层厚度 ，进 而提 高 桥面 的耐久性 ； 也可以增加沥青面层厚度 ， 提高沥青 面 层防止产生反射裂缝的能力。除 了使用密度较小 的轻 集料 高强混凝 土外 ， 还应遵 循 以下原则 ： 首先 ， 桥 面混 凝土要具 有较小 的收缩 ， 体 积稳 定 、 抗 裂性好 ， 以防止 在沥青面层产生反射裂缝 。 其 次 ， 桥 面混凝土要具有高 的耐久 性 ， 尤其 是高抗 渗性 ， 以防止 水渗至桥梁 的下部 结构 ， 导致混凝 土中钢 筋锈蚀 ， 降低桥梁 的使用寿命 。 根 据以上 用于桥 面混凝 土设计 的指导思想 ，确定 一 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 1期 混凝土与水泥制品 总第 1 7 1 期 使用 8 0 0 级高强页岩陶粒 ，我们对组成材料配 比进行 了优化设计 ， 并通过密实骨架堆 积设计 ， 最终确定 了轻 集料混凝 土的配合 比。密实堆积设计是通过矿物掺和 料填充细集料空隙 、矿物掺和料 和细集料 的混合物填 充粗集料之 间的空隙来实现最小空 隙率 V ， 再利用最 小空隙率控制混凝 土 中的水泥浆体用量 V 。 ， 从而达到 减少混凝 土中水泥用量和单位用水量 的 目的。浆体用 量与空隙率 、 集料表面积 S ( 含粉煤灰 ) 和浆量厚度 t 之 间的关系为： V p = V + S t = n V 。根据强度 和耐久性要求 设定水胶 比 ， L C 3 0 L C 5 0高强 轻集料混凝 土的水胶 比 可取 0 3 0 - 0 4 2 ， 最后再求 出拌合水量。通过上述设计 程序 ， 可确定 的轻集 料混凝 土 的配合 比 ( k 咖 ) 为水 ： 水 泥 ： 粉煤 灰 ： 砂 ： 轻 集料 ： 减 水 剂= 1 6 0： 4 9 0 ： 5 0 ： 6 2 0： 5 2 0： 5 8 3 。 2 2 轻集料混凝土的工作性能 钢纤维 和聚合物乳液对轻集料混凝 土工作性能 的 影响见表 4 。 聚合物乳液加入到混凝土中后 ，分散到整个混凝 土浆体 中， 和易性得到很 大的改善 。 随着聚合 物掺量 由 胶凝材料用量 的 4 提高到 6 ， 钢纤维轻集 料混凝土 的和易性得到提高 ，同时对水泥砂浆 的泌水及离析现 象也有 明显 的改善效果。 2 3 轻集料混凝土物理力学性 能 钢纤维和聚合物乳 液对轻集料混凝土物理力学性 能的影 响见表 5 。 由表 5可 以看出 ，不 同掺量 的钢纤维和聚合物混 掺对混凝土性能的影响很 大。 从 Z R 1 、 Z R 2 组 7 d和 2 8 d 的抗压强度 和抗折强度可以看 出 ，随着 聚合物掺量 由 胶凝 材料用量 的 4 提高到 6 ， 混凝土 的抗压 强度增 加显 著下 降 ， 但其抗折强度增加 明显 ， 说 明混凝土脆性 减小 ， 柔性增加 。 从 Z R1 、 Z R 3组 7 d和 2 8 d的抗压强度 和抗 折强度可 以看出 ， 掺人钢纤维后 ， 混凝土 的抗压抗 折强度均有较大提高 ， 在 掺入胶凝材料用量 4 的聚合 物基础上 ， 掺人体积 掺量 2 的钢纤维后 ， 相 对与掺入 表 4 钢纤维和聚合物乳液对轻集料混凝土工作性能 的影响 体积掺量 1 的钢纤维轻集料混凝 土 ， 抗折强度提高达 2 5 ， 但抗压 强度有所下 降。从 Z R 2 、 Z R 3组 7 d和 2 8 d 的抗压强度和抗折强度可以看 出， 掺入体积掺量 2 的 钢纤维后 ， 相对与掺人体积掺量 l 的钢纤维轻集料混 凝土 ， 抗折强度提高达 l 5 ， 抗压强度也有所下 降。这 说明抗折强度与纤维的掺 量有很 大关 系 ，纤维 的掺人 大大提高了混凝土的抗折强度。 