洣水河特大橋 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能試驗研究

吳國光

（湖南省高速公路管理局，湖南 長沙 410000）

洣水河特大橋 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能試驗研究

吳國光

（湖南省高速公路管理局，湖南 長沙 410000）

為準(zhǔn)確獲取洣水河特大橋主梁用 C50高強(qiáng)高性能混凝土的優(yōu)化配合比，對單摻粉煤灰、礦渣以及粉煤灰與礦渣復(fù)摻后均為20%條件下的C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變性能進(jìn)行試驗研究。研究結(jié)果表明：20%礦物摻合料的摻入，均大大抑制了 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變的增加，在同水膠比條件下，粉煤灰與礦渣的復(fù)摻與單摻粉煤灰或單摻礦渣相比，其抑制 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變增加的效果明顯，與基準(zhǔn)混凝土相比，其抑制效果更顯著。粉煤灰與礦渣復(fù)摻20%的 C50高強(qiáng)高性能混凝土配制技術(shù)解決了洣水河特大橋混凝土結(jié)構(gòu)超高泵送、低徐變等技術(shù)難題，對類似工程的高強(qiáng)混凝土施工技術(shù)具有重要的借鑒作用。也可為相應(yīng)規(guī)范的修訂積累原始試驗數(shù)據(jù)。

徐變性能；礦物摻合料；高強(qiáng)高性能混凝土；超高泵送

徐變［1-2］是混凝土應(yīng)力不變，應(yīng)變隨荷載持續(xù)時間而增長的現(xiàn)象，是混凝土作為黏彈性體的一種時變性質(zhì)，貫穿于混凝土結(jié)構(gòu)的施工期和使用期，且隨時間而變。徐變是混凝土體積穩(wěn)定性的重要組成部分，也是造成大跨度混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力損失、長期變形和內(nèi)力重分布顯著增加的主要原因之一［3-4］。目前，國內(nèi)外學(xué)者就混凝土組成材料對其徐變性能的影響規(guī)律研究較多。如羅許國等［5］研究高性能混凝土梁長期變形性能；張異等［6］研究了摻萘系減水劑、聚羧酸減水劑混凝土徐變性能，并結(jié)合與混凝土同水灰比漿體非可蒸發(fā)水含量及混凝土內(nèi)部相對濕度演化分析了其影響機(jī)理。趙慶新等［7-8］研究了粉煤灰摻量對高性能混凝土徐變性能的影響及其機(jī)理，何智海等［9］研究了等強(qiáng)度下混凝土組分對徐變性能的影響，韓靜云［10］則主要研究了粉煤灰對橋用高性能混凝土徐變性能的影響。從已有的研究成果來看，對于普通混凝土的徐變試驗及探討單一摻合料條件下混凝土徐變性能變化規(guī)律的研究成果較多，但對高強(qiáng)、高性能混凝土的徐變性能試驗數(shù)據(jù)還較少。針對混凝土徐變的產(chǎn)生機(jī)理仍然沒有建立統(tǒng)一的理論，各國規(guī)范對混凝土徐變的考慮也各不相同，因此對在建的大跨度高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行徐變試驗研究具有重要意義。洣水河特大橋是湖南炎汝高速公路跨越深切溝谷和洣水河的一座特大橋梁，是能否順利通車的關(guān)鍵性控制工程，該主橋采用96 +180+96 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C50，部分部位達(dá)到大體積混凝土的范疇。為降低應(yīng)用于變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁 C50高強(qiáng)混凝土的徐變值，優(yōu)化 C50高強(qiáng)混凝土的配制技術(shù)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)低徐變、高抗裂性和耐久、長壽命等一系列技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)計和施工提供依據(jù)，基于高強(qiáng)高性能混凝土的配制技術(shù)路線，對洣水河特大橋主梁單摻粉煤灰和礦渣以及粉煤灰與礦渣復(fù)摻后的 C50高強(qiáng)混凝土進(jìn)行了徐變試驗研究。

1 原材料基本性能及試驗方案

1.1 原材料性能

水泥：湖南湘鄉(xiāng)南方水泥有限公司生產(chǎn)的PO 42.5普通硅酸鹽水泥，其物理性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥物理性能指標(biāo)Table1 Physical properties index of cement

