石首市團(tuán)山河橋梁高性能混凝土試驗(yàn)芻議

何秄僷 劉富學(xué)

（1.遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122；2.武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023）

石首市團(tuán)山河橋梁高性能混凝土試驗(yàn)芻議

何秄僷1劉富學(xué)2

（1.遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122；2.武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023）

根據(jù)依托工程石首市團(tuán)山河的橋梁，在建設(shè)過程中進(jìn)行了高性能混凝土配合比試驗(yàn)、彈性模量試驗(yàn)和收縮與徐變?cè)囼?yàn)。通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)高性能混凝土的強(qiáng)度、耐久性和工作性等提出了新的要求，并結(jié)合其各項(xiàng)高性能指標(biāo)，應(yīng)選用試驗(yàn)指定的各種配合材料，這些對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工有著重要的指導(dǎo)意義。

混凝土；高性能；變形；試驗(yàn)

1 概述

石首市團(tuán)山河橋是大橋新建工程的一部分，橋全長 537.24m，寬 9.5m（7＋2×1.25m），預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁作為上部結(jié)構(gòu)（17孔×30+20米），基礎(chǔ)采用Φ1.5米鉆孔灌注樁，橋臺(tái)采用樁肋式橋臺(tái)，橋墩采用樁柱式橋墩。

2 高性能混凝土配合比試驗(yàn)

2.1 高性能混凝土的特點(diǎn)

普通混凝土由水泥、水和集料組成，基本只能滿足力學(xué)性能。高標(biāo)號(hào)水泥和高能外加劑的生產(chǎn)，并選用優(yōu)質(zhì)超細(xì)摻和料，成功的配制出高強(qiáng)度混凝土。它在滿足力學(xué)性能要求和施工工藝要求的同時(shí)，減少了工程造價(jià)，增長了混凝土結(jié)構(gòu)的壽命周期。

2.2 高性能混凝土的性能要求

2.2.1 混凝土的強(qiáng)度：高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過200MPa，它的早期強(qiáng)度增長較快。在大型工程中，養(yǎng)護(hù)28d后，高性能混凝土平均強(qiáng)度能達(dá)到100～120MPa。但后期強(qiáng)度增長較慢，所以混凝土的實(shí)配強(qiáng)度應(yīng)比原設(shè)計(jì)強(qiáng)度大5%左右。

式中：Rh-配合比強(qiáng)度；

Ro-設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度；

σ-混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，按表1選用；

K-混凝土標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)，定為1.645；

a-高性能混凝土提高系數(shù)，取值范圍1.0-1.1；

t-溫度修正值，一般情況取1.0。

表1 標(biāo)準(zhǔn)差σ值表

2.2.2 耐久性：高性能混凝土的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性也能顯著優(yōu)于普通強(qiáng)度混凝土。

混凝土以下特性受耐久性影響：

a.抗?jié)B性：影響耐久性的關(guān)鍵因素是混凝土抵抗壓力滲透的特性。混凝土強(qiáng)度與內(nèi)部結(jié)構(gòu)抗?jié)B性和致密性成正比。集料粒徑變大會(huì)使抗?jié)B性變差。當(dāng)水灰比大于0.5時(shí)，會(huì)使混凝土抗?jié)B性快速降低。

b.抗侵蝕性：混凝土抗侵蝕性隨密實(shí)性變高而變高。

c.體積穩(wěn)定性：普通混凝土的彈性模量為25GPa左右，而高性能混凝土的彈性模量為45GPa左右，高彈性模量使體積穩(wěn)定性更高。

d.抗碳化性：混凝土的抗碳化性能與混凝土密實(shí)性、水灰比大小、水泥及外加劑品種、所處外界環(huán)境等因素有關(guān)。

e.抗堿性——指水泥中所含的堿和活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)生成物在有水的條件下吸水膨脹，而周圍已硬化水泥石限制其膨脹，從而使混凝土開裂崩潰。

2.2.3 工作性：它包括了流動(dòng)性、粘聚性、保水性。流動(dòng)性大，則易于遠(yuǎn)距離輸送且均勻密實(shí)，此時(shí)用坍落度和塌落損失來評(píng)價(jià)；粘聚性好，則拌和物不易分層離析，保持整體均勻；保水性好，則拌和物凝結(jié)后強(qiáng)度能達(dá)到要求。

2.3 混凝土配合比優(yōu)化

在室內(nèi)環(huán)境條件滿足的情況下，選擇最優(yōu)的混凝土配合材料，嚴(yán)格根據(jù)混凝土配合步驟，試驗(yàn)得到了混凝土C60強(qiáng)度下的配合比和其他一些性能指數(shù)如表2、表3所示。

