分析關(guān)于混凝土配比對(duì)橋梁質(zhì)量的影響

中國(guó)期刊網(wǎng) · 2009-12-22 00:00 留言

  摘要:由于混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理,引起混凝土的強(qiáng)度不合格、收縮裂縫、外觀等質(zhì)量缺陷的現(xiàn)象常有發(fā)生,同時(shí)造成生產(chǎn)成本的增大。為了促進(jìn)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(HSLC)在公路橋梁上的理論研究和實(shí)際應(yīng)用,文章在總結(jié)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)HSLC配制方法進(jìn)行了全面系統(tǒng)的介紹和分析。針對(duì)預(yù)應(yīng)力HSLC梁橋在施工配合比方面存在的一些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了初步討論,提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施。

  關(guān)鍵詞:高強(qiáng)  輕質(zhì)  混凝土  配比

  1 概述

  混凝土是一種優(yōu)質(zhì)量建筑材料,被廣泛地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。它能復(fù)合多種材料,得到各種特性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,如鋼筋混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、聚合物混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等。現(xiàn)代混凝土作為人造建筑材料已有170多年的歷史。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中,隨著技術(shù)水平的提高,為了解決普通混凝土質(zhì)量大的缺點(diǎn),人們逐漸開(kāi)發(fā)出了混凝土的新品種——輕質(zhì)混凝土。1913年美國(guó)首先用回旋窯燒制了頁(yè)巖陶粒,為輕質(zhì)混凝土的發(fā)展邁出了可喜的第一步。由于輕質(zhì)混凝土是一種比強(qiáng)度高,保溫耐火,抗震性能好,無(wú)堿集料反應(yīng)等新型混凝土,可廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)與民用建筑等構(gòu)筑物上,具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值,所以自上世紀(jì)60年代以來(lái)在世界各國(guó)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用,成為建筑材料工業(yè)中發(fā)展最快的輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料之一。

  在輕質(zhì)混凝土的發(fā)展初期,由于其強(qiáng)度較低且人們對(duì)其力學(xué)性質(zhì)研究較少,使其應(yīng)用的范圍有所局限。隨著研究的深入、高強(qiáng)輕集料即高強(qiáng)陶粒的問(wèn)世。人們利用高強(qiáng)陶粒配制出了密度等級(jí)為1600~1900,強(qiáng)度等級(jí)在LC30以上的,廣泛用于結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)輕集料混凝土。它以優(yōu)良的力學(xué)性能和潛在的好處,達(dá)到了使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大、耐久性好的要求,同時(shí)能滿足工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和機(jī)械化泵送施工,在世界范圍內(nèi)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。在世界各國(guó),特別是在北歐等國(guó)被廣泛地應(yīng)用于高層、超高層建筑結(jié)構(gòu),大跨度橋梁和城市立交橋及海洋工程中。而在我國(guó),由于對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的研究還不十分系統(tǒng),其用于承重結(jié)構(gòu)的還不多。

  2 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的特點(diǎn)

  2.1 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的定義 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(High-Strength Light Weight Concrete,以下簡(jiǎn)稱HSLC)是指利用高強(qiáng)輕粗集料(在我國(guó)通常稱它為高強(qiáng)陶粒)、普通砂、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3,強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C30以上的結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土。從HSLC的定義我們可以看出,它除了和普通混凝土一樣牽涉到粗、細(xì)集料、水泥和水以外,所不同的是還涉及到表觀密度(原稱容重)的最大限值和最小的強(qiáng)度等級(jí)限值。

  2.2 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,橋梁逐漸向大跨度發(fā)展,這也使混凝土自重大的缺點(diǎn)更加突出,限制了橋梁跨度的進(jìn)一步提高。HSLC以其高強(qiáng)、輕質(zhì)的特點(diǎn),顯然能夠克服普通混凝土無(wú)法克服的自重過(guò)大的缺陷,實(shí)現(xiàn)橋梁跨度的進(jìn)一步提高。因此,在橋梁結(jié)構(gòu)向大跨、重載、輕質(zhì)、耐久方向發(fā)展的今天,HSLC當(dāng)是今后橋梁建設(shè)上主要使用的材料之一。HSLC在橋梁工程中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①減輕梁體自重,增大橋梁的跨越能力;②減低梁高;③提高橋梁的耐久性,延長(zhǎng)橋梁的使用壽命;④抗震能力好;⑤降低工程造價(jià)。

  3 配合比設(shè)計(jì)分析

  HSLC配合比設(shè)計(jì)的任務(wù)在于確定能獲得預(yù)期性能而又最經(jīng)濟(jì)的混凝土各組成材料的用量,它和普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的目的是相同的,即在保證結(jié)構(gòu)安全使用的前提下,力求達(dá)到便于施工和經(jīng)濟(jì)節(jié)約的要求。由于HSLC所使用高強(qiáng)陶粒的特性,它還不能像普通混凝土那樣,用一個(gè)較公認(rèn)的強(qiáng)度公式作為混凝土配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。雖然,國(guó)內(nèi)外都有不少研究者提出了各種各樣的強(qiáng)度公式,但都存在很大局限性,離實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。所以,現(xiàn)階段,主要還是通過(guò)參數(shù)的選擇和簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算,最終經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定各組分材料的用量。[Page]

  3.1 確定試配強(qiáng)度 根據(jù)我國(guó)《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51-90)的規(guī)定,HSLC的試配強(qiáng)度可由公式確定。

  其中,

  ——試配強(qiáng)度,MPa;

  ——設(shè)計(jì)強(qiáng)度,MPa;

  —— HSLC強(qiáng)度的總體標(biāo)準(zhǔn)差,MPa.