碎石：炎陵縣當(dāng)?shù)禺a(chǎn)，符合5～25 mm連續(xù)級配要求，其性能指標(biāo)見表2。

細(xì)骨料：洣水河產(chǎn)的河砂，級配合格，細(xì)度模數(shù)為3.21，粗砂。

礦物摻合料：選用的礦物摻合料為粉煤灰、礦渣，其性能指標(biāo)見表3。

高效減水劑：采用的是聚羧酸高效減水劑，性能指標(biāo)見表4。

表2 粗骨料基本性能試驗指標(biāo)Table2 Physical properties index of coarse aggregate

表3 礦物摻合料物理性能Table3 Physical properties index of mineral admixtures

表4 減水劑性能指標(biāo)Table4 Properties of water reducer

1.2 試驗方案

1.2.1 C50高強(qiáng)混凝土配合比的確定

基于國內(nèi)外已有的研究成果，根據(jù)洣水河特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和現(xiàn)場原材料性能，經(jīng)過反復(fù)配制和篩選，為了降低變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁C50高強(qiáng)混凝土的徐變值，基于粉煤灰和礦渣雙摻可以發(fā)揮優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度、改善混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、降低孔隙率，毛細(xì)管通道阻力增大，進(jìn)而提高了混凝土抵抗變形的能力，降低混凝土的徐變值，故分別采用粉煤灰、礦渣單摻以及粉煤灰與礦渣復(fù)摻的3個方案，分別考察不同種類，不同摻量的礦物摻合料對C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁C50高強(qiáng)高性能混凝土的施工配合比提供技術(shù)支撐，在大量試驗的基礎(chǔ)上，選定的C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能試驗研究的混凝土配合比見表5。

表5 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能試驗研究選定的配合比Table5 Mixture proportion of C50 high strength and high-performance concrete kg/m3

1.2.2 試驗方法

C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變性能試驗為制作100 mm×100 mm×300 mm棱柱體試件，24 h后拆模并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/ T50082—2009執(zhí)行。試驗裝置見圖1。

圖1 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變性能試驗Fig.1 Experimental on creep behaviors of C50 highstrength and high-performance concrete

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能與彈性變形

試驗進(jìn)行了基準(zhǔn)組、粉煤灰和礦粉復(fù)摻占總膠凝材料的25%，粉煤灰和礦粉復(fù)摻占總膠凝材料的20%，粉煤灰和礦粉單摻各占總膠凝材料的20%共5組 C50高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度（立方體和棱柱體）、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量試驗，試驗結(jié)果見表6。

表6的試驗結(jié)果表明：1）2次泵送后現(xiàn)場測試的坍落度試驗表明：復(fù)摻后的混凝土其和易性良好，坍落度幾乎無損失，無泌水現(xiàn)象（見圖 2）。2）在C50高強(qiáng)高性能混凝土的配制中，自然養(yǎng)護(hù)條件下，粉煤灰與礦渣復(fù)摻25%時，3 d的抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比低6.6%，彈性模量低9.2%，其28 d的抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土的稍高，而彈性模量低8.5%。3）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，單摻粉煤灰還是單摻礦渣，其3 d的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均低于基準(zhǔn)混凝土的，但其28 d的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均比基準(zhǔn)混凝土的稍高；而粉煤灰與礦渣復(fù)摻后，其3 d的抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比基本持平，彈性模量稍低4.6%，其28 d的抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土高4.6%，而彈性模量稍低4.6%。拉壓比的測試結(jié)果表明：粉煤灰與礦渣復(fù)摻（4∶1）后等量取代水泥20%高強(qiáng)高性能混凝土的拉壓比與單摻20%粉煤灰或礦渣的高強(qiáng)高性能混凝土相比均提高了15.7%，說明粉煤灰與礦渣復(fù)摻后有利于高強(qiáng)高性能混凝土抗裂性能的提高。4）摻25%以內(nèi)的粉煤灰、礦渣或粉煤灰與礦渣復(fù)摻的 C50高強(qiáng)高性能混凝土28 d的彈性模量均在41 GPa以上，與基準(zhǔn)混凝土的相近，且均高于GBJ50010—2010《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定值（34.5 GPa）。

表6 C50高強(qiáng)高性能混凝土試驗結(jié)果Table6 Test results of C50 high-strength and high-performance concrete

圖2 2次泵送C50高強(qiáng)高性能混凝土坍落度試驗圖Fig.2 Slump test of the secondary pumping of C50 highstrength and high-performance concrete

