大佛寺長(zhǎng)江大橋C60高性能混凝土的研究與應(yīng)用

 

  摘要 :隨著科學(xué)技術(shù)不斷地進(jìn)步和工程發(fā)展的需要,高性能混凝土的觀念被越來越廣泛地接受.硅粉摻和料作為混凝土改性材料引起廣泛重視.在混凝土中摻加一定量的硅粉或以硅粉取代部分水泥,結(jié)合應(yīng)用高效減水劑.使混凝土各方面性能都能得到顯著改善.因此,在當(dāng)今許多混凝土工程場(chǎng)合和領(lǐng)域.硅粉已成為配制高性能混凝土不可缺少的部分. 

  關(guān)鍵詞:高性能混凝土 ;硅粉 ;摻和料 ;研究與應(yīng)用 

  1 概述 

  重慶大佛寺大橋是一座雙塔雙索面漂浮體系預(yù)應(yīng)力斜拉橋.大橋主跨450m,主塔高206.8 m.全橋工藝復(fù)雜,施工難度大.從14#懸澆節(jié)段開始,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60高強(qiáng)度混凝土.從混凝土生產(chǎn)地點(diǎn)到澆筑地點(diǎn),最大水平泵送距離約為350m,垂直泵送距離約為8Om.施工要求混凝土 流動(dòng)度大,工作性能好.混凝土配制強(qiáng)度:R3≥58 MPa,R28≥75 MPa。
坍落度為200~220 mm,坍落度擴(kuò)展值≥550mm.混凝土拌和物初凝時(shí)間為16~18h.這給混凝土生產(chǎn)、施工帶來新的課題。 

  2 原材料選擇 

  2.1 水泥 

  選用江津地維水泥廠“地維”牌 P.0625#R水泥、P.0525#R水泥 .通過 發(fā)現(xiàn) :采用P.0625#R水泥和P.0525#R水泥,配合比R28強(qiáng)度皆能滿足設(shè)計(jì)要求;但采用P.0525#R水泥,R3強(qiáng)度略差.在摻用了硅粉的情況下.高標(biāo)號(hào)水泥更能發(fā)揮硅粉的火山灰活性,故擬采用P.0625#R水泥。

  2.2 集料 

  粗集料:小南海石場(chǎng)的5~25mm碎石.單軸抗壓強(qiáng)度:117MPa。

  細(xì)集料:五風(fēng)溪中砂.細(xì)度模數(shù)Mx=2.4。

  2.3 摻和料 

  摻和料為??显雒芪⒐璺?,是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品,比重為2.2kg/cm3,平均徑粒為0.1μm,約為水泥顆粒直徑的1/100,松散容重為500~700kg/m3.

  2.4 外加 劑 
  
  外加劑選用重慶江韻牌 FDN—T40—50A型高效泵送劑.緩凝時(shí)間為16~18h(可隨施工季節(jié)變化來調(diào)節(jié)緩凝時(shí)間). 

  2.5 拌和水 

  拌和水為飲用水,符合《混凝土拌和用水》JGJ63—89標(biāo)準(zhǔn)要求 

  3 混凝土配制 

  為了使試驗(yàn)更具科學(xué)性和高效率.保證確定配合比,并能得出全面的結(jié)論.決定利用正交設(shè)計(jì)安排試驗(yàn).假定混凝土濕容重γ =2 450kg/m3,砂率Sp=40%,外加劑摻量(膠凝材料總量的百分比)為1.2%.通過分析,因素和水平安排如表 1。

  混凝土采用機(jī)械攪拌,振動(dòng)成型.標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm混凝土攪拌投料順序:骨料→硅粉+水泥→干拌40s→拌和水→攪拌60s→外加劑→攪拌6Os→出料。

  1)影響坍落度的主次順序?yàn)?nbsp;:B水膠比→C硅粉摻量→A水泥用量;影響坍落度擴(kuò)展值的主次順序?yàn)椋築水膠比→A水泥用量→C硅粉摻量 ;影響R28強(qiáng)度的主次順序?yàn)?nbsp;:B水膠比→C硅粉摻量→A水泥用量;影響R288強(qiáng)度主次因素為:A水泥用量→C硅粉摻量→B水膠比。

