大佛寺長江大橋C60高性能混凝土的研究與應用

摘要：隨著科學技術(shù)不斷地進步和工程發(fā)展的需要，高性能混凝土的觀念被越來越廣泛地接受．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，在當今許多混凝土工程場合和領域．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；研究與應用

1概述

重慶大佛寺大橋是一座雙塔雙索面漂浮體系預應力斜拉橋．大橋主跨450m，主塔高206.8m．全橋工藝復雜，施工難度大．從14#懸澆節(jié)段開始，混凝土強度等級為C60高強度混凝土．從混凝土生產(chǎn)地點到澆筑地點，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度大，工作性能好．混凝土配制強度：R3≥58MPa，R28≥75MPa。
坍落度為200～220mm，坍落度擴展值≥550mm．混凝土拌和物初凝時間為16～18h．這給混凝土生產(chǎn)、施工帶來新的課題。

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．通過發(fā)現(xiàn)：采用P.0625#R水泥和P.0525#R水泥，配合比R28強度皆能滿足設計要求；但采用P.0525#R水泥，R3強度略差．在摻用了硅粉的情況下．高標號水泥更能發(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：小南海石場的5～25mm碎石．單軸抗壓強度：117MPa。

細集料：五風溪中砂．細度模數(shù)Mx=2.4。

2.3摻和料

摻和料為?？显雒芪⒐璺?，是硅鐵或金屬硅生產(chǎn)過程中的副產(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．緩凝時間為16～18h(可隨施工季節(jié)變化來調(diào)節(jié)緩凝時間)．

2.5拌和水

拌和水為飲用水，符合《混凝土拌和用水》JGJ63—89標準要求

3混凝土配制

為了使試驗更具科學性和高效率．保證確定配合比，并能得出全面的結(jié)論．決定利用正交設計安排試驗．假定混凝土濕容重γ=2450kg／m3，砂率Sp=40%，外加劑摻量(膠凝材料總量的百分比)為1.2％．通過分析，因素和水平安排如表1。

混凝土采用機械攪拌，振動成型．標準養(yǎng)護，試件尺寸為100mm×100mm×100mm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為：B水膠比→C硅粉摻量→A水泥用量；影響坍落度擴展值的主次順序為：B水膠比→A水泥用量→C硅粉摻量；影響R28強度的主次順序為：B水膠比→C硅粉摻量→A水泥用量；影響R288強度主次因素為：A水泥用量→C硅粉摻量→B水膠比。

2)在考核坍落度、坍落度擴展值、R3強度這3個指標中，水膠比是至關(guān)重要的因素；而對于R28強度，雖然水泥用量是主要因素．但這里面應含有硅粉的因素，亦即單位體積內(nèi)，水泥用量大的，硅粉的絕對重量也大．由于試驗結(jié)果皆大于配制強度，原則上可在試驗范圍內(nèi)任選一個水平．綜合平衡各方面的因素，優(yōu)選配合比結(jié)果為A2B2C2。

各項考核指標試驗誤差及變差系數(shù)見表3．優(yōu)選的A2B2C2配合比見表4

4混凝土性能

4.1硅粉在混凝土中的作用機理

在普通混凝土中．水泥凈漿與骨料之間的界面過渡區(qū)的強度一般低于凈漿漿體強度．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，硅粉提高混凝土強度的關(guān)鍵在于提高水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)強度，將對強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，促進混凝土強度的增長和密實度的提高．硅粉與氫氧化鈣反應，氫氧化鈣不斷被消耗，會加快水泥水化，從而提高混凝土的早期強度．

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，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)時如此.

4.2.3混凝土流動度

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的坍落度測試方法難以準確全面地評價塑性粘度明顯較大高性能混凝土的流動度．根據(jù)有關(guān)資料推薦，我們采用測量坍落度擴展值、坍落度、L型流動速度來綜合評價混凝土拌和物的流動度．A2B2C2配合比流動性能見表5。

摻入一定量的硅粉，可使大流動度混凝土拌和物保持適當?shù)恼扯?，不離析、不泌水．通過試驗發(fā)現(xiàn)，當硅粉摻量大于9%時，在坍落度相同的情況下．硅粉摻量大的混凝土顯得粘滯，而坍落度擴展值和L型流動速度相對要小很多．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，其顆粒表面濕潤所需水量相對也較大，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，加大高效減水劑的摻量，以確實提高混凝土強度，保持混凝土良好的流動性。

砂率、砂的細度模數(shù)對高強度高性能混凝土的流動性也有顯著影響．較高的砂率或較小的細度模數(shù)，都會使細集料總比表面積增大，造成混凝土拌和物需水量增加，對混凝土強度或流動性產(chǎn)生不利的影響．對于高強度高性能混凝土，一般要求中粗砂，細度模數(shù)大于2.7。受條件的限制，試驗只有采用細度模數(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,在粗骨料級配稍差時，坍落度變化不明顯，而坍落度擴展值則隨砂率增大而有減小的趨勢．1#配合比雖然在坍落度、坍落度擴展值等方面達到最大值，但粗骨料稍有外露，有輕度離析的感覺．2#配合比綜合考慮各方面的因素，認為4O%的砂率是合適的。

4.2.4凝結(jié)時間和坍落度經(jīng)時損失

緩凝時間和坍落度經(jīng)時損失的大小對輸送距離較長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合高效減水劑，在30℃，相對濕度90％的條件下，緩凝時間為16h，而混凝土終凝硬化后。強度迅速增長．

4.3硬化后混凝土的性能

4.3.1抗壓強度

通過對水膠比為0.33，高效減水劑摻量為1.2％的兩組配合比，做對比試驗．

4.3.2軸心抗壓強度與彈性模量

硅粉混凝土和普通混凝土一樣，軸心抗壓強度和彈性模量隨強度增長而增長．

4.3.3抗?jié)B性

由于混凝土中摻加了硅粉，高細度的硅粉顆粒在使毛細孔尺寸降低的同時，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)護時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)護時間超過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．

就高強度混凝土而言，硅粉混凝土的干縮率比同強度的混凝土干縮率要低．

5結(jié)論

1)本次試驗通過正交設計，確定了大流動度硅粉混凝土的理論配合比，對摻加硅粉的混凝土性能進行比較全面、系統(tǒng)的分析．認為：混凝土摻加硅粉，輔咀高效復合減水