2.2 摻摻合料的 C50高強(qiáng)混凝土徐變性能

圖3～圖6分別為摻摻合料 C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變變形、徐變應(yīng)變、徐變度和徐變系數(shù)，試驗結(jié)果表明：

1）在混凝土中添加摻合料可有效改善混凝土的徐變性能，其中單摻礦渣的效果最好，350 d齡期時單摻粉煤灰、單摻礦渣和雙摻情況下混凝土的徐變變形分別比基準(zhǔn)混凝土降低了 28.4%，43.1%和36.3%，70 d齡期時單摻粉煤灰、單摻礦渣和雙摻情況下混凝土的徐變度分別比基準(zhǔn)混凝土降低了35.3%，58.3%和48.6%，70 d齡期時單摻粉煤灰、單摻礦渣和雙摻情況下混凝土的徐變系數(shù)分別比基準(zhǔn)混凝土降低了36.9%，45.9%和39.1%。

2）不同配合比的 C50高強(qiáng)高性能混凝土隨齡期的增長其收縮變形增大，早期發(fā)展較快，后期趨于平緩。C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變在前28 d增長迅速，后期逐漸變慢。

3）總的來說，礦物摻合料的摻入，均大大抑制了高強(qiáng)高性能混凝土的徐變增加，在同水膠比條件下，粉煤灰與礦渣的復(fù)摻（見4號）與單摻粉煤灰（見2號）或礦渣（見3號）相比，其抑制C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變的增加效果明顯，與基準(zhǔn)混凝土相比，效果顯著。這可能是粉煤灰與礦渣復(fù)摻后，優(yōu)化了粉體的微級配，改善了混凝土水泥石內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和特征，減小了孔徑，硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密。在（20 ±3）℃，相對濕度（60±5）%環(huán)境條件下，摻摻合料混凝土的水分蒸發(fā)較純水泥混凝土慢，即干燥收縮變形較小所致。

圖3 徐變變形Fig.3 Creep deformation

圖4 徐變應(yīng)變Fig.4 Creep strain

圖5 徐變度Fig.5 Creep degree

圖6 徐變系數(shù)Fig.6 Creep coefficient

2.3 徐變系數(shù)試驗結(jié)果與已有模型的對比分析

參考《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）中有關(guān)徐變的公式計算得出摻摻合料 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變系數(shù)如圖7所示（5號代表規(guī)范計算值）。圖7的計算結(jié)果表明：各組混凝土徐變系數(shù)在早期發(fā)展速度較快，由規(guī)范計算得到的徐變系數(shù)在各個齡期均大于 2號，3號和4號混凝土的徐變系數(shù)，這表明現(xiàn)行規(guī)范對C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變系數(shù)的預(yù)測模型偏于保守，在預(yù)測精度方面有待加強(qiáng)。

3 結(jié)論

1）影響混凝土徐變的因素較多，有各種外部因素及內(nèi)部因素，文中僅對單摻粉煤灰、單摻礦渣及粉煤灰與礦渣復(fù)摻均為20%的條件下對 C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變性能進(jìn)行了初步探討，研究結(jié)果為提出降低變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變值的有效措施提供借鑒，可為工程設(shè)計和施工提供有力的資料，也可為相應(yīng)規(guī)范的修訂積累原始試驗數(shù)據(jù)。

圖7 C50高強(qiáng)高性能混凝土的徐變系數(shù)時程圖Fig.7 Time history of creep coefficient of C50 highstrength and high-performance concrete

2）礦物摻合料的摻入，均大大抑制了 C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變的增加，在同水膠比條件下，粉煤灰與礦渣的復(fù)摻與單摻粉煤灰或單摻礦渣相比，其抑制C50高強(qiáng)高性能混凝土徐變的增加效果明顯，與基準(zhǔn)混凝土相比，其抑制效果更為顯著。

3）優(yōu)化后的粉煤灰與礦渣復(fù)摻 20%的 C50高強(qiáng)高性能混凝土配制技術(shù)解決了洣水河特大橋混凝土結(jié)構(gòu)超高泵送、低徐變等技術(shù)難題，對類似工程的高強(qiáng)高性能混凝土施工技術(shù)提供借鑒。

［1］Ba?ant Z P.Prediction of concrete creep and shrinkage：past，present and future［J］.Nucl Eng Des，2001，203 （1）：27-38.

