安小龍

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇 南京 211112)

0 引言

綜合長(zhǎng)江口北支環(huán)境調(diào)研和國(guó)內(nèi)外海工混凝土結(jié)構(gòu)劣化統(tǒng)計(jì)資料[1-4]可得，崇啟大橋所在水域環(huán)境條件復(fù)雜，枯季水含鹽量指標(biāo)已接近正常海水狀況，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提出了苛刻的要求。因此，有必要針對(duì)崇啟大橋水域環(huán)境特點(diǎn)，并借鑒國(guó)內(nèi)外近期成功的沿海工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)[5-7]，開展具有良好耐久性能的混凝土研究。而力學(xué)性能是保障崇啟大橋具有良好工作性的基礎(chǔ)，混凝土的耐久性也必須建立在力學(xué)性能之上，有必要展開崇啟大橋混凝土力學(xué)性能研究。

本文首先明確混凝土原材料指標(biāo)，優(yōu)化、完善混凝土配合比設(shè)計(jì)[8];采用科學(xué)手段研究崇啟大橋混凝土力學(xué)性能，為后面崇啟大橋耐久性設(shè)計(jì)中防腐措施奠定基礎(chǔ)。

1 原材料與配合比設(shè)計(jì)

優(yōu)質(zhì)的原材料是制備高性能混凝土的基礎(chǔ)，是優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)的前提，是混凝土良好的施工工作性、物理力學(xué)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(yōu)質(zhì)活性摻合料和高效外加劑，高效減水劑和優(yōu)質(zhì)活性摻合料已經(jīng)成為高性能混凝土不可缺少的組分。只有選用優(yōu)質(zhì)、滿足設(shè)計(jì)要求的原材料才能制備出性能優(yōu)異的自密實(shí)混凝土，所以首先應(yīng)對(duì)原材料的性能進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)原材料性能進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

1.1 原材料

水泥:采用P.Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥，其物理、力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

粉煤灰:采用鎮(zhèn)江諫壁Ⅰ級(jí)粉煤灰。

磨細(xì)礦粉:選取S95級(jí)礦渣，該礦渣微粉流動(dòng)性比較大，但活性相對(duì)較低。

細(xì)集料:采用贛江中砂，細(xì)度模數(shù)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(chǎn)石灰石，5～25連續(xù)級(jí)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(yōu)良的工作性能，本試驗(yàn)依據(jù)泵送混凝土標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(xiàng)性能指標(biāo)滿足《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》要求。

表1 水泥的物理、力學(xué)性能

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)綜合分析、工程設(shè)計(jì)要求，擬選擇以下混凝土配合比參數(shù):水膠比:W/B=0.35，砂率Sp=38%;摻合料:單摻粉煤灰60%(F60)、復(fù)合摻40%粉煤灰 +20%礦渣微粉(F40S20)、復(fù)合摻30%礦渣微粉+30%粉煤灰(F30S30)、單摻粉煤灰40%(F40);同時(shí)成型不摻加摻合料的對(duì)比組，并在各組配合比中添加適當(dāng)?shù)木埕人嵯蹈咝阅芡饧觿?，其摻量以坍落度達(dá)到180 mm±20 mm來調(diào)節(jié)，即成型 F0，F(xiàn)60，F(xiàn)40S20，F(xiàn)30S30，F(xiàn)40 五組配合比，配合比見表2。

表2 混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

根據(jù)表2配合比制作混凝土試件，在室溫環(huán)境下(20℃±3℃)覆蓋養(yǎng)護(hù)1 d后拆模，然后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(20℃±2℃，RH＞95%)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，直至規(guī)定齡期，按GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法測(cè)試混凝土抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖1所示。從圖1可以看出，除對(duì)比組F0的28 d抗壓強(qiáng)度較高外，F(xiàn)60，F(xiàn)40S20，F(xiàn)30S30，F(xiàn)40四組的28 d抗壓強(qiáng)度在42 MPa～51 MPa之間，對(duì)比組早期強(qiáng)度發(fā)展較快，60 d已趨于穩(wěn)定，大摻量礦物摻合料各組早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，后期強(qiáng)度能持續(xù)發(fā)展，120 d后才趨于穩(wěn)定。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)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(fā)揮需要水泥水化所產(chǎn)生的堿性物質(zhì)Ca(OH)2激發(fā)，因此水泥在膠凝材料中比例決定混凝土強(qiáng)度發(fā)展，水泥所占比例越高，早期強(qiáng)度發(fā)展越快，強(qiáng)度值越高。因此，F(xiàn)40組混凝土各齡期強(qiáng)度均高于F60，F(xiàn)30S30，F(xiàn)40S20。對(duì)比礦物摻合料總量為60%的各組配合比時(shí)，由于所用粉煤灰性能較優(yōu)，F(xiàn)30S30和F40S20在各齡期的力學(xué)性能均相近。與F60相比，兩者在90 d齡期前的抗壓強(qiáng)度均高于F60，但到120 d齡期時(shí)，各組混凝土強(qiáng)度均相近。因此承臺(tái)混凝土粉煤灰摻量可為30%～40%。

2.2 混凝土抗折強(qiáng)度和靜載彈性模量

根據(jù)表2配合比制作混凝土試件，在室溫環(huán)境下(20℃ ±3℃)覆蓋養(yǎng)護(hù)1 d后拆模，然后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(20℃ ±2℃，RH＞95%)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)試混凝土的28 d，90 d抗折強(qiáng)度和彈性模量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 混凝土抗折強(qiáng)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(qiáng)度從28 d到90 d約有10%～30%的增長(zhǎng)，雙摻組F40S20和F30S30的抗折強(qiáng)度均高于單摻粉煤灰的F60組，說明磨細(xì)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(zhǎng)。

3 結(jié)語

根據(jù)崇啟大橋所處實(shí)際環(huán)境，綜合考慮原材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響，考慮耐久性設(shè)計(jì)要求與控制方法，最終確定配合比;通過試驗(yàn)研究的方法研究各配比混凝土基本性能，力學(xué)性能的發(fā)展與變化規(guī)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(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)40組混凝土各齡期強(qiáng)度均高于F60，F(xiàn)30S30，F(xiàn)40S20?；炷练勖夯易罴褤搅繛?0%～40%。磨細(xì)礦渣的摻入提高了混凝土抗折性能。

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