高强自密实清水混凝土在桥梁预制构件生产中的应用研究_尹轶.pdf

NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS0引言自密实清水混凝土是一种新型的绿色混凝土，兼具自密实混凝土和清水混凝土的优势。自密实混凝土为了达到大流动特性，往往需要较大的胶凝材料用量和大砂率支撑，但这也会造成混凝土浆体黏度过大、难以消除气泡的富集现象，对其表观质量不利，清水混凝土对表观质量要求较高，在施工时往往需要进行振捣，将浆体内的气泡排除，但是振捣又极易引起泌水现象，因此自密实混凝土与清水混凝土之间是存在一定的矛盾性的1-8。为了提升高性能自密实清水混凝土的整体性能，有必要开展系列试验研究。北方大部分地区处于温带大陆性季风气候，冬季气温普遍较低，昼夜温差较大，无霜期较短，夏季气候干燥炎热，并时常伴有大风。本文依托于某预制自密实清水混凝土桥梁工程高强自密实清水混凝土在桥梁预制构件生产中的应用研究尹轶（国能黄大铁路有限责任公司，山东 东营257000）收稿日期：2022-08-06；修订日期：2022-12-07作者简介：尹轶，男，1986 年生，工程师，研究方向为铁道工程。E-mail：。摘要：为提高预制自密实清水混凝土的工作性能和耐久性能，延长桥梁的服役年限，对 C50 墩柱和 C60 盖梁高强自密实清水混凝土展开室内试验研究。结果表明：C50 墩柱自密实清水混凝土的最佳胶凝材料用量为 570 kg/m3，其中粉煤灰、矿粉用量分别为120、60 kg/m3，砂的细度模数为 2.7，砂率为 44%；C60 盖梁自密实清水混凝土的最佳胶凝材料用量为 550 kg/m3，其中粉煤灰、矿粉用量分别为 100、50 kg/m3，砂的细度模数为 2.7，砂率为 46%；C50 和 C60 的抗冻性分别可达到 F200 和 F250，平均开裂面积1 mm2/根，单位面积内的裂缝数量1 根/m2，单位面积的开裂面积0.5 mm2/m2，28、56 d 电通量均可控制在 800、500 C 以内。设计的 C50 和 C60高强自密实清水混凝土工作性能和耐久性能均较佳，可在一定程度上延长复杂环境下桥梁的服役性能。关键词：自密实清水混凝土；桥梁；墩柱；盖梁；工作性能；耐久性能中图分类号：TU528.31文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0037-05Research on the application of high strength self compacting fair faced concretein the production of precast members of bridgesYIN Yi（Guoneng Huangda Railway Co.Ltd.，Dongying 257000，China）Abstract：In order to improve the working performance and durability of precast self compacting fair faced concrete and prolong the service life of the bridge，an indoor experimental study was carried out on C50 pier column and C60 bent cap high-strength self compacting fair faced concrete.The results show that the best cementitious content of C50 pier column self compacting fair faced concrete is 570 kg/m3，among which fly ash is 120 kg/m3，mineral powder is 60 kg/m3，the best sand rate of C50 is44%，and the best cementitious content of C60 bent cap self compacting fair faced concrete is 550 kg/m3，among which fly ash is100 kg/m3and mineral powder is 50 kg/m3，the optimum sand ratio of C60 is 46%，and the optimum sand fineness modulus of thetwo strength grades is 2.7.The frost resistance of C50 and C60 can reach F200 and F250 respectively，the average cracking areais less than 1 mm2/piece，the number of cracks per unit area is less than 1 piece/m2，the cracking area per unit area is less than0.5 mm2/m2，and the electric flux at the age of 28 d and 56 d can be controlled within 800 C and 500 C.The designed C50 andC60 high-strength self compacting fair faced concrete have better working performance and durability，which can prolong the serviceperformance of the bridge in complex environment to a certain extent.Key words：self compacting fair faced concrete，bridges，pier column，bent cap，working performance，durability中国科技核心期刊37新型建筑材料202302为例，该工程项目年平均气温为 7.8，夏季平均气温 22.4，冬季平均气温-10.7，年平均风速 1.9m/s，冻土深度为 17 cm，年平均降雨量为 443 mm，工程建设所处的环境十分复杂。