  3.2 選擇水泥品種和標(biāo)號(hào) 一般為325以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

  3.3 選擇水泥用量 水泥用量是影響棍凝土強(qiáng)度及其它性能最主要的參數(shù)之一,對(duì)HSLC來(lái)說(shuō),水泥用量的選擇尤為重要,增加水泥用量固然可以使HSLC的強(qiáng)度提高,但也會(huì)使其密度增加??偟膩?lái)講,HSLC的最大水泥用量不宜超過(guò)550kg/m3,當(dāng)采用泵送施工時(shí),最小水泥用量不宜少于350kg/m3。

  3.4 選擇高強(qiáng)陶粒 HSLC一般要選擇密度等級(jí)>700、筒壓強(qiáng)度>5.0MPa、強(qiáng)度標(biāo)號(hào)>30MPa的圓球型高強(qiáng)陶粒,且其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足《輕骨料》GB/T17431.1有關(guān)要求的人造高強(qiáng)輕集料。

  3.5 選擇用水量和水灰比 HSLC的用水量和水灰比,分凈用水量和凈水灰比及總用水量和總水灰比,所謂凈用水量系指不包括高強(qiáng)陶粒1h吸水率在內(nèi)的混凝土用水量,其相應(yīng)的水灰比則為凈水灰比,在HSLC配合比設(shè)計(jì)中,一般用凈用水量和凈水灰比表示。HSLC的用水量(或水灰比)不僅對(duì)硬化混凝土的性能有很大影響,而且還直接影響拌合物的和易性。

  3.6 砂率的選擇 HSLC的砂率是以體積比來(lái)表示的,即以砂的體積與粗細(xì)集料總體積的百分比來(lái)表示的。砂率的提高,是HSLC文獻(xiàn)認(rèn)為在一定的砂率范圍內(nèi):18%~60%強(qiáng)度提高的一個(gè)主要因素(但有關(guān)。砂率對(duì)HSLC的強(qiáng)度影響不大),且其彈性模量也有所提高。但隨著砂率的提高,HSLC的表觀密度也逐漸增加。當(dāng)HSLC的強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C40-LC60,砂率為40%左右時(shí),混凝土拌合物的和易性最好。

  3.7 粗細(xì)集料用量 它是指配制1m3HSLC所需的高強(qiáng)陶粒和普通砂的密實(shí)體積,可參考《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51-90),用絕對(duì)體積法求出。

  3.8 摻和料等外加劑 由于HSLC的水泥用量與同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土偏多,實(shí)踐證明,為減少水泥用量,改善和易性和其他一系列的物理力學(xué)性能,在HSLC中加入適量的摻和劑,如硅灰、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)高爐礦碴、F礦粉等,可獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。一般在配制LC50及以下的HSLC時(shí),摻加粉煤灰即可,當(dāng)配制LC50以上的HSLC則需摻加硅粉等。在使用摻合料的同時(shí),必須使用高效減水劑,以減小用水量,降低水灰比。粉煤灰的摻加采用“超量取代法”,且在預(yù)應(yīng)力HSLC中其取代水泥率不宜大于10%~15%,而對(duì)于硅粉的最大摻加量,根據(jù)ACI213委員會(huì)報(bào)告《硅粉用于混凝土》的觀點(diǎn),“1kg硅粉可取代3~4kg水泥而不導(dǎo)致強(qiáng)度的降低?!?/FONT>

  從目前的研究來(lái)看,改良HSLC的配合比,采用“雙摻”或“多摻”及復(fù)合摻加技術(shù),即在加入高效減水劑的同時(shí),根據(jù)混凝土性能的要求加入一種或幾種(復(fù)合化)超細(xì)活性礦物材料,并加大摻入的比例,可以大幅度提高拌合料的工作性能,并對(duì)其物理力學(xué)特性有較顯著的改善作用。

  4 小結(jié)

  隨著技術(shù)的進(jìn)步,混凝土結(jié)構(gòu)工程向更高建筑、更大跨度和更高承載力方向發(fā)展,同時(shí),人們對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性等要求也不斷提高,這些都使得強(qiáng)度高混凝土的研制和應(yīng)用成為必然。高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的施工條件要求較高,質(zhì)量不容易控制。施工時(shí)必須對(duì)HSLC采用“雙摻”或“多摻”等方法進(jìn)行改性,以提高拌合料的工作性能,保證HSLC的施工質(zhì)量。另外,我國(guó)應(yīng)加大高強(qiáng)陶粒的研究工作,盡快生產(chǎn)出高性能高強(qiáng)陶粒,從根本上改變HSLC的力學(xué)性能,為HSLC在公路橋梁上的廣泛使用鋪平道路。

  參考文獻(xiàn):

  [1]龔洛書,柳春圃.輕集料混凝土[M].北京:中國(guó)鐵道出版社.1996.

  [2]混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1997.


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