  2)在考核坍落度、坍落度擴(kuò)展值、R3強(qiáng)度這 3個(gè)指標(biāo)中,水膠比是至關(guān)重要的因素;而對(duì)于R28強(qiáng)度,雖然水泥用量是主要因素.但這里面應(yīng)含有硅粉的因素,亦即單位體積內(nèi),水泥用量大的,硅粉的絕對(duì)重量也大.由于試驗(yàn)結(jié)果皆大于配制強(qiáng)度,原則上可在試驗(yàn)范圍內(nèi)任選一個(gè)水平.綜合平衡各方面的因素,優(yōu)選配合比結(jié)果為A2B2C2。

  各項(xiàng)考核指標(biāo)試驗(yàn)誤差及變差系數(shù)見表 3.優(yōu)選的A2B2C2配合比見表 4

  4 混凝土性能 

  4.1 硅粉在混凝土中的作用機(jī)理 

  在普通混凝土中.水泥凈漿與骨料之間的界面過渡區(qū)的強(qiáng)度一般低于凈漿漿體強(qiáng)度.混凝土內(nèi)部泌水易受到骨料顆粒的阻擋而聚集在骨料下面.形成多孔界面.在骨料界面過渡區(qū)形成的氫氧化鈣要多于其他區(qū)域.有關(guān)資料表明,硅粉提高混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵在于提高水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度,將對(duì)強(qiáng)度不利的氫氧化鈣轉(zhuǎn)化為水化硅酸鈣凝膠,并填充在水泥水化物之間,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)和密實(shí)度的提高.硅粉與氫氧化鈣反應(yīng),氫氧化鈣不斷被消耗,會(huì)加快水泥水化,從而提高混凝土的早期強(qiáng)度.

  4.2 新拌混凝土工作性能 

  4.2.1 混凝土容重 

  據(jù)88組混凝土資料統(tǒng)計(jì),新拌混凝土容重在2431~2525kg/m3之間.平均容重為2463kg/m3. 

  4.2.2 顏色 

  摻加硅粉的混凝土顏色比不摻的要深.呈暗灰特別是在混凝土塑性階段表面呈潮濕狀態(tài)時(shí)如此. 

  4.2.3 混凝土流動(dòng)度

  在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),采用傳統(tǒng)的坍落度測(cè)試方法難以準(zhǔn)確全面地評(píng)價(jià)塑性粘度明顯較大高性能混凝土的流動(dòng)度.根據(jù)有關(guān)資料推薦,我們采用測(cè)量坍落度擴(kuò)展值、坍落度、L型流動(dòng)速度來綜合評(píng)價(jià)混凝土拌和物的流動(dòng)度 .A2B2C2配合比流動(dòng)性能見表5。

  摻入一定量的硅粉,可使大流動(dòng)度混凝土拌和物保持適當(dāng)?shù)恼扯?,不離析、不泌水.通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)硅粉摻量大于9%時(shí),在坍落度相同的情況下.硅粉摻量大的混凝土顯得粘滯,而坍落度擴(kuò)展值和L型流動(dòng)速度相對(duì)要小很多.這樣,即使是在混凝土坍落度很大的情況下,也不容易泵送。

  由于硅粉有很大的比表面積,其顆粒表面濕潤(rùn)所需水量相對(duì)也較大,因此,摻加硅粉混凝土與普通混凝土相比,在微調(diào)水膠比的同時(shí),加大高效減水劑的摻量,以確實(shí)提高混凝土強(qiáng)度,保持混凝土良好的流動(dòng)性。

  砂率、砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)高強(qiáng)度高性能混凝土的流動(dòng)性也有顯著影響.較高的砂率或較小的細(xì)度模數(shù),都會(huì)使細(xì)集料總比表面積增大,造成混凝土拌和物需水量增加,對(duì)混凝土強(qiáng)度或流動(dòng)性產(chǎn)生不利的影響.對(duì)于高強(qiáng)度高性能混凝土,一般要求中粗砂,細(xì)度模數(shù)大于2.7。受條件的限制,試驗(yàn)只有采用細(xì)度模數(shù)為2.1~2.3的砂.最佳砂率的確定顯得尤為重要。

  從表 6可以看出,1#~6#配合比在相同水膠比、水泥用量、外加劑摻量的條件下。砂率在38%~48%變化時(shí),在粗骨料級(jí)配稍差時(shí),坍落度變化不明顯,而坍落度擴(kuò)展值則隨砂率增大而有減小的趨勢(shì).1#配合比雖然在坍落度、坍落度擴(kuò)展值等方面達(dá)到最大值,但粗骨料稍有外露,有輕度離析的感覺.2#配合比綜合考慮各方面的因素,認(rèn)為4O%的砂率是合適的。

  4.2.4 凝結(jié)時(shí)間和坍落度經(jīng)時(shí)損失

  緩凝時(shí)間和坍落度經(jīng)時(shí)損失的大小對(duì)輸送距離較長(zhǎng)的泵送混凝土施工關(guān)系重大.

