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(lái)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(kāi)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(lái)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(guò) 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 

　　摻和料為埃肯增密微硅粉，是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過(guò)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(lái)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(guò)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(jiàn)表 3．優(yōu)選的A2B2C2配合比見(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(jiàn)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)恼扯龋浑x析、不泌水．通過(guò)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(jué)．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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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)。

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