Ｃ５０級高性能混凝土研究及在南水北調(diào)中線生產(chǎn)橋中的應(yīng)用

李鶴齡　孫洪全

摘要:南水北調(diào)中線京石段橋梁C50級混凝土,既要求高性能,又控制堿含量。在配合比設(shè)計中采用粉煤灰、礦渣粉及聚羧酸系高性能減水劑聯(lián)摻的技術(shù)措施,較好地解決了上述難題,工程應(yīng)用取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞:C50級混凝土;堿含量;摻合料;高效減水劑;配合比;南水北調(diào)中線工程

中圖分類號:TV68;TU528文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1672-1683(2009)05-0042-02

Research and Application on High Performance Concrete (Grade C50)

in the Beijing-Shijiazhuang Section Project of the Middle Route of South-to-North Water Diversion

LI He-ling,SUN Hong-quan

(Monitoring and Experimental Center,Hebei Water Conservancy Engineering Bureau,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract: Concrete (Grade C50) for bridges of the Beijing-Shijiazhuang Section in Middle Route of South-to-North Water Diversion should be both high performance and controlled alkali content.It is achieved by using the technical measure of mixing fly ash,pulverized slag and WJF together in the ratio preparation and a better technical and economic effect is obtained during its application.

Key words: concrete (Grade C50);alkali content;mixture;ratio;Middle Route of South-to-North Water Diversion Project

1 引言

南水北調(diào)中線干線京石段工程,各類橋梁建筑物較多,僅河北省境內(nèi)生產(chǎn)橋就達(dá)110座。這些橋梁具有主梁跨度大、鋼筋密集、混凝土強(qiáng)度高且要求控制總堿含量的特點(diǎn)?；炷翉?qiáng)度等級多為C50級。由于我國的活性骨料廣泛分布在北京、天津、河北等地,京石段有的料場也存在堿活性反應(yīng)。為保障工程安全和正常運(yùn)行壽命,有效預(yù)防混凝土中發(fā)生堿骨料反應(yīng),要求混凝土中總堿含量不大于2.5 kg/m³。

因此,橋梁等C50級混凝土配合比研究設(shè)計的關(guān)鍵,首先是選用適宜優(yōu)質(zhì)的原材料,其次是優(yōu)化配合比設(shè)計,在滿足其強(qiáng)度及工藝性要求的前提下,盡量降低膠凝材料用量,以有效控制堿含量及水化熱溫升問題。

2 混凝土原材料選用

2.1 水泥

主要選用了鼎鑫及曲寨兩個廠家的P?O42.5強(qiáng)度等級水泥,前者堿含量為0.59%,后者堿含量為0.57%。

2.2 摻合料

2.2.1 粉煤灰

粉煤灰是一種活性摻合料,其主要成分為SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃,與水泥水化中的Ca(OH)₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成水化產(chǎn)物,可起到改善混凝土孔結(jié)構(gòu)增加密實(shí)性、提高后期強(qiáng)度、有效降低水化熱及抑制骨料堿活性;其代替部分水泥、降低混凝土工程造價的經(jīng)濟(jì)效果亦十分顯著。

主要采用了西柏坡電廠與上安電廠的Ⅱ級粉煤灰。

2.2.2 礦渣粉

鋼鐵廠的水淬粒化高爐礦渣經(jīng)干燥、粉磨,成為良好的活性摻合料。其主要成分為SiO₂、Al₂O₃及CaO,是其最具活性的主要成分,礦渣粉的作用機(jī)理與粉煤灰相類似,且同樣具有抑制骨料堿活性作用。由于具有玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu),因而具有更好的活性和一定的減水效果。礦渣粉一直是我國生產(chǎn)礦渣水泥的主要原料,近年來,將其用做高性能混凝土摻合料的研究及應(yīng)用也日益廣泛和深入。

主要采用了河北晶金石業(yè)有限公司的S95級礦渣粉。

2.3 高效減水劑

高效減水劑可大幅度降低混凝土用水量,改善拌合物的工藝性,顯著提高硬化混凝土的致密性、強(qiáng)度及耐久性。以前萘系減水劑使用較多,近年來,聚羧酸鹽類超高效減水劑逐漸在高等級混凝土中推廣和應(yīng)用。前者的減水率可達(dá)15%以上,后者的減水率可達(dá)20%、甚至30%以上。

