摻合料對(duì)大型箱梁混凝土性能影響的研究

白金科

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程公司，陜西 西安 710021)

1 概述

石婆店梁場(chǎng)承擔(dān)著合武線DK120+500～DK150+000段18座(特)大中橋150孔整孔箱梁和71孔組合箱梁的預(yù)制任務(wù)。其中:32 m整孔箱梁150孔，32 m組合箱梁70孔(140片)，24 m組合箱梁1孔(2片)。

針對(duì)橋梁工程配筋密、間距小、外觀質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，選用粉煤灰及磨細(xì)礦渣粉雙摻的方法，配合使用聚羧酸高效減水劑，配置高耐久性，大流動(dòng)度，高坍落度保持的高性能混凝土[1-3]。

2 原材料

2.1 水泥

試驗(yàn)所用水泥是寧國水泥廠生產(chǎn)的海螺牌P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥，其主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥主要性能指標(biāo)

2.2 細(xì)骨料

配制混凝土用砂為金寨滿江紅砂場(chǎng)河砂，細(xì)度模數(shù)Mx=2.8，為非活性骨料。砂主要性能指標(biāo)見表2。

表2 砂主要性能指標(biāo)

2.3 粗骨料

安徽省金寨攀峰石料場(chǎng)生產(chǎn)的人工碎石，最大公稱粒徑為25 mm，二級(jí)配，為非活性骨料。試驗(yàn)摻配分析研究，5 mm～16 mm與16 mm～25 mm的比例為3∶7時(shí)，粗骨料的堆積密度最大。因此，試驗(yàn)中采用此級(jí)配的粗骨料。碎石主要性能指標(biāo)見表3。

表3 碎石主要性能指標(biāo)

2.4 水

采用井水，其試驗(yàn)結(jié)果符合《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的要求。

2.5 摻合料

試驗(yàn)中采用的摻合料主要有粉煤灰與磨細(xì)礦渣粉。磨細(xì)礦渣粉是朱家橋水泥有限公司生產(chǎn)的S95礦渣粉，比表面積為410 m2/kg。粉煤灰是由淮南平圩電廠提供。具體化學(xué)成分見表4，表5。

表4 礦渣粉性能

表5 粉煤灰性能

2.6 外加劑

馬貝建筑材料(上海)有限公司生產(chǎn)的SX-C10聚羧酸高效減水劑，其試驗(yàn)結(jié)果符合《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》。

3 研究結(jié)果與討論

3.1 膠凝材料的影響

在相同水膠比下對(duì)不同礦物摻合料組合進(jìn)行了砂漿試配，比較膠凝材料對(duì)強(qiáng)度的影響，見表6。

表6 不同膠凝材料組成的砂漿力學(xué)性能

圖1 不同齡期各組與基準(zhǔn)強(qiáng)度比率

從表6，圖1，圖2可以看出:

1)摻合料的加入，對(duì)砂漿的3 d和7 d強(qiáng)度有所降低，但28 d時(shí)摻入摻合料的砂漿強(qiáng)度均比基準(zhǔn)高;

2)摻合料比例一定情況下，粉煤灰與礦渣粉比例為1∶2時(shí)，砂漿各齡期強(qiáng)度最高?？梢灶A(yù)見A3的長(zhǎng)期強(qiáng)度可能最優(yōu);

3)合理的配比為A3，A4。

圖2 不同齡期強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度比值

3.2 不同砂率對(duì)混凝土性能的影響

不同砂率下混凝土拌合物性能與力學(xué)性能見表7。

從表7可以看出，砂率過小，起始坍落度和含氣量小，坍落度損失大，流動(dòng)性差。砂率在35%以上到40%，混凝土拌合物坍落度損失較小、流動(dòng)性較好，并具有基本相同的強(qiáng)度。

表7 不同砂率下混凝土拌合物性能與力學(xué)性能

3.3 不同摻合料的混凝土試配情況

根據(jù)反復(fù)試驗(yàn)研究，初步確定配制高性能混凝土的基本配合比為每立方米混凝土中膠凝材料∶砂∶石為470∶684∶1 116。砂率為38%。水膠比為0.32左右。采用不同摻合料對(duì)混凝土進(jìn)行了試配試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

表8 不同摻合料混凝土配合比

從表8可以看出，各組混凝土的初始坍落度都在18 cm～22 cm之間，含氣量均在2%～4%，使用聚羧酸類減水劑拌制的混凝土表現(xiàn)出良好的坍落度保持性能等拌合物性能。

對(duì)于新拌混凝土，高效減水劑的使用，釋放了水泥絮凝體中的水，摻合料的加入，進(jìn)一步對(duì)水泥顆粒起到潤滑分散作用，更多的漿體游離出來，使骨料得到潤滑并改善混凝土的和易性，最直觀的表現(xiàn)即混凝土坍落度的增加以及保水性和抗離析能力的增強(qiáng)，且摻入摻合料后，混凝土密實(shí)度得以提高。從混凝土各齡期強(qiáng)度的結(jié)果來看隨著摻合料總摻量的增大，早期強(qiáng)度變小，但由于摻合料相對(duì)于水泥水化的惰性，使得后期強(qiáng)度發(fā)展迅速。在強(qiáng)度發(fā)展上P2，P4強(qiáng)度最高，為了進(jìn)一步考察摻合料對(duì)混凝土耐久性的影響，我們選取了P0，P2，P4，P6四組，開展了混凝土耐久性指標(biāo)的試驗(yàn)。

