崇啟大橋混凝土力學性能研究

安小龍

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 211112)

0 引言

綜合長江口北支環境調研和國內外海工混凝土結構劣化統計資料[1-4]可得，崇啟大橋所在水域環境條件復雜，枯季水含鹽量指標已接近正常海水狀況，對混凝土結構耐久性提出了苛刻的要求。因此，有必要針對崇啟大橋水域環境特點，并借鑒國內外近期成功的沿海工程實際經驗[5-7]，開展具有良好耐久性能的混凝土研究。而力學性能是保障崇啟大橋具有良好工作性的基礎，混凝土的耐久性也必須建立在力學性能之上，有必要展開崇啟大橋混凝土力學性能研究。

本文首先明確混凝土原材料指標，優化、完善混凝土配合比設計[8];采用科學手段研究崇啟大橋混凝土力學性能，為后面崇啟大橋耐久性設計中防腐措施奠定基礎。

1 原材料與配合比設計

優質的原材料是制備高性能混凝土的基礎，是優化混凝土配合比設計的前提，是混凝土良好的施工工作性、物理力學性能和耐久性的保證。為保證混凝土的耐久性，必須摻加一定的優質活性摻合料和高效外加劑，高效減水劑和優質活性摻合料已經成為高性能混凝土不可缺少的組分。只有選用優質、滿足設計要求的原材料才能制備出性能優異的自密實混凝土，所以首先應對原材料的性能進行測試，根據原材料性能進行配合比的設計和優化。

1.1 原材料

水泥:采用P.Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥，其物理、力學性能指標如表1所示。

粉煤灰:采用鎮江諫壁Ⅰ級粉煤灰。

磨細礦粉:選取S95級礦渣，該礦渣微粉流動性比較大，但活性相對較低。

細集料:采用贛江中砂，細度模數為 2.90，表觀密度為2 590 kg/m3，松散堆積密度為1 520 kg/m3，空隙率為41.3%。

粗集料:湖北陽新產石灰石，5～25連續級配，表觀密度為2 700 kg/m3，松散堆積密度為1 400 kg/m3。

減水劑:為保證高性能混凝土具有優良的工作性能，本試驗依據泵送混凝土標準設計混凝土坍落度，選用具有緩凝效果的聚羧酸高效減水劑。

拌合用水:采用飲用自來水，其各項性能指標滿足《混凝土拌合用水標準》要求。

表1 水泥的物理、力學性能

1.2 混凝土配合比設計

根據綜合分析、工程設計要求，擬選擇以下混凝土配合比參數:水膠比:W/B=0.35，砂率Sp=38%;摻合料:單摻粉煤灰60%(F60)、復合摻40%粉煤灰 +20%礦渣微粉(F40S20)、復合摻30%礦渣微粉+30%粉煤灰(F30S30)、單摻粉煤灰40%(F40);同時成型不摻加摻合料的對比組，并在各組配合比中添加適當的聚羧酸系高性能外加劑，其摻量以坍落度達到180 mm±20 mm來調節，即成型 F0，F60，F40S20，F30S30，F40 五組配合比，配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2 試驗結果與討論

2.1 混凝土抗壓強度發展規律

根據表2配合比制作混凝土試件，在室溫環境下(20℃±3℃)覆蓋養護1 d后拆模，然后置于標準養護室(20℃±2℃，RH＞95%)進行養護，直至規定齡期，按GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法測試混凝土抗壓強度，試驗結果如表3所示，抗壓強度變化規律如圖1所示。從圖1可以看出，除對比組F0的28 d抗壓強度較高外，F60，F40S20，F30S30，F40四組的28 d抗壓強度在42 MPa～51 MPa之間，對比組早期強度發展較快，60 d已趨于穩定，大摻量礦物摻合料各組早期強度發展較慢，后期強度能持續發展，120 d后才趨于穩定。

表3 混凝土抗壓強度試驗結果 MPa

由于粉煤灰、礦渣屬于火山灰活性礦物摻合料，其活性發揮需要水泥水化所產生的堿性物質Ca(OH)2激發，因此水泥在膠凝材料中比例決定混凝土強度發展，水泥所占比例越高，早期強度發展越快，強度值越高。因此，F40組混凝土各齡期強度均高于F60，F30S30，F40S20。對比礦物摻合料總量為60%的各組配合比時，由于所用粉煤灰性能較優，F30S30和F40S20在各齡期的力學性能均相近。與F60相比，兩者在90 d齡期前的抗壓強度均高于F60，但到120 d齡期時，各組混凝土強度均相近。因此承臺混凝土粉煤灰摻量可為30%～40%。

2.2 混凝土抗折強度和靜載彈性模量

根據表2配合比制作混凝土試件，在室溫環境下(20℃ ±3℃)覆蓋養護1 d后拆模，然后置于標準養護室(20℃ ±2℃，RH＞95%)進行養護，測試混凝土的28 d，90 d抗折強度和彈性模量，實驗結果如表4所示。

表4 混凝土抗折強度和彈性模量

從表4可以看出，大摻量粉煤灰的混凝土抗折強度從28 d到90 d約有10%～30%的增長，雙摻組F40S20和F30S30的抗折強度均高于單摻粉煤灰的F60組，說明磨細礦渣的摻入提高了混凝土抗折性能。從28 d到90 d齡期，除F0組外，其他各組大摻量礦物摻合料的混凝土彈性模量均有10%左右的增長。

3 結語

根據崇啟大橋所處實際環境，綜合考慮原材料對混凝土結構耐久性影響，考慮耐久性設計要求與控制方法，最終確定配合比;通過試驗研究的方法研究各配比混凝土基本性能，力學性能的發展與變化規律，研究并探討了不同配合比，不同材料組成的混凝土性能差異。試驗結果表明，F40組混凝土各齡期強度均高于F60，F30S30，F40S20?；炷练勖夯易罴褤搅繛?0%～40%。磨細礦渣的摻入提高了混凝土抗折性能。

[1] 陳肇元.混凝土耐久性設計與施工指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2004.

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[4] ASCE.Report card for American’s infrastructure.2005 cited;A-vailable from:http://www.asce.org/reportcard/2005/index2005.cfm.

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[6] 唐明述.節能減排工作應重視提高基建工程壽命[J].中國水泥，2007(5):24-28.

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