大橋箱梁流態(tài)混凝土的試配及性能試驗

　　摘要：公路橋涵箱梁混凝土強度等級一般為C50?C60，施工上采用泵送工藝，要求混凝土具有較大坍落度，并且經(jīng)時坍落度損失小。著重探討了配制流態(tài)箱梁混凝土時原材料的選用及對混凝土性能的影響，坍落度損失的控制方法。還介紹了流態(tài)箱梁混凝土的物理力學性能和抗氯離子侵蝕能力的試驗數(shù)據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：流態(tài)混凝土；配合比；箱梁；坍落度；力學性能

　　公路上橋梁箱梁強度等級為C50～C60高性能混凝土的應(yīng)用已經(jīng)越來越多，在以往的施工中都采用現(xiàn)場攪拌和吊斗運輸,工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種方法存在施工速度慢，混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。集中預(yù)拌和泵送工藝具有機械化程度高、速度快、工效高、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，可以解決橋梁高性能混凝土施工中出現(xiàn)的上述問題?；炷恋谋盟凸に囈蠡炷脸柿鲬B(tài)，具有較大的坍落度，一般為150-200 mm。

　　配制流態(tài)箱梁混凝土可以通過摻加高效減水劑、活性摻合料以及選用優(yōu)質(zhì)原材料來實現(xiàn)。在本文中著重探討了配制流態(tài)箱梁混凝土時原材料的選用及對混凝土性能的影響，坍落度損失的控制方法，流態(tài)箱梁混凝土的部分物理力學性能和抗氯離子侵蝕能力。

　　1  流態(tài)箱梁混凝土的試配

　　1.1  原材料選擇

　　1.1.1  粗骨料

　　與試配低坍落度箱梁混凝土相比，流態(tài)箱梁混凝土對原材料的要求更高，盡可能地減少對強度和流動性的不良影響。從粗骨料的顆粒級配、含泥量、針片狀顆粒含量3個性能指標看，含泥量對混凝土強度的影響最大，針片狀顆粒含量次之。由于流態(tài)箱梁混凝土中含有較多的水泥砂漿，粗骨料的級配對工作性和強度的影響相對要小。試驗結(jié)果列于表1。

　　注：混凝土配合比例為：水泥：粉煤灰：礦渣：砂：碎石：水：外加劑=320：60：120：659：1076：150：5.0

　　1.1.2  細骨料

　　細骨料應(yīng)選用含泥量小的河砂。砂的細度模數(shù)直接影響混凝土的用水量，為了在不降低流動度的情況下減少混凝土的用水量，降低混凝土的水灰比，細度模數(shù)為2.8?3.1之間的砂較合適。

      1.1.3  水泥

　　水泥的強度是確定混凝土強度的一個主要因素。配制流態(tài)箱梁混凝土，必須保證混凝土強度，所以選擇強度較高的水泥尤為重要。一般來說，水泥強度不宜小于所配制混凝土的強度等級。

     1.2  水灰比的確定

　　混凝土的強度與灰水比的關(guān)系是線性關(guān)系，對于普通碎石混凝土可以用直線方程表示：

　　fcu=0.46fce( c/w-0.07)  ⑴

　　從理論上講，流態(tài)箱梁混凝土的強度與灰水比的關(guān)系也可從這條直線上延伸而得到。但高強度等級混凝土與普通混凝土水灰比相差很大,低強度等級混凝土水灰比較大，水泥的水化反應(yīng)進行充分，高強度混凝土水灰比低，其中一部分水泥顆粒未能水化，只起到填充作用，所以按式（1）計算出的強度比對應(yīng)灰水比試驗檢測的強度高。因此水灰比必須由試驗或參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。

