天然卵石集料配制C50梁混凝土研究

秦明強(qiáng)，陳夢(mèng)義，葉志坤，占　文

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及

維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040;3.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040)

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天然卵石集料配制C50梁混凝土研究

秦明強(qiáng)1,2,3，陳夢(mèng)義1,2,3，葉志坤1,2,3，占文1,2,3

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及

維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040;3.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040)

摘要：對(duì)比了塞爾維亞多瑙河大橋工程所用天然卵石集料與國(guó)內(nèi)卵石集料的差異，并分別采用兩種天然卵石集料配制C50梁混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用兩種天然卵石作為集料可分別配制出工作性能優(yōu)良，力學(xué)性能和耐久性等性能均能滿足設(shè)計(jì)要求的C50梁混凝土。

關(guān)鍵詞：卵石；配制技術(shù)；力學(xué)性能；耐久性

目前，混凝土一般采用碎石或破碎卵石作為粗集料，較少采用天然卵石作為粗集料，尤其是在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中[1，2]。隨著混凝土用量的逐年增大，優(yōu)質(zhì)的集料趨于匱乏，但在部分河流區(qū)域具有一定量的天然碎石，能否采用全天然卵石來(lái)配制預(yù)應(yīng)力混凝土值得研究。

該研究以塞爾維亞多瑙河大橋?yàn)楣こ桃劳?，在?dāng)?shù)鼐哂袃?yōu)質(zhì)的天然卵石資源，且一直采用天然卵石作為水泥混凝土集料；同時(shí)，在我國(guó)卵石分布比較廣泛，其中長(zhǎng)江流域和黃河流域均有大量且品質(zhì)較好的河卵石；另外，北方的山東半島的膠南及日照嵐山等地區(qū)、遼寧遼東半島等地卵石資源都各具特點(diǎn)，且種類豐富[3，4]。該研究對(duì)比分析塞爾維亞多瑙河大橋工程所用天然卵石集料與國(guó)內(nèi)卵石集料的差異，并采用多瑙河卵石與國(guó)內(nèi)卵石來(lái)配制C50箱梁混凝土。

1原材料

1)水泥試驗(yàn)用水泥為塞爾維亞當(dāng)?shù)乩ɑ鄰S生產(chǎn)的PC42.5R水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28.2%，比表面積為400 m3/kg，3 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別為32.0 MPa和57.8 MPa。

2)粉煤灰由于塞爾維亞當(dāng)?shù)貨](méi)有粉煤灰，該試驗(yàn)用粉煤灰為武漢陽(yáng)邏電廠Ⅱ級(jí)灰，其性能指標(biāo)如表1所示。

表1　粉煤灰性能指標(biāo)

3)細(xì)集料該研究選用塞爾維亞和國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江砂，其性能指標(biāo)如表2所示。

表2　細(xì)集料性能指標(biāo)

4)減水劑

選用西卡公司生產(chǎn)的Sika vsc 3077高性能減水劑，其減水率為34.3%，固含量為27.4%。

2天然卵石集料性能對(duì)比

試驗(yàn)選用塞爾維亞多瑙河內(nèi)的天然卵石以及國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)的天然卵石，對(duì)以上幾種卵石的基本性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試時(shí)將卵石按照4.75~9.5 mm、9.5~19.0 mm粒徑篩分，以一定的比例混合后獲得孔隙率最低的卵石級(jí)配，性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3　不同產(chǎn)地卵石性能

注：壓碎值采用《建設(shè)用碎石、卵石》(GBT 14685—2011)規(guī)定的方法測(cè)試。

由表3可知，多瑙河天然卵石各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，級(jí)配較好(圖1所示)、空隙率較低、泥塊含量和含泥量較小、片狀顆粒含量低和壓碎值較小。天然卵石集料得滿足國(guó)內(nèi)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50—2011)Ⅰ類碎石的技術(shù)要求。卵石的空隙率為41.7%，小于43%，能滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F 50—2011)配制高性能混凝土的技術(shù)指標(biāo)要求；含泥量為0.28%、泥塊含量為0，表明卵石經(jīng)過(guò)水洗后非常潔凈，這對(duì)于降低單方混凝土用水量和外加劑摻量十分有利。天然卵石片狀顆粒含量低和壓碎值較小，主要由于顆粒表面光滑、粒形圓潤(rùn)、堅(jiān)硬，這對(duì)提高混凝土工作性非常有利。

國(guó)內(nèi)的天然卵石隨產(chǎn)地不同性能有一定的差異，主要表現(xiàn)在針片狀含量、壓碎值、泥塊含量和含泥量等指標(biāo)，浙江寧海(圖2所示)和新疆心怡砂場(chǎng)天然卵石性能較優(yōu)。試驗(yàn)選用多瑙河天然卵石來(lái)配制C50箱梁混凝土，并選用國(guó)內(nèi)的浙江寧海天然卵石作為對(duì)比。

3C50梁混凝土配合比設(shè)計(jì)

梁為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，除抗壓強(qiáng)度要求較高外，有早期張拉強(qiáng)度要求和耐久性要求；同時(shí)也應(yīng)關(guān)注梁混凝土收縮徐變的控制。工程所在地耐久性影響因素主要為凍融破壞，設(shè)計(jì)提出了抗凍性和抗水壓滲透兩個(gè)耐久性指標(biāo)要求。C50梁的配制技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4　C50梁混凝土技術(shù)指標(biāo)