表2 C60混凝土的配合比

其中：水泥-普通硅酸鹽水泥Po625

外摻料-磨細(xì)礦渣（比表面積大于600m2/kg）

砂-中粗砂

石子-10-20mm碎石

外加劑-KFDN-SP8（深圳兆深建筑化工集團(tuán)生產(chǎn)）外加劑、武進(jìn)（武進(jìn)外加劑廠）外加劑

表3 混凝土拌合物性能和混凝土強(qiáng)度

3 混凝土靜力彈性模量試驗(yàn)研究

3.1 原材料及配合比

在上述混凝土配合比優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，得到表4所示試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

表4 混凝土的配合比及各種材料的用量（kg/m3）

3.2 試驗(yàn)方法

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）,并結(jié)合靜力受壓彈性模量試驗(yàn)方法，采用150×150×300mm棱柱體形狀的試件模型，并施加50%的軸心抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力，用割線模量來測定每組的六個(gè)混凝土試件彈性模量。

根據(jù)下面混凝土的彈性模量值計(jì)算公式

可以算得高強(qiáng)度混凝土在不同條件下的彈性模量值。

其中式中：

Ec-混凝土彈性模量（MPa）

Pa-50%軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)的荷載應(yīng)力（N）

Po-初始荷載（N）

A-試件承壓面積（mm2）

△-最后一次從Po加載到Pa時(shí)試件兩則變形差的平均值（mm）

L-測量標(biāo)距（mm）

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上面原材料、配合比和靜力受壓彈性模量的試驗(yàn)方法，得到兩個(gè)不同配合比的軸心方向抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表5所示。

表5 W1混凝土軸心方向抗壓強(qiáng)度（MPa）

在靜力受壓彈性模量的試驗(yàn)中，施加50%軸心方向抗壓強(qiáng)度的調(diào)控荷載，可以得到如表6和表7所示結(jié)果。

表6 W1混凝土的彈性模量

表7 W2混凝土的彈性模量

4 高強(qiáng)度混凝土的收縮、徐變現(xiàn)象試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)規(guī)范SD105-82，結(jié)合水工方面的混凝土試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。30t彈簧徐變機(jī)一個(gè)，尺寸為φ150cm×45cm園柱體試件每組兩個(gè)。先加載試件抗壓強(qiáng)度是Rφ×1/3的應(yīng)力在相互疊和且豎置的試件上，而徐變抗壓強(qiáng)度則取15cm×15cm×15cm試件強(qiáng)度R的85%。且在試件的中心需有DI-25型電阻應(yīng)變計(jì)埋設(shè)。加荷所選用的齡期分別為 3d、7d、28d、90d、180d。且需設(shè)兩個(gè)補(bǔ)償試件。

其中：徐變?cè)嚰?qiáng)度：度Rφ=0.85R

徐變加荷的應(yīng)力：σc=Rφ/3。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 徐變：利用試驗(yàn)實(shí)際得到數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際方案的對(duì)比、并根據(jù)徐變度估算公式類型和計(jì)算擬合求出混凝土在兩種不同情況下的徐變度，其表達(dá)式如下：

式中：在荷載保持的齡期為（t-τ）齡期下，第 τ天 C（t,τ）加荷徐變度（10-6/MPa）；系 數(shù) C1，C2，D1，D2，m1，m2，k1，k2 均 是擬合。

4.2.2 徐變松馳系數(shù)：應(yīng)力松馳是指在荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)如保持變形不變，而回彈應(yīng)變分量逐漸降低，導(dǎo)致應(yīng)力和松馳系數(shù)隨持荷時(shí)間的變長而變小。

設(shè)混凝土在齡期τo時(shí)受到變應(yīng)力σ（τ）作用下，任意時(shí)刻的總變形為：

根據(jù)上式數(shù)值計(jì)算出的σ（τ）即為松馳系數(shù)。實(shí)踐證明，充分利用當(dāng)?shù)匾椎玫脑牧?，?jīng)過多次實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)選，得到編號(hào)W1的混凝土徐變度要大于編號(hào)W2的混凝土徐變度。

結(jié)語

上述所有試驗(yàn)結(jié)果用于石首市團(tuán)山河橋梁，該工程使用混凝土總量為60#混凝土1.01萬立方米?；炷凉こ藤|(zhì)量合格率100%，優(yōu)良率100%。

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