工程共设计 700 余根 C50 自密实清水混凝土墩柱以及 380 余根 C60 自密实清水混凝土盖梁，为了保证盖梁和墩柱良好的工作性能、力学性能及耐久性能，同时保证施工外观色泽质量基本一致，对自密实清水混凝土的配制和施工提出了更高的要求。本文对 C50 墩柱和 C60 盖梁 2 种高强自密实清水混凝土展开室内试验研究，从工作性能入手对混凝土配合比进行优化，同时对优化后的混凝土进行力学性能和耐久性测试，验证最佳配合比下混凝土是否具有良好的服役性能，以期为工程的建设和施工提供借鉴。1试验1.1原材料水泥：墩柱采用 P O42.5 水泥，盖梁选用 P O52.5 水泥，主要技术性能见表 1。表 1水泥的主要技术性能粉煤灰：平均烧失量 6.7%，含水率 0.3%，需水量比 95%，细度（45 m 筛筛余）20%。矿粉：密度 2.95 g/cm3，比表面积 410 m2/kg，7、28 d 活性指数分别为 80%、98%，含水量 0.5%，平均烧失量 2.5%，SO3含量 3.1%。石：粒径 520 mm，压碎指标 8%，含泥量 0.1%，泥块含量0，针片状含量 5%，松散堆积孔隙率 39%。砂：天然河砂，含泥量 1.1%，泥块含量 0.1%，云母含量0.2%，轻物质含量 0.1%。外加剂：聚羧酸系高性能防冻减水剂，固含量 18%，减水率 30%。水：自来水。1.2试验配合比桥梁墩柱自密实混凝土设计强度等级为 C50，要求水胶比0.33，含气量 2%4%，压力泌水率10%，扩展度为 660755 mm 且 4 h 内无损失，倒坍时间 35 s，7 d 抗压强度需达到标准值的 80%，28 d 抗压强度需达到标准值的 120%135%，氯离子含量不超过总胶凝材料的 0.1%，碱含量不超过1.8 kg/m3。桥梁盖梁自密实混凝土设计强度等级为 C60，要求水胶比0.31，其余要求与 C50 一致9-10。按照上述要求，确定了墩柱 C50 和盖梁 C60 自密实清水混凝土的初步配合比见表 2，砂的细度模数均为 2.7。表 2自密实清水混凝土的初步配合比kg/m31.3试验内容按照 JGJ/T 2832012 自密实混凝土应用技术规程 进行试验设计：（1）通过不同胶凝材料用量、矿物掺合料配比、砂细度模数以及砂率下的工作性能试验，工作性能指标包括：坍落度、扩展度、T500、L 型仪填充比、倒坍时间等 5 项指标对 2 种强度等级自密实清水混凝土的配合比进行优化设计。（2）测试最佳配合比下 2 种强度等级自密实清水混凝土不同龄期的强度。（3）测试最佳配合比下 2 种强度等级自密实清水混凝土的耐久性，主要包括：抗冻性（-20 下冻结 4 h，8 下融化 2 h，每 6 h 为 1 个冻融循环）、抗裂性（风速 5 m/s，温度 8，相对湿度 52%，24 h 后测量裂缝数量）以及抗氯离子渗透性（电通量法，NaCl 溶液质量浓度 3%，NaOH 溶液摩尔浓度为 0.3%，试验时间 6 h）。2工作性能试验结果分析2.1胶凝材料用量对自密实清水混凝土工作性能的影响固定水泥、矿粉和粉煤灰的比例以及胶砂比，其余材料用量与表 2 相同，研究胶凝材料用量对清水混凝土工作性能的影响，结果见表 3。表 3胶凝材料用量对自密实清水混凝土工作性能的影响由表 3 可知：随着胶凝材料用量的增加，自密实清水混凝土的浆体体积增大，填充性能得到有效提高，混凝土的坍落度、扩展度逐渐增大，倒坍时间延长，T500先缩短后延长。当胶水泥类型密度/（g/cm3）比表面积/（m2/kg）标准稠度用水量/%凝结时间/min28 d 抗压强度/MPa初凝终凝P O42.53.1032523.716533046.2P O52.53.1536024.217029062.1强度等级水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂水C504006012082584511.6150C603901106084086013.0160强度等级胶凝材料用量/（kg/m3）坍落度/mm扩展度/mmT500/sL 型仪填充比倒坍时间/sC505402606209.20.777.45602656608.50.816.95802706807.10.838.16002757107.20.859.26202707207.90.8010.4C605002206609.80.837.85202356708.60.847.55402406757.30.867.25602456907.50.897.15802607008.20.927.5尹轶：高强自密实清水混凝土在桥梁预制构件生产中的应用研究38NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS凝材料用量分别为 580、540 kg/m3时，C50、C60 混凝土的 T500最短。按照JGJ/T 2832012 及设计要求，自密实清水混凝土的扩展度应为 660755 mm，因此，C50 混凝土中胶凝材料用量大于 560 kg/m3即可，C60 混凝土中胶凝材料用量大于 500kg/m3即可。综合试验结果：在满足扩展度要求的基础上，C50的最佳胶凝材料用量应在 560580 kg/m3，C60 的最佳胶凝材料用量应在540560 kg/m3，本试验取 570、550 kg/m3分别作为C50、C60 自密实清水混凝土的最佳胶凝材料用量。2.2矿物掺合料配比对自密实清水混凝土工作性能的影响在最佳胶凝材料用量下，其余试验条件不变，仅改变粉煤灰与矿粉的配比，得到不同矿物