随着纤维掺量的增加 ， 轻集料混凝土 的抗压强度有所下 降 ，这是 因为每种纤 维在复合材料 中都有一个最佳的掺量。当某种 长径 比 的纤维复合材料 中的掺量较 大偏离其最佳 掺量时 ， 制 备的复合材料就容易造成纤维缠结 ，不能 将纤维 均匀 的分布在复合材料中。 这样 ， 一 方面使纤维 的拔 出功 和脱粘 功减少 ，另一 方 面使 应力 在复 合材 料 中严 重分 布不 均 匀 ，这两方 面原 因导致 了纤维增强复合材 料抗压强度的降低 。 2 4 轻集料混凝 土的弯 曲韧性 一 44一 钢纤维 及聚合物对轻集料混凝土韧性的影响见表 6 。由表 6可以看 出， 轻集料混凝土在掺人钢纤维和聚 合物后 ， 其弯曲韧性发生 了很大 的变化。 轻集料混凝土 的初裂荷载在掺入纤维后有较大 的提高 ，这对防止混 凝土早期塑性收缩裂缝 和早期干缩是有利 的， 同时 ， 聚 合物 的掺入降低了轻集料混凝土 的初裂荷载 。轻集料 混凝土 中掺入 钢纤 维和 聚合物后 的韧性指 数提 高很 大。( 1 ) 在纤维掺量不变 的基础 上 ， 对 比不同掺量 的聚 合物对弯曲韧性 的影响可知 ， 聚合物掺量为 6 时要 比 4 时的弯曲韧性提高 4 。 ( 2 ) 在 聚合物掺量不 变的基 表 6 钢纤维及聚合物对轻集料混凝土韧性的影响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 顾期斌 ， 徐二华 ， 王小磊 泵送钢纤维轻集料混凝土的性能及施工技术 础上 ， 对 比不 同掺量 的纤维对弯 曲韧性 的影 响可 知 ， 钢 纤维体积掺量 1 时 ， 1 1 3 0 = 2 6 5 ，钢纤维 体积掺量为 2 时 ， 1 1 = 2 8 4 ，说 明轻集料混凝 土的弯曲韧性随纤维体 积掺量的增大而明显增大 。 3 施工技术 3 1 搅拌 、 泵送 工艺 为 了保证钢纤 维轻集料 混凝土满 足施工要 求 ， 在 生产过程 中必须注意 以下几点 ： ( 1 ) 要严格控制原料 的 预湿时间 ， 并将预湿后 的轻集料处理为饱和面干状态 。 ( 2 ) 砂 的含水率要精确 ， 并 现场测定。( 3 ) 严格按照图 1 的顺 序进行投料 ， 这个过程 中钢纤维的投料最为关键 ， 为保证其能在干状态下分布均匀 ，一 定要在于料充分 搅拌 均匀 的情况下再加入钢纤维 。 图 1泵 送 钢 纤 维 商 强 轻 集 料 混 凝 土 的 生 严工 艺 流程 3 2 拌合物检测 工作性是控制轻集料混凝土施工质量的重要指标 之一 ， 应严加控制 。正常情况下 ， 坍落度 、 扩展度 、 分层 度判 断因子和湿密度每 1 0 盘检测一 次 ， 当原材料换批 或 目测混凝土 的工作性发生明显变化时随时检测 。混 凝 土 的坍落 度控 制 范 围为 1 6 2 0 c m；扩展 度 控制 在 4 0 5 0 e m之 间 ； 分层度判 断因子控 制在 5 以内 ； 湿密 度控制在 2 1 2 0 - 2 2 0 0 k g m 之间 。当混凝土的坍落度超 过 2 0 e m 时 ， 应及时查 找原 因并加以处理 ， 以防止轻集 料混 凝土拌 合物 在运 输和施 工 现场 出现分 层离 析 现 象。 轻集料混凝土在运输过 程中如有分层离析 现象 ， 在 人模前应 进行二次搅拌 。 3 3 摊铺 和养护 ( 1 ) 摊铺 当混凝土泵送至桥 面板上后 ， 采 用人工找补均匀 ， 严禁抛掷和搂耙 ，在摊铺过程 中如发 现钢纤 维有结 团 现象 ， 须及时用人工撕 开抖散 ， 并注意摊铺 时不出现离 析现象 。 ( 2 ) 振捣 混凝 土在浇筑过程 中采用平板振 捣器振捣 ，同时 还应考虑混凝土振捣后有一定 的沉 降量 ，故摊铺 时要 留一定的虚铺 高度 ，以使捣实后 的面层标 高同设计标 高相符。 浇筑的混凝 土表面基本平整 即可。 在规定的连 续施工 区段 内，钢纤维混凝土必须连续浇筑 ，不能 中 断，若 中断将会造成沿接缝的钢纤维表面起不到增强 作用 ， 易产生裂缝。整个桥面不设 横缝 、 纵缝及假缝 。 ( 3 ) 养护 混凝土浇筑完毕后应做好养护工作 ，以防止早期 收缩裂缝 。 浇筑完毕后应立即覆盖一层 塑料薄膜 ， 混凝 土初凝后 ， 在表面覆 盖湿麻 袋或湿草垫。 同时 ， 由于钢 纤维混凝土早期强度较高 ， 故应加 强早期湿润养护 ， 每 天要洒水数次 ， 使其保持潮 湿状态 。 待测试强度达到设 计强度 ， 即 5 0 MP a以上后 ， 施工车辆方可在 桥上行驶 。 3 4 工程应用 本试 验研制的钢纤维 高强轻集料 混凝土 ，已用于 武汉中环线西环段 钢箱 梁桥桥 面铺装 工程 。该线西端 与 1 0 7国道 ( 东西湖 段 ) 相 通 ， 东端直 接与武汉 白沙 洲 大桥相连 ， 为武汉 近城 区重载 车过江 的必经之路 。 在 中 环线西 环段高 架桥上 ， 共 有 4跨 2 9 m 的钢 箱梁 ， 分 别 跨越 4个道路交叉 口 ，钢箱梁与两边 的空心板 梁共用 墩柱 帽梁 。 工程应用结果表 明，所研制 的钢纤维高强轻集料 混凝土完全能够满足泵送施工的要求 ，在施工过程 中 未 出现堵管堵泵现象 ， 新拌混 凝土不 离析 、 不 泌水 ， 和 易性很好 。该混凝 土泵送 初始坍落度为 2 0 e m， 泵送后 为 1 6 e ra， 坍落度损失较 小。 该混凝 土的 3 d抗压强度为 2 6 5 8 MP a ， 7 d抗 压强度达到 4 8 4 MP a ， 2 8 d抗 压强度达 到 6 4 2 M P a ， 2 8 d抗折 强度 为 8 8 M P a ；韧性 指数 3 0 = 2 8 ， 抗渗标 号达到 P 1 6 ， 表观密度为 1 9 5 0 k g m 。桥梁完 工后 ， 动 、 静 载实验结果 表明 ， 桥 面铺装层 材料和结 构 满足设计要 求。 4结论 ( 1 ) 研 制开 发 的强度 等级 达 到 L C 5 0的高 性能 轻 集料钢纤维桥 面混凝土 ， 具有不离析 、 不泌水 ， 可泵性 、 抗渗性能好 、 收缩小 的特点 。 ( 2 ) 提出 了高性 能钢纤 维轻集料 混凝土 的施工工 艺方法 ， 并成功地应用于桥面的铺装 ， 取得 了良好 的社 会和经济效益 。 参考文献 ： 【 1 王发洲 高性能轻集料混凝 土的组 成 、 结构与性能 M 【 博士学位 论文 武汉： 武汉理工大学， 2 0 0 3 2 】王涛 高性能轻集料混凝土的脆性特征及增韧技术研究【 M 硕士 学位论文 武汉： 武汉理工大学， 2 0 0 3 3 】 张勇 纤维泵送轻集料混凝土研究及工程应用【 M】 硕士学位论 文 武汉： 武汉理工大学， 2 0 0 2 4 J 中国工程建设标准化协会标准 钢纤维混凝 土试验方法( C E C S 1 3 ： 8 9 、 ：1 9 8 9 1 2 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 1 1 1 作者简介 ： 顾期斌 ( 1 9 6 1 一) ， 男 ， 副教授。 通讯地址 ： 武汉市东湖新技术 开发区南环路 1 号 联系电话 ： 0 2 7 6 2 7 0 8 5 4 4 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m