C50自密實混凝土在橋梁工程的應(yīng)用

劉新輝

(婁底路橋建設(shè)有限責任公司,湖南婁底 417000)

自密實混凝土具有高流動性,高填充性,高間隙通過性,高抗分離性的特點,混凝土拌合物在自重下即可自行填充模板空間,形成自密實結(jié)構(gòu),被稱為“近幾十年中混凝土建筑技術(shù)最具革命性的發(fā)展”,冰島建筑研究院的Wallevik先生預(yù)言:“將來有一天,所有混凝土都會變成自密實混凝土[1]。

高速公路橋梁工程的混凝土強度等級均為C50,變截面T梁結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)的截面形式通常比較復雜,T梁下部尺寸較小且配筋密集,如果配制的混凝土坍落度不高,難以保證混凝土振搗均勻,不可避免的造成不密實,導致混凝土的強度和耐久性降低,因此,本文主要采用自密實混凝土配制C50高標號混凝土。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

1)水泥(C):韶峰P.O 42.5水泥,化學成分及主要性能指標見表1和表2;

2)粉煤灰(FA):湘潭電廠生產(chǎn)的風選超細粉煤灰,比表面積為560 m2/kg,化學成分見表1;

3)礦渣(SG):漣鋼泰基牌磨細礦渣,比表面積為460 m2/kg,化學成分見表1;

4)砂(S):湘江河砂,級配合格,細度模數(shù)2.73,符合Ⅱ區(qū)要求;

5)水(W):自來水;

6)減水劑(Sp):巴斯夫聚羧酸減水劑。

表1 水泥和粉煤灰的化學成分%

表2 韶峰牌P.O 42.5水泥性能指標

1.2 試驗方法

根據(jù)GB/T2419-1994《水泥膠砂流動度測定方法》測試膠砂試樣的流動度,根據(jù)GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》進行坍落度試驗和擴展度試驗,采用J-環(huán)測試混凝土的間隙通過性。

2 C50自密實混凝土配合比設(shè)計

2.1 粉煤灰、礦渣粉體的優(yōu)化組合試驗

粉煤灰、礦渣之間存在最佳顆粒級配組合,二者以適當比例組合,可以達到最密實狀態(tài)。膠凝粉體在最大堆積密度下,可以把漿體中的填充水置換出來,即最佳粉體組合在相同用水量的條件下,可獲得更大的流動度。因此,漿體的流動度試驗可以在宏觀上表示粉體的緊密堆積狀態(tài)。本文通過改變粉煤灰-礦粉比例調(diào)整顆粒間的級配,使兩者以最優(yōu)比例組合。粉煤灰-礦粉混合比例及測試結(jié)果見表3。

表3 不同比例下的粉煤灰—礦粉及流動性試驗結(jié)果

由表3可知,粉煤灰-礦粉以1∶1～3∶1的比例組合時,漿體的流動性呈增加趨勢,當粉煤灰-礦粉以3∶1比例組合時,漿體流動度達到最大值(300 mm),這說明粉煤灰-礦粉的最優(yōu)比例應(yīng)為3∶1。

2.2 粉煤灰-礦粉、水泥和減水劑的相容性試驗

粉煤灰-礦粉、水泥等膠凝材料和減水劑存在著相容性問題,如果膠凝材料和減水劑相容性差,自密實混凝土將達不到期望的工作性能。本文根據(jù)GB/T2419-1994《水泥膠砂流動度測定方法》測試膠砂試樣的流動度,其中粉煤灰-礦粉的摻量為30%。

由圖1可以看出,巴斯夫減水劑的飽和摻量為0.9%,在這個摻量下,凈漿的初始流動度為300 mm,1 h流動度為285mm;凈漿的流動度損失小,在不同摻量減水劑下,1 h后流動度損失小于5%;凈漿的飽和點摻量為0.9%,飽和點摻量小。綜上所述,當粉煤灰-礦粉以30%比例摻入時,凈漿的流動度大,流動度損失小,飽和點摻量小,因此可以說,膠凝材料和減水劑的相容性好。

圖1 膠凝材料和減水劑的相容性試驗

2.3 膠凝材料總量的確定

固定水膠比為0.3,粉煤灰-礦粉(3∶1)摻量30%,砂率45%,減水劑摻量1.2%,調(diào)整膠凝材料用量為500、525、550、575、600 kg/m3這5個用量。其測試結(jié)果見表4。

表4 膠凝材料用量對自密實混凝土工作性和強度的影響

由表4可以看出,當膠凝材料用量為500～600 kg/m3時,隨著混凝土膠凝材料用量的增大,混凝土的坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度整體呈增大的趨勢。當膠凝材料用量為550 kg/m3時,自密實混凝土的坍落度達到最大值260mm,擴展度和J-環(huán)擴展度分別為660 mm、640 mm,混凝土的擴展度和J-環(huán)擴展度之差為20mm,抗壓強度為66.4MPa,說明當膠凝材料用量為550 kg/m3時,所配制的自密實混凝土流動性好,具有高間隙通過性,且滿足強度的要求。因此,本文采用的膠凝材料用量為550 kg/m3。