　　1.3  摻合料

　　流態(tài)箱梁混凝土水泥用量較大，此時再繼續(xù)增大水泥用量對混凝土后期的耐久性能會造成不利影響。在混凝土中摻入部分活性摻合料，不僅可以起充填作用，其活性組分還可與Ca(OH)₂反應(yīng)生成CSH凝膠，提高混凝土強度。對于流態(tài)箱梁混凝土，摻合料還能改善混凝土的拌和性能，減少混凝土的泌水，提高可泵性，減緩混凝土的坍落度損失。對于跨海大橋的箱梁還能夠降低氯離子擴散系數(shù)，對體積較大構(gòu)件可以有效降低混凝土的水化熱。

　　目前，常用的摻合料是粉煤灰、磨細礦渣，粉煤灰和磨細礦渣均含有較多的活性組分，主要成分是SiO₂和Al₂O₃。磨細礦渣含有較高的CaO，見表2。

　　1.4  外加劑與坍落度損失的控制

　　配制流態(tài)箱梁混凝土為了達到低用水量，又具有大坍落度的要求，一般要通過摻聚羧酸系高性能減水劑來實現(xiàn)。聚羧酸系高性能減水劑的減水率可以達到25%?35%。以聚羧酸系高性能減水劑配制的流態(tài)箱梁混凝土要想應(yīng)用于施工,必須解決坍落度損失問題。從攪拌站生產(chǎn)并運輸?shù)焦さ兀话阋?0-60min，到工地時混凝土應(yīng)有140-160 mm的坍落度，才能進行泵送。

　　控制混凝土的坍落度損失可以從以下4方面進行。

　　1.4.1  載體流化劑

　　載體流化劑就是用活性載體(如粉煤灰)吸附外加劑制成一定粒徑的顆粒,加入流態(tài)混凝土中，讓外加劑慢慢溶解而逐漸釋放出來,使液相中保持有一定濃度的外加劑，從而使坍落度長時間保持穩(wěn)定。

　　在試驗中以粉煤灰作為外加劑的載體。將粉煤灰與一定量外加劑(比例為1:1)加水混合攪拌成泥漿狀，然后搓成直徑1-2 cm左右的小顆粒，放入烘箱中烘干，變成粉脆的球體，按2%的摻量加入混凝土中，試驗結(jié)果示于表4。

　　由此可見，加入載體流化劑后，混凝土坍落度經(jīng)過120min只有稍降低，而對照組60min坍落度損失達40%，載體流化劑的方法可以有效控制混凝土的坍落度損失。

　　1.4.2  復(fù)合減水劑

　　復(fù)合減水劑是指通過機械混合的方法，將幾種不同的外加劑均勻地復(fù)合成一體。沒有緩凝成分的減水劑試配出的流態(tài)箱梁混凝土，坍落度損失很快，一般60 min 損失60%-70%。使用緩凝減水劑可以抑制水泥的早期水化，從而減緩流態(tài)箱梁混凝土的坍落度損失。試驗結(jié)果列于表5。

　　注：混凝土配合比例為：水泥：粉煤灰：礦渣：砂：碎石：水：外加劑=320：60：120：659：1076：150：5.0

　　1.4.3  摻合料的固體流化劑作用

　　優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有大量的微珠，這些微珠顆粒細小，表面光滑呈球狀。當混凝土具有大流動度的情況下，水泥漿體中凝絮結(jié)構(gòu)已被完全破壞并分散，再添加外加劑已無法使坍落度繼續(xù)增大。這時加入細小光滑的微珠球體，嵌于水泥顆粒之間，起到滾珠潤滑作用，增加混凝土的流動度。而且由于粉煤灰的水化速度很慢，由微球的滾珠潤滑作用產(chǎn)生的流動性增加，長時間內(nèi)不會降低，可以達到延緩坍落度經(jīng)時損失的目的，試驗結(jié)果見表6。

　　試驗結(jié)果表明摻入的粉煤灰具有固體流化劑的作用，同時粉煤灰的加入使混凝土拌和物的和易性、可泵性、保水性得到改善。而且混凝土內(nèi)部的空隙減少，結(jié)構(gòu)更加密實，強度有所提高。

