海工高耐久自密实混凝土的研制.pdf
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1、新 壶 巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 海工离利久自蜜实混凝土的研制 胡红梅 , 余彬彬 , 陈健 ( 1 厦 门大学 建筑与土木工程学院, 福 建 厦门3 6 1 0 0 5 ; 2 厦门市公路局, 福建 厦门3 6 1 0 0 0 ) 摘要 : 针对跨海桥梁工程特点与环境条件, 采取七元组分设计混凝土配合比, 通过限制骨料含量、 采用低水胶比、 复掺磨细矿粉 与 I级粉煤灰 以及外掺聚羧 酸系 高性 能减水剂等技术措施 , 配制 出适合海洋环境条件 、 中等强度等级、 具有 良好体积稳定性的高耐 久 自密实混凝土。 关键词: 自密实混凝土; 耐久性; 徐变; 跨海桥梁 中图分类号: T
2、 V 4 3 1 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 1 1 - O O 0 5 0 3 De v e l op m e nt o f t he h i g h-dur a bi l i t y a nd s e l f -c o m p ac t i ng c o nc r e t e i n ma r i n e e nv i r on m e nt HU Ho n g me i , YU Bi n b i n , C HE N J i a n ( 1 S c h o o l o f A r c h i t e c t u r e a n
3、 d C i v i l E n g i n e e r i n g , Xi a me n U n i v e r s i t y , X i a m e n 3 6 1 0 0 5 , F u j i a n , C h i n a ; 2 X i a m e n C i t y H i g h w a y B u r e a u , Xi a me n 3 6 1 0 0 0 , F u j i a n , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ai m i n g a t t h e c h a r a c t e ri s t i c s a n d e n v
4、i r o n me n t a l c o n d i t i o n s o f c r o s s s e a b ri d g e p r o j e c t , w e a c h i e v e d a h i g h d u r a b i l i t y s e rf- c o mp a c t i n g c o n c r e t e b y a d o p t i n g s e v e n c o mp o n e n t mi x d e s i g n a n d t e c h n i c a l me a s u r e s i n c l u d i n g
5、l i mi t i n g t h e a g g r e g a t e c o n t e n t , u s i n g l o w wa t e r - c e me n t r a t i o , d o u b l e - d o p e d p u l v e riz e d s l a g a n d gra d e I fly a s h a n d wi t h p o l y c a r b o x y l a t e t y p e h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r r e d u c e r Th e p r o d u c
6、 e d c o n c r e t e i s s u i t a b l e f o r ma r i n e e n v i r o n me n t a l c o n d i t i o n s , h a s mo d e r a t e i n t e n s i t y l e v e l a n d g o o d v o l u me s t ab i l i t y Ke y wo r d s : s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e ; d u r a b i l i t y ; c r e e p ; c r o
7、s s s e a b ri d g e 近年来, 随着海峡两岸经济区建设的推进, 福建省桥梁建 设发展迅速。一大批跨海桥梁工程陆续涌现, 不断向大跨度、 高技术、 超优化方向发展。有些桥梁结构因配筋密集、 形体复 杂、 薄壁等因素给振捣带来困难, 容易带来构件内部缺陷, 普 通混凝土很难达到施工要求。 与此同时, 相对于陆地上的混凝 土结构而言, 跨海桥梁的混凝土结构面临着更加复杂、 恶劣的 自 然条件,尤其是海水中的氯盐会加速钢筋的锈蚀而使混凝 土过早损坏, 丧失了耐久性能, 从而严重威胁桥梁的正常使用 寿命l 1 。采取有效的耐久性控制措施, 保证桥梁设计寿命目 标 的实现, 是涉及到跨