相關(guān)研究表明[2],當混凝土的漿體量不足時,僅能填充粗細集料之間的空隙,不能形成足夠的富余漿體包裹粗細集料,使得混凝土具有一定的流動性。但是,如果富余的漿體過多,會因為松動效應(yīng)使得粗細集料和粉體的堆積狀態(tài)較差,打破自密實混凝土應(yīng)有的流體平衡狀態(tài),并產(chǎn)生泌水離析現(xiàn)象,影響了自密實混凝土的工作性能,甚至降低其力學性能。

2.4 粉煤灰-礦粉摻量的確定

固定膠凝材料用量為550 kg/m3,水膠比0.3,砂率45%,減水劑摻量1.2%,調(diào)整粉煤灰礦粉(3∶1)摻量為10%、20%、30%、40%,其測試結(jié)果見表5。

表5 粉煤灰-礦粉摻量對自密實混凝土工作性和強度的影響

由表5可以看出,當粉煤灰—礦粉(3∶1)的摻量為10%～40%時,隨著粉煤灰—礦粉摻量的增大,自密實混凝土的坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度整體呈增大的趨勢,強度呈降低的趨勢,綜合考慮自密實混凝土的工作性能和力學性能,本文的粉煤灰—礦粉(3∶1)的摻量取30%。

相關(guān)資料表明[3]:以粉煤灰、礦粉等為主要成分的礦物摻合料,當它們以適當?shù)谋壤龘饺牖炷林袝r,礦物摻合料利用其火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)等提高新拌混凝土的變形性能、抗離析性能及保水性能。

2.5 水膠比的確定

固定膠凝材料用量為550 kg/m3,粉煤灰—礦粉(3∶1)摻量為30%,砂率45%,減水劑摻量1.2%,調(diào)整水膠比為0.28、0.30、0.32、0.34,其測試結(jié)果見表6。

表6 水膠比對自密實混凝土工作性和強度的影響

由表6可以看出,自密實混凝土的工作性整體隨水膠比的增大而改善,當水膠比為0.32時,混凝土的坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度達到最大值,繼續(xù)增大水膠比,自密實混凝土的工作性能變化不大。但隨著水膠比的增大,自密實混凝土的強度顯著降低,當水膠比為0.34時,自密實混凝土的強度低于C50設(shè)計值。因此,本文采用的水膠比為0.32。

2.6 砂率的確定

相關(guān)研究表明[4],自密實混凝土的適宜砂率為40%～45%。固定膠凝材料用量為550 kg/m3,粉煤灰—礦粉(3∶1)摻量為30%,水膠比為0.32,減水劑摻量1.2%,調(diào)整砂率為41%、43%、45%、47%、49%,其測試結(jié)果見表7。

由表7可以看出,當砂率為41%～49%時,隨著砂率的增大,自密實混凝土的坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度呈先增大后降低的趨勢。當砂率為43%時,自密實混凝土的坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度基本達到最大值。因為,本文采用的砂率為43%。

表7 砂率對自密實混凝土工作性和強度的影響

為保證自密實混凝土具有較好的流動性,而又不能產(chǎn)生離析泌水問題,應(yīng)適當增大自密實混凝土的砂率,以增加混凝土拌合物的粘度。砂率對混凝土的工作性能影響顯著,砂率過大時,混凝土拌合物需要更多的水泥漿包裹粗細集料的表面,降低混凝土的流動性;砂率過小時,混凝土拌合物富余過多的水泥漿體出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。因此,用水量一定時,混凝土拌合物存在一個最優(yōu)砂率,使得拌合物獲得最佳的流動性,并保持良好的粘聚性和保水性[5]。

3 工程應(yīng)用

根據(jù)本文確定的配合比,澆筑了一片試驗T梁,拆模后混凝土表面平整光潔,無漏漿、孔洞、蜂窩麻面現(xiàn)象,取得了預(yù)期的效果,如圖2所示。

圖2 自密實混凝土配制的T梁

通過現(xiàn)場攪拌,并成型了標準試件,測得的混凝土坍落度為255mm,28 d抗壓強度為62.8 MPa,滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

本文根據(jù)T梁的施工要求,采用自密實混凝土技術(shù),成功應(yīng)用了自密實混凝土,取得如下結(jié)論:

1)以水泥凈漿最佳流動度為指標,確定粉煤灰∶礦粉比例為3∶1。

2)以混凝土坍落度、擴展度、J-環(huán)擴展度為指標,確定自密實混凝土的膠凝材料用量為550 kg/m3,粉煤灰—礦粉摻量為30%,水膠比為0.32,砂率為43%。

3)工程應(yīng)用表明,混凝土的外觀質(zhì)量良好,工作性和強度滿足設(shè)計要求。

[1]廉慧珍,張 青,等.國內(nèi)外自密實高性能混凝土研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].施工技術(shù),1999,28(5):1-4.

[2]陶 津,趙桂祥,袁 勇,等.高強自密實混凝土工作性能及配合比優(yōu)化研究[J].施工技術(shù),2005,34:31-34.

[3]愈然剛,陳金平,肖光輝,等.自密實混凝土配合比設(shè)計及其正交試驗研究[J].工業(yè)建筑,2005,35:691-694.

[4]張明征.高性能混凝土的配制與應(yīng)用[M].北京:中國計劃出版社,2003.

[5]周厚貴.水工自密實混凝土的設(shè)計及應(yīng)用[J].水力發(fā)電,2007(6):26-28.