桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈

 

0引言
在现代桥梁施工中,高性能混凝土HPC)具有至关重要的作用,这是一种基于更科学、更先进的混凝土配置技术所制成的混凝土材料,与普通混凝土相比,其性能有非常显著的提升。对于高性能混凝土,耐久性是其最重要的性能,也是设计过程中最主要的参考指标;然后基于不同的用途,在耐久性水平的基础上选择下面的某些特性,诸如强度、经济性、实用性稳定性等等,以获得符合目标需求的高性能混凝土。高性能混凝土在配置过程中,都具有以下特征:水胶比低、原料优质、掺合料足够、外加剂高效。设计科学合理的高性能混凝土配合比,对于桥梁建设具有至关重要的意义。

1高性能混凝土配合比设计原则

在工程实践中,高性能混凝土配合比设计是一件非常复杂的工作;需要具有丰富的施工经验,同时还需要结合多次试验才能够掌握配合比方法。就高性能混凝土发展应用至今,人们发现,高性能混凝土配合比设计必须要建立在如下原则上,才能够得出更加优化的配合比。如下为配合比设计的基本原则:

 

①水胶比原则。对于混凝土来说,可塑状态下的水胶比的作用非常重要,不但能够直接决定混凝土的最终强度,对于硬化后混凝土的耐久度同样有很大的影响。水胶比越大,则混凝土的强度就会越小,二者是反比的关系。在设计中,一旦水胶比确定,便不能再随意对其发生改动。

②密实体积原则。在混凝土的配置过程中,就是首先以石子作为骨架,然后在以砂子来填充石子之间的缝隙,再如浇浆体(一方面用来填充石砂间缝隙,另一方面用来将石砂包裹起来),从而确保调制完成的混凝土的流动性满足施工要求。处于可塑状态的混凝土,其总体积是石、砂、水泥以及水所有的总体积。密实体积在混凝土配置的过程中是非常重要的基础指标。

③用水最少原则。在确定了水胶比、原材料的前提下,在用水量的设计上,应当本着满足工作性能要求的基础上的最少用水,这样可以尽可能的得到具有稳定体积,且成本方面颇具优势的混凝土

④最小水泥用量原则。在确保混凝土性能的前提下,降低充当胶凝材料的水泥用量,一方面能够有效控制混凝土的温升效果,另一方面能够有效强化混凝土在使用过程中的抗腐蚀能力。

 

2高性能混凝土配置指标与影响因素

2.1耐久性

前文中我们已经指出过,在设计高性能

混凝土配合比的过程中,耐久度是所有因素中必须要给与首先考虑的最重要的指标;事实上,这也是高性能混凝土与普通混凝土最大的差异。耐久度性能,不仅仅体现耐久度自身,更影响着混凝土的体积稳定性、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗碳化等多种性能。就工程实践中水泥投入使用的变化情况来看,造成混凝土性能损失,进而影响其寿命的主要原因就是其中的碱性物质,与周围环境,主要是空气与水中的CO2作用所引发的。因此,提升其抗渗性,对于保证混凝土耐久性有非常重要的意义,因为这样可以最大程度的阻止混凝土内部发生钢筋锈蚀。

2.2强度

在桥梁施工中,强度等级是非常重要的工程指标,所以对于混凝土的强度指标也有很高的要求。一般来说,影响高性能混凝土强度的因数,主要有以下两个:一个是矿物掺合料掺量,另一个是混凝土水胶比。根据施工经验来看,C50强度的桥梁,使用的高性能混凝土水胶比通常在0.33-0.37这一范围;如果用于高于C50强度的桥梁,则水胶比应当比这一范围更低,会在0.33以下,具体的数据需要通过试验来计算确定。

2.3工作性

高性能混凝土的工作性能,对于施工过程中的施工质量有重要影响;所以说如果其工作性不佳,那么对于施工完成以后的硬化混凝土的质量影响远超强度指标。对于高性能混凝土的工作性能,主要考虑的是在拌和完成以后的拌合料,是否具有离析、泌水现象,是否具有优良的可泵性和稳定性,混凝土的坍落度是否合格,流动性是否满足施工要求等等。对于高性能混凝土工作性能的影响,无论是其中的外加剂类型与用量、水泥砂浆占比等等都同样如此。