注：塞爾維亞MB45強(qiáng)度等級(jí)大致相當(dāng)于國(guó)內(nèi)C50，V8同國(guó)內(nèi)P8，M150同國(guó)內(nèi)F150。

塞爾維亞沒(méi)有摻合料，膠凝材料以純水泥為主，C50梁混凝土采用純水泥作為膠凝材料；國(guó)內(nèi)類似結(jié)構(gòu)一般摻入粉煤灰或粉煤灰礦粉復(fù)摻作為膠凝材料體系。試驗(yàn)分別采用不同膠凝材料用量、水膠比和砂率來(lái)進(jìn)行C50梁混凝土配制，C50梁混凝土的試驗(yàn)配合比及性能結(jié)果分別如表5和表6所示。

表5　C50梁混凝土配合比設(shè)計(jì)

表6　各組配合比性能

從表6中的工作性能試驗(yàn)結(jié)果可知，在固定用水量條件下，隨著膠凝材料用量的增加，通過(guò)調(diào)節(jié)外加劑摻量，LS-1~LS-6六組配合比均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求的坍落度，所配制的混凝土工作性能良好。由力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，提高膠凝材料用量、降低砂率、降低水膠比對(duì)混凝土強(qiáng)度有改善作用。當(dāng)水膠比過(guò)大、膠凝材料用量過(guò)低時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度不能滿足大于59.9 MPa的設(shè)計(jì)要求；當(dāng)膠凝材料為410 kg/m3或更高時(shí)、水膠比小于0.35(LS-4~LS-6組別)，28 d抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，且3 d抗壓強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的80%，便于早期張拉。由耐久性試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著水膠比的降低，混凝土抗?jié)B等級(jí)提高；LS-1~LS-6六組配合比均可達(dá)到F300，滿足設(shè)計(jì)要求。綜合經(jīng)濟(jì)性能，LS-4組別可作為C50梁混凝土配合比。

LS-7~LS-9組別配合比為根據(jù)國(guó)內(nèi)配合比設(shè)計(jì)思路，選用武漢陽(yáng)邏電廠粉煤灰作為摻合料、浙江寧海卵石、長(zhǎng)江砂，其余材料與LS-1~LS-6組別相同。由表8可知，使用國(guó)內(nèi)的配合比設(shè)計(jì)思路以及國(guó)內(nèi)的原材料，配制出的混凝土工作性能良好、滿足設(shè)計(jì)要求。由力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，LS-7組別由于膠凝材料用量稍低，28 d抗壓強(qiáng)度不能滿足大于59.9 MPa的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)膠凝材料達(dá)到475 kg/m3或更高時(shí)，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度均能滿足要求；由耐久性可知，LS-7~LS-9組別配合比均能滿足設(shè)計(jì)要求。綜合經(jīng)濟(jì)性能，LS-8組別可作為國(guó)內(nèi)原材料條件下的C50梁混凝土配合比。

對(duì)比LS-4與LS-8組別混凝土性能可知，采用國(guó)內(nèi)卵石配制出的混凝土性能與塞爾維亞多瑙河卵石無(wú)明顯差異。

4結(jié)論

a.采用天然卵石經(jīng)過(guò)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，可配制出工作性、力學(xué)性能及耐久性均良好的C50梁混凝土。

b.國(guó)內(nèi)優(yōu)選的天然卵石與塞爾維亞多瑙河卵石性能指標(biāo)差異不大，配制出的混凝土性能均滿足設(shè)計(jì)要求。在國(guó)內(nèi)天然卵石資源豐富地區(qū)也可采用天然卵石作為集料配制C50梁混凝土。

參考文獻(xiàn)

[1]徐欣,劉金才,顏萬(wàn)軍,等.用卵石配制高強(qiáng)高性能混凝土的探討[J].混凝土,2001(5):51-53.

[2]張廷雷,苗秀鵬,陳燕. 全卵石破碎骨料C55泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].建筑,2012(3):61-63.

[3]李光中. 湖南國(guó)際金融大廈 C55 高強(qiáng)卵石混凝土泵送施工[J].施工技術(shù),1998(10):17-18.

[4]梁玉國(guó),石立峰. 不同粗骨料配制C70高強(qiáng)混凝土的對(duì)比研究[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001(2):15-18.

Study on Preparing C50 Beam Concrete with Natural Pebble

QINMing-qiang1,2,3,CHENMeng-yi1,2,3,YEZhi-kun1,2,3,ZHANWen1,2,3

(1.Wuhan Harbor Engineering Design & Research Institute Co, LTD of CCCG, Wuhan 430040,China;

2.Hubei Key Laboratory of Advanced Materials & Reinforcement Technology Research for Marine

Environment Structures, Wuhan 430040,China；3.Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology,

Ministry of Communication, Wuhan 430040,China)

Abstract:Differences between domestic pebble aggregate and natural pebble aggregate adopted in Zemun-Borca Bridge are studied. Also, C50 beam concrete is prepared with both two kinds of pebble. Experimental results show that both two pebble aggregates can be adopted to prepare the required C50 beam concrete, which have excellent working performance, mechanical properties and durability.

Key words:pebble;preparation techniques;mechanical property;durability

作者簡(jiǎn)介：秦明強(qiáng)(1980-)，高級(jí)工程師.E-mail:dzqinmq@tom.com

收稿日期：2015-10-11.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.008