  為了滿足施工的需要,配合 比采用具有緩凝成分 的復(fù)合高效減水劑,在30℃,相對(duì)濕度90%的條件下,緩凝時(shí)間為16h,而混凝土終凝硬化后。強(qiáng)度迅速增長(zhǎng).

  4.3 硬化后混凝土的性能

  4.3.1 抗壓強(qiáng)度

  通過對(duì)水膠比為0.33,高效減水劑摻量為1.2%的兩組配合比,做對(duì)比試驗(yàn) .


  4.3.2 軸心抗壓強(qiáng)度與彈性模量

  硅粉混凝土和普通混凝土一樣,軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨強(qiáng)度增長(zhǎng)而增長(zhǎng).

  4.3.3 抗?jié)B性

  由于混凝土中摻加了硅粉,高細(xì)度的硅粉顆粒在使毛細(xì)孔尺寸降低的同時(shí),切斷了許多連通孔,因而大幅度地降低了混凝土的滲透性.

  4.3.4 干縮

  干燥前的潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間和硅粉摻量是影響硅粉混凝土干縮率的主要因素.濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過28d,硅粉混凝土的干縮率與普通混凝土基本相同.早期干燥,則硅粉混凝土的干縮率隨硅粉摻量增大而提高.

  就高強(qiáng)度混凝土而言,硅粉混凝土的干縮率 比同強(qiáng)度的混凝土干縮率要低.

  5 結(jié)論

  1)本次試驗(yàn)通過正交設(shè)計(jì),確定了大流動(dòng)度硅粉混凝土的理論配合比,對(duì)摻加硅粉的混凝土性能進(jìn)行比較全面、系統(tǒng)的分析.認(rèn)為:混凝土摻加硅粉,輔咀高效復(fù)合減水劑,不僅能減少單位水泥用量,而且賦予了混凝土一系列高性能;高標(biāo)號(hào)水泥和硅粉合理地組成,匹配使用優(yōu)質(zhì)高效復(fù)合減水劑,是配制高性能混凝土的重要基礎(chǔ)條件和有效途徑之一。

  2)在一定條件下,水膠比是影響高性能混凝土強(qiáng)度的最主要的因素。

  3)混凝土中摻加硅粉、高效復(fù)合減水劑,使混凝土力學(xué)性能 、長(zhǎng)期耐久性得以全面的提升。

  4)對(duì)強(qiáng)度等級(jí) C60混凝土,硅粉摻量在 5%~7%(水泥重量百分比)之間是適宜的.過高的摻量會(huì)引起混凝土粘度增加,坍落度擴(kuò)展值明顯減小,對(duì)混凝土泵送施工不利,也是不經(jīng)濟(jì)的。

  5)摻加硅粉的混凝土宜采用高效減水劑 .在相同的流動(dòng)度下,硅粉混凝土中的高效減水劑摻量應(yīng)大于普通混凝土中高效減水劑的摻量。

  6)超緩凝、高早強(qiáng)本身就是混凝土硬化過程中的一對(duì)矛盾體.運(yùn)用硅粉和高效復(fù)合減水劑很好地解決了這個(gè)問題.優(yōu)選 出的配合比初凝 時(shí)間為16h;終凝時(shí)間為20h;3d強(qiáng)度為62.2MPa.坍落度、坍落度擴(kuò)展值90min經(jīng)時(shí)損失分別為原初始值的79,81%。

  7)摻加硅粉的混凝土攪拌、振搗時(shí)間要相對(duì)延長(zhǎng)。

  8)傳統(tǒng)的坍落度法對(duì)大流動(dòng)度混凝土工作性能(可泵性)不能作出準(zhǔn)確 、客觀的評(píng)價(jià),應(yīng)輔以其他檢測(cè)方法(如 L型流動(dòng)搜、測(cè)量坍落度擴(kuò)展值等)綜合評(píng)價(jià)大流動(dòng)度混凝土工作性能。

  通垃本次試驗(yàn),我們對(duì)摻加硅粉摻和料的高性能混凝土有了初略的認(rèn)識(shí) ,準(zhǔn)備在此基礎(chǔ)上.對(duì)高性能混凝土在工程上的應(yīng)用、監(jiān)控作進(jìn)一步的試驗(yàn)、分析和研究.以期對(duì)高性能混凝土能有新的、更完備的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn) :

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