　　在混凝土中復(fù)摻一定比例的磨細礦渣可以改善新拌混凝土工作性能，磨細礦渣的分散作用，使混凝土流動度增大。

　　1.4.4  改變混凝土攪拌順序

　　在水泥含有的幾種礦物(C₃S 、C₂S、 C₃A、 C₄AF)中，以C₃A對外加劑的吸附量最大，隨著C₃A的水化,液相中外加劑殘余量大量減少。C₃A具有很快的水化速度，如果能預(yù)先讓C3A先進行部分水化，而后再加入外加劑，就能減少外加劑損失，也降低了混凝土坍落度損失。為此可以改變混凝土的投料順序，將砂、水泥與部分水混合，讓水與水泥先接觸，C₃A開始水化，隔2～3min后再投入碎石和余下的水以及外加劑、摻合料。這樣混凝土的攪拌時間雖有延長，卻可以使混凝土的坍落度損失降低，試驗結(jié)果見表7。

　　2  流態(tài)箱梁混凝土力學性能及耐久性能

　　2.1  試驗混凝土配合比

　　水泥采用閩福52.5級普通硅酸鹽水泥，28d抗壓強度為55.7Mpa;粗骨料為粒徑5～25mm的連續(xù)級配碎石，符合I類碎石技術(shù)要求；細骨料為細度模數(shù)2.9的龍海河砂,符合I類砂技術(shù)要求。減水劑為福建科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的Point-S聚羧酸系緩凝高性能減水劑，摻量1%；磨細礦渣是福建科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的S95礦渣粉，摻量24%；粉煤灰為漳州益材建材有限公司生產(chǎn)的I級灰，摻量12%?；炷了冶葹?.30，砂率為38%。配制的混凝土強度等級為C55箱梁混凝土，坍落度達200～220mm。

     2.2  流態(tài)箱梁混凝土力學性能

　　流態(tài)箱梁混凝土由于摻入了粉煤灰和聚羧酸系緩凝髙性能減水劑,與低坍落度高強混凝土相比，早期強度發(fā)展較慢，3d強度為28d強度的48%，7d強度達28d強度的66%，后期強度增長較大，180d強度比28d強度增長28%。試驗結(jié)果見表8，其他力學性能見表9。

　　2.3  流態(tài)箱梁混凝土的收縮性能和氯離子滲透系數(shù)性能

　　試驗采用100mm×100mm×515mm棱柱體試件(集料最大粒徑為25mm)，采用混凝土收縮儀，試件兩端預(yù)埋測頭。試件帶模養(yǎng)護1d,拆模后應(yīng)立即檢測預(yù)埋測頭的距離。在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，在要求齡期后移入室溫為（20±3）℃，濕度（60±5）%的恒溫恒濕室內(nèi)開始定期測量長度。長度測量采用外徑千分卡，測量精度0.01mm。齡期28d收縮值與6個月時之比為72%，混凝土早期收縮開展較完全，試驗結(jié)果見表10和圖1。

　　3  結(jié)語

　　(1)原材料的性能對配置流態(tài)髙強混凝土有重要的影響，含泥量和針片狀含量較大的粗骨料可使混凝土強度明顯降低，細骨料應(yīng)選用細度模數(shù)2.8～3.1的潔凈的砂，水泥強度不宜低于混凝土的強度等級。

　　(2)聚羧酸系緩凝高性能減水劑和摻合料是配制流態(tài)箱梁混凝土不可缺少的組分，它可以提高混凝土強度，改善混凝土性能，有利于泵送施工。

　　(3)通過使用緩凝型高性能減水劑、摻入一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰及磨細礦渣和改變混凝土的攪拌順序等簡便易行的方法，可以有效地控制流態(tài)箱梁混凝土的坍落度損失，使1h損失率不大于30%。但在有彈性模量要求的箱梁混凝土中，粉煤灰摻量不宜過髙。

　　(4)流態(tài)箱梁混凝土的部分力學性能和抗氯離子滲透性能能夠滿足箱梁的技術(shù)要求，混凝土的收縮在28d齡期大部分開展完成，因此控制混凝土早期裂縫十分重要，養(yǎng)護的溫度和濕度應(yīng)得到有效控制。

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