8、海桥梁结构设计、 材料选择、 施工和监理 等各方面必须共同面对的综合难题。自 密实混凝土因具有很 高的流动性、 优异的间隙通过性及抗离析能力, 并且具有良好 基金项 目: 国家 自然科学基金重大国际合作研究项目( 2 0 0 5 C C A 0 6 7 O O ) 福建省建设厅科技计划项 目( 2 0 0 5 2 2 ) 收稿 日期: 2 0 1 0 0 7 0 2 作者简 介: 胡红梅, 女 , 1 9 6 2年生 , 湖 北武汉人 , 教授 , 主要 从事高性 能混凝土材料与性能的研究。 通讯作者 : 余彬彬, 地址 : 厦 门市厦 门大 学学生公寓 7 - 6 4 3 , 电话 : 1
9、3 6 5 6 0 3 5 7 7 1 , E ma i l : s k y f r e e y u q q c o rn。 的力学性能和耐久性能,在跨海桥梁工程中受到越来越多的 关注12 1 。白密实混凝土胶凝材料用量大、 水胶比低、 其组分包 含一定量超细矿物掺合料及外加剂,其收缩变形较普通混凝 土大得多, 容易引起开裂, 从而严重影响到自 密实混凝土的耐 久性。 针对跨海桥梁的工程特点与环境条件, 本文重点研究了 自 密实混凝土的抗渗性、 抗氯离子渗透性及徐变性能, 试图配 制出适合海洋环境条件、具有良好体积稳定性的高耐久自 密 实混凝土。 1 试验 1 1 原材料 建福 P 0 4 2
10、 5 级水泥, 各项性能指标合格, 实测2 8 d 抗 压强度为5 3 6 M P a ; 漳州江东河砂, 细度模数 2 7 , 中砂; 5 2 5 m il l 连续级配碎石, 针片状含量5 , 压碎指标值 1 1 3 ; 磨细 矿粉, $ 9 5 级; 厦门嵩屿电厂的I 级粉煤灰; 冠疆( 台湾) T G C Y S 3 0 聚羧酸系减水剂, 推荐掺量0 5 1 5 。 1 2 试 验方法 混凝土拌合物的流动性分别采用 L 型流动度试验方法 和坍落度试验方法进行测试。 N E W BU J L DI NG MAT E R I AL S 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u
11、.c o m 胡红梅 , 等: 海工 高耐久 自密实混凝土的研制 混凝土力学性能按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学 性能试验方法标准 进行测试。 混凝土抗渗性和徐变收缩按G B 8 2 8 5 普通混凝土长 期性能和耐久性能试验方法 进行测试; 抗氯离子渗透性能按 非稳态氯离子迁移试验方法( R C M法) 进行测试。 2 配合比设计 根据自密实混凝土的自密实机理和配合比设计理论, 考 虑工程特点与海洋环境条件,在对国内外同类技术分析比较 的基础上, 提出的配合比设计目 标: 除了满足自密实混凝土所 要求的大流动性, 易于泵送施工且不需振捣可自 密实, 拌合物
12、 可在长时间保持良 好的工作性,以及达到中等强度等级要求 外, 特别要求硬化混凝土具有优良的耐久性能和抗变形能力。 为便于推广应用, 采用常用、 易得的原材料和常规工艺配制自 密实混凝土。 笔者认为, 配制高耐久自密实混凝土的关键技术在于: ( 1 ) 通过胶凝材料组分的优化设计, 实现对水化产物相的调控, 提 高混凝土本体的抗渗能力和固氯、 固硫效应; ( 2 ) 通过颗粒级 配最优组合技术和界面调控技术, 使水泥石的亚、 微观结构和 水泥石一 骨料界面结构致密化, 从而控制有害介质的传输, 切 断腐蚀通道。 相关研究证实, 采用优质活性矿物掺合料和高效 减水剂配制的多元组分混凝土可有效提高
13、混凝土的密实性, 从而显著提高混凝土的抗蚀性口 1 。由多元组分构成的混凝土 可看作是具有优良级配的颗粒堆积体系。石子空隙由砂子填 充, 砂子空隙由水泥颗粒填充, 水泥颗粒之问和界面的空隙则 由超细矿物掺合料微粒填充。 通过整体颗粒级配的优化设计, 实现包括粗细骨料和胶凝材料的所有颗粒之间的最密实堆 积, 从而更有利于体系形成低孔隙的硬化体, 纯粹从提高颗粒 的填充性方面提高混凝土的抗蚀性。 有鉴于此, 在对自 密实混凝土的材料组成、 颗粒级配和配 合比进行多轮优化设计与试验研究的基础上,决定按照七元 组分设计混凝土配合比。具体按临界饱和掺量外掺聚羧酸系 减水剂,以等量内掺方式按一定比例复掺磨
14、细矿粉和 I 级粉 煤灰, 配合限制骨料含量、 采用低水胶比等多项技术措施, 保 证设计目 标的实现。 考虑到C 4 0以下的自 密实混凝土应用较 多, 经过大量优化试验, 设计了C 3 0 和C 4 0自密实混凝土的 配合比( 见表I ) 。 表 1 自密实混凝土的配合比 6 新型建筑材料 2 0 1 0 1 1 3 性能测试及结果分析 3 1 自密实混凝土拌和物的性能分析( 见表2 、 表3 ) 表 2 自密实混凝土拌 合物 的工作性 能 表 3 C 4 0自密实混凝土拌合物坍落度经 时损失 由表2 和表3 可见, 2 组自 密实混凝土拌合物的坍落度 均达到大流动性要求, 且不离析、 不泌
15、水、 问隙通过性强, 能自 流平, 而且坍落度的经时损失小, 具有优良的工作性, 完全满 足免振自 密实混凝土施工要求。 新拌浆体中的水有2 部分: 一 部分是填充水, 填充在颗粒问的孔隙中, 对拌合物的流动性没 有贡献; 另一部分是表面层水, 在颗粒表面形成水膜层, 浆体 的流动性取决于水膜层的厚度 。在自密实混凝土中掺入磨 细矿粉和优质粉煤灰,它们较小的颗粒粒径与水泥粒径在微 观上形成级配体系,将原来填充在孔隙中的填充水置换出来 成为自由水; 另一方面, 掺入保坍性突出的聚羧酸系高性能减 水剂可以减少表面层水的数量。 二者相结合, 不仅使混凝土拌 合物即使在低水胶比下也能获得大的流动性,同
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