3高性能混凝土配置技术途径与配合比参数

3.1配置技术途径

首先,合理使用矿物掺合料。在高性能混凝土中,加入适量的有SiO2活性成分的矿物掺合料,能够让混凝土的孔隙结构有非常显著的优化,减少混凝土内部由于受到温差影响而出现裂缝的可能性,从而有效提升抗渗性。因为在这些矿物掺合料中,诸如优质粉煤灰、硅粉等等,均有SiO2;这样当混凝土中的水泥、有SiO2进入以后,就会出现下面的反应。

XCaOH2+SiO2+MH2O=XCaOSiO2·mH2O

其次,合理使用高效减水剂。前面我们已经谈到了,要提升混凝土的强度,就必须要降低水胶比;所以可以通过加入适量高效减水剂的方法来实现。高效减水剂加入混凝土以后,其表面活性基因能够使得混凝土凝胶颗粒产生负电荷,这样电荷之间在同性相斥的作用下会产生分散效应,这对于高性能混凝土来说表现出来的就是优质的流动性。

3.2配比设计步骤

①预估所需水量。根据要调制的高性能混凝土的强度等级,粗集料公称最大粒径、混凝土坍落度等资料,对拌和所需水量作出科学预估。

②计算浆体体积。前面我们已经介绍过,浆体体积就是拌和料中水、水泥、粉煤灰等凝胶材料的总体积;浆液的主要目的就是用来填充各种集料之间的缝隙,所以体积计算通常依据集料的孔隙率实施计算,通常孔隙率都在0.35-0.42之间。计算中通常使用较小体积,这样可以有效降低浆集比。得到浆体体积以后,减去水的体积,就是水泥、粉煤灰等凝胶材料的总体积。

③集料用量计算。首先依据集料的体积、表现密度、砂率三项基础数据,得出砂与碎石质量;然后再以强度等级、用水量、外加剂等材料用量,针对集料中的粗细集料配比实施相应的调整。

④计算混凝土具体材料用量。根据集料的密度、凝胶材料密度以及各种材料的体积,通过计算得出各种材料的需求质量。

⑤试配与调整。针对上面计算所得出的各种数据,通过现场试验配置并作出适当的调整。

⑥现场与试验室论证。由于不同供应商、不同地域的材料,彼此之间存在差异,所以必须经过最后的论证才能确定最佳比。

3.3配合比参数

首先,确定水胶比。地水胶比,是高性能混凝土的重要特征;一般情况下,水胶比越低,则高性能混凝土的强度越高,二者之间有着非常明显的反比关系。所以水胶比的确定非常重要。如表1所示为水胶比推荐配置。

《桥梁高性能混凝土配合比设计及应用浅谈》- 投稿作者:砼话 - 发布于:翻身猫建筑自学网

其次,确定浆集比。这里所说的浆集比是,水泥浆与集料的体积比。有研究表明,浆集比处于35:65时的高性能混凝土的强度、稳定性、工作性都能够得到很好的满足。

当然,在实际使用的过程中,还需要要基于混凝土的强度等级做出调整,强度要求越低,则胶凝材料用料也相应的减少。

再次,确定砂率。一般来说,混凝土的砂率越大,则其站粘性越强,但同时其弹性模量会变低。所以在实际确定砂率的过程中,必须要基于集料级配等级、泵送要求、胶凝材料等实施全面的分析,进而得出最佳的砂率。如表2为高性能混凝土砂率参考表。

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最后,确定减水剂用量。减水剂的实际用量,通常需要在实际工程中基于坍落度要求来确定。一般情况下,其用量控制在1-2%之间最为合理。

4在桥梁中的应用

在十巫高速2标工程项目,将HPC应用在预制后张T型梁中;总量为3461片,现已完成1500片,单片体积约为53m3。在实际施工中,浇注作业非常顺利,浇注时间在3h3.5h之间。浇筑完成拆模,整体状况良好,平整度、均匀度均符合要求,且无裂缝、泌水、蜂窝麻面等等;但是在马蹄部位有少量气泡,下翼缘有轻微的水纹。

事实上,在实际工程施工中,尽管各种原料的质量检测均符合相关要求,但是不同原料之间还是会存在一些差异,所以对混凝土性能有一定影响。其中最重要的是水泥C3A含量、比表面积以及石膏质量,微小的变化也可能造成性能影响。因此需要在实际施工中展开相应调整。

5小结

综上所述,高性能混凝土在桥梁施工中已经有较长的应用历史,其应用效果已经充分得到了体现,对于桥梁的质量有重要的意义。但是,其配合比迄今为止还缺乏统一标准,在实际使用时,依然需要高度重视其配合比的设计,从而更有效的保障高性能混凝土的性能,从而更好的满足施工需求。

 


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