主要采用了河北省混凝土外加劑廠生產(chǎn)的DH13聚羧酸系高效減水劑。

2.4 骨料

交通橋施工采用中河砂,最大粒徑20 mm或25 mm石灰?guī)r質(zhì)碎石。

3 粉煤灰抑制骨料堿活性效能試驗(yàn)

參照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5151-2001中骨料堿活性檢驗(yàn)(砂漿棒快速法),采用鼎鑫P?O42.5水泥,西柏坡電廠粉煤灰、易縣中易水天然河砂,其不同粉煤灰摻量(0%、10%、20%)抑制骨料堿活性效能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

采用鼎鑫P?O42.5水泥、衡水衡冠粉煤灰、易縣中易水天然河砂,其不同粉煤灰摻量(0%、20%、25%)抑制堿骨料效能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由以上結(jié)果可知:摻加粉煤灰對骨料堿活性有著顯著的抑制效果,抑制效能隨著粉煤灰摻量增加而提高。砂漿14 d膨脹率降低率,摻加10%、20%、25%粉煤灰分別為39.5%、67.4%～93.3%、96.7%。

4 不同品種外加劑及摻合料摻用效果比較試驗(yàn)

為比較不同類別外加劑及摻合料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,采用鼎鑫P?O42.5水泥,Ⅱ級粉煤灰,易縣東口南石場最大粒徑20 mm碎石,沙河西莊砂場中河砂,進(jìn)行了三種方案對C50級混凝土效果影響比較試驗(yàn)。方案一:DH3G萘系高效減水劑與粉煤灰聯(lián)摻;方案二:DH13聚羧酸系高效減水劑與粉煤灰聯(lián)摻;方案三:DH13聚羧酸系高效減水劑與粉煤灰、礦渣粉聯(lián)摻。比較試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3試驗(yàn)結(jié)果表明:配制C50級混凝土,在滿足近似強(qiáng)度要求的前提下,與方案一相比,方案二用水量減少11.6%,水泥用量約降低10%;方案三用水量減少22.6%,水泥用量約降低25%。說明聚羧酸系高效減水劑與粉煤灰及礦渣粉聯(lián)摻,可取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,不僅可大幅度節(jié)約水泥,同時還可使混凝土堿含量及水化熱顯著降低。

5 C50級橋梁混凝土的實(shí)用效果

高性能混凝土施工,只有遵循先進(jìn)的理念與思路,才能選擇適宜的原材料,并設(shè)計提出先進(jìn)的配合比。本中心提出的橋梁C50級常態(tài)混凝土有代表性的施工配合比見表4。

由表4可知:某道橋公司所提配合比,在材料選用上摻加普通減水劑并采用純水泥,水泥用量高達(dá)490 kg/m³,堿含量約3 kg/m³,超過了工程堿含量不大于2.5 kg/m³的規(guī)定要求,因而未被工程采用。與之相比,本中心所提配合比,由于采用DH13聚羧酸系高效減水劑與粉煤灰及礦渣粉聯(lián)摻措施,不僅水泥用量降低30%以上,堿含量也遠(yuǎn)低于規(guī)定限值要求,工程實(shí)用取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

6 結(jié)語

粉煤灰對骨料堿活性有著良好的抑制效應(yīng),隨著摻量提高,其抑制效能顯著增強(qiáng)。

聚羧酸系高效減水劑、粉煤灰、礦渣粉聯(lián)摻,是配制高強(qiáng)低堿類混凝土的較好途徑,除可較好滿足強(qiáng)度和施工工藝性要求外,由于水泥用量較低,還可收到降低堿含量、抑制骨料堿活性、降低水化熱、提高后期強(qiáng)度和整體耐久性的綜合技術(shù)效果,南水北調(diào)中線干線京石段橋梁工程施工應(yīng)用取得良好效果,今后可在類似工程中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[1] 龔洛書.混凝土實(shí)用手冊[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995.

[2] 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局.預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例[Z].2005.

[3] 韓玉蓮,王鐵強(qiáng),張雅娟,等.南水北調(diào)工程高性能混凝土原材料優(yōu)選試驗(yàn)研究[J].南水北調(diào)與水利科技,2008,6(1):154-158.

[4] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].