［2］Jirásek M，Havláseka P.Microprestress—solidification theory of concrete creep：Reformulation and improvement ［J］.Cement and Concrete Research，2014（60）：51-62.

［3］Li Jianyong，Yao Yan.A study on creep and drying shrinkage of high performance concrete［J］.Cement and Concrete Research，2001，31（8）：1203-1206.

［4］Havlásek P，Jirásek M.Modeling of concrete creep basedon microprestress-solidification theory［J］.Acta Polytech，2012，52（2）：34-42.

［5］羅許國，鐘新谷，戴公連.高性能混凝土梁長期變形性能試驗研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2005，2（4）：45-49.LUO Xuguo，ZHONG Xingu，DAI Gonglian.The experimental study on the long-term deformations in high performance concrete beam［J］.Journal of Railway Science and Engineering，2005，2（4）：45-49.

［6］張異，錢春香，趙飛，等.化學(xué)外加劑對混凝土徐變的影響規(guī)律研究［J］.功能材料，2013，44（11）：1620-1623.ZHANG Yi，QIAN Chunxiang，ZHAO Fei，et al.Influence regularities of chemical admixtures on creep［J］.Journal of Functional Materials，2013，44（11）：1620-1623.

［7］趙慶新，孫偉，鄭克仁.粉煤灰摻量對高性能混凝土徐變性能的影響及其機(jī)理［J］.硅酸鹽學(xué)報，2006，34（4）：446-451.ZHAO Qingxin，SUN Wei，ZHENG Keren.Influence of fly ash proportion on creep characteristics of high-performance concrete and its mechanism［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2006，34（4）：446-451.

［8］趙慶新，孫偉，繆昌文.粉煤灰摻量和水膠比對高性能混凝土徐變性能的影響及其機(jī)理［J］.土木工程學(xué)報，2009，42（12）：76-82.ZHAO Qingxin，SUN Wei，MIAO Changwen，et al.Effect and mechanism of interaction between fly ash proportion and water-binder ratio on the creep characteristics of high performance concrete［J］.China Civil Engineering Journal，2009，42（12）：76-82.

［9］何智海，錢春香，錢桂楓.等強(qiáng)度下混凝土組分對徐變性能的影響［J］.功能材料，2011，42（5）：925-927.HE Zhihai，QIAN Chunxiang，QIAN Guifeng.Influence of concrete constituents on creep characteristics of concrete at same compressive strengths［J］.Journal of Functional Materials，2011，42（5）：925-927.

［10］韓靜云.粉煤灰對橋用高性能混凝土徐變性能影響的研究［D］.重慶：重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，2013.HAN Jingyun.Study of the influence of fly ash on the creep property of high performance concrete used in bridge ［D］.Chongqing：College of Engineering of Chongqing U-niversity，2013.

（編輯 陽麗霞）

Experimental research on creep behaviors of C50 high strength and high performance concrete on Mishui river giant bridge

WU Guoguang

（Hunan Provincial Expressway Administration，Changsha 410000，China）

In order to accurately obtain the optimized mix proportion of C50 high strength and high performance concrete used on Mishui River Giant Bridge girder，experimental research was performed on the creep behavior of fly ash，slag and fly ash-slag admixed for C50 high strength and high performance concrete in which both fly ash and slag are 20%after remixing.The results show that the incorporation of mineral mixtures with 20%has greatly inhibited the increase of creep for C50 high strength and high performance.Under the condition of the same water-cement ratio，its inhibition effect of creep with the mixture of fly ash and slag on C50 high performance concrete increases significantly when compared with that with only fly ash or slag.Moreover，its inhibitory effect is more significant when compared with the reference concrete，.The mixture technology of C50 high performance concrete with fly ash and slag admixed by 20%has solved the technical problems like concrete structure super-high pumping and low creep of Mishui river giant bridge，etc.，which plays an important role in providing reference to the high-strength concrete construction technology of similar projects，and also can accumulate original experimental data for the amendments of corresponding specifications.

creep behavior；mineral mixture；high-strength and high-performance concrete；super-high pumping

U418.6+6

A

1672-7029（2015）02-0303-06

2014-11-21

湖南省科技廳工業(yè)支撐計劃項目（2011GK3093）

吳國光（1961-），男，湖南桃江人，高級工程師，從事公路工程的研究；E-mail：1002919857@qq.com