3.4 混凝土耐久性研究

3.4.1 抗?jié)B性

根據(jù)GBJ 82-85混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性試驗(yàn)方法規(guī)定，成型了混凝土抗?jié)B試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d后進(jìn)行了抗?jié)B性試驗(yàn)。在試驗(yàn)水壓從0.1 MPa開始，每隔 8 h增加水壓 0.1 MPa，加壓到3.0 MPa，并恒壓8 h后，發(fā)現(xiàn)五組配合比的混凝土均無透水現(xiàn)象，表明各組的混凝土抗?jié)B壓力大于3 MPa。劈開后，測(cè)量各配比混凝土的滲水高度，結(jié)果見圖3。

圖3 各組混凝土的滲水高度

從圖3可以看出，P1組的滲水高度最高，達(dá)到了35.4 mm，而P3和P6在摻入摻合料后，滲水高度僅分別為14.0 mm和12.1 mm。由于活性摻合料對(duì)水泥顆粒的分散以及由此改善混凝土的保水特性，使得水泥水化更為充分，混凝土孔結(jié)構(gòu)更趨致密，因而表現(xiàn)為混凝土抗?jié)B水能力的大幅提升。

3.4.2 抗裂性能

按《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》附錄D的混凝土抗裂性能試驗(yàn)方法，混凝土抗裂性對(duì)比試驗(yàn)采用抗裂環(huán)法進(jìn)行，通過考察受約束的混凝土圓環(huán)試件在規(guī)定的養(yǎng)護(hù)條件下的開裂趨勢(shì)來評(píng)價(jià)混凝土的抗裂性。將混凝土成型于內(nèi)模尺寸為(305×425×100)mm的試模內(nèi)，24 h后拆除外模移入溫度為20℃，濕度為60%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)觀測(cè)，定期檢查混凝土表面，觀察裂紋出現(xiàn)的時(shí)間和裂紋寬度和長(zhǎng)度，以比較混凝土抗裂性能的相對(duì)試驗(yàn)。

混凝土抗裂試件經(jīng)28 d觀測(cè)，3個(gè)配合比P2，P4，P6的混凝土試件側(cè)面均未出現(xiàn)可見裂紋，說明試驗(yàn)混凝土均具有較好的抗裂性能。

機(jī)理分析表明:摻入細(xì)小的高活性磨細(xì)礦渣、硅粉和粉煤灰時(shí)能極大地改善過渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)，降低混凝土的Ca(OH)2、鈣礬石含量和孔隙率，提高C-S-H膠體含量，并極大地降低過渡區(qū)的原生裂紋，從而提高混凝士的抗裂性能。

3.4.3 抗凍融能力

按GBJ 82-85普通混凝土長(zhǎng)期性能及耐久性試驗(yàn)方法的快凍法對(duì)混凝土進(jìn)行了抗凍性試驗(yàn)，凍融循環(huán)200次后的試件重量及動(dòng)彈性模量結(jié)果見表9。

表9 試件的抗凍融能力 %

從表9可以看出，不同配合比的混凝土都表現(xiàn)出良好的抗凍融循環(huán)能力，活性摻合料的加入細(xì)化了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使水分難以滲入混凝土試件內(nèi)部。隨著摻合料比例的增加混凝土的抗凍融循環(huán)能力也增加。

3.4.4 抗氯離子滲透能力

針對(duì)耐久性要求，對(duì)混凝土進(jìn)行56 d電通量試驗(yàn)，測(cè)定混凝土抗氯離子滲透能力?；炷岭娡吭囼?yàn)結(jié)果見表10。

表10 各組混凝土電通量試驗(yàn)結(jié)果

從表10數(shù)據(jù)可以看出，摻合料的加入有效的降低了混凝土的電通量，純硅酸鹽水泥配制的混凝土甚至在電通量指標(biāo)上達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，隨著摻合料的加入，增加了混凝土的密實(shí)性，使電通量降到了很低的水平。P6電通量指標(biāo)比P4稍低一些，但相差很小，說明在摻合料35%以上時(shí)混凝土的密實(shí)程度已經(jīng)接近最大，同時(shí)考慮到混凝土綜合性能，降低施工難度，保證施工質(zhì)量，P4的摻合料比例最為合理。

4 結(jié)語

1)在水灰比一定的情況下，摻合料的加入，對(duì)砂漿3 d和7 d強(qiáng)度有所降低，但28 d強(qiáng)度比基準(zhǔn)高;在摻合料比例一定的情況下，粉煤灰與礦渣粉比例為1∶2時(shí)，砂漿各齡期強(qiáng)度最高。

2)砂率在35%～40%之間，混凝土拌合物流動(dòng)性均較好，并具有基本相同的強(qiáng)度。

3)使用SX-C10聚羧酸高效減水劑拌制的混凝土，具有很好的坍落度保持能力;摻合料的使用提高了混凝土的和易性并增強(qiáng)了混凝土后期強(qiáng)度。

4)使用SX-C10聚羧酸高效減水劑，摻合料增至35%，混凝土具有很好的強(qiáng)度及各項(xiàng)耐久性指標(biāo)。

5)摻合料比例的提高，增加了混凝土的密實(shí)度，具體表現(xiàn)為混凝土抗?jié)B性、抗裂性能、抗凍性能、抗氯離子滲透提升。

[1] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵路出版社，1998.

[2] 陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992.

[3] 孫振平，蔣正武，金慧忠，等.聚羧酸系減水劑在鋼管混凝土橋拱施工中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2006(1):6-7.

[4] 郭延輝，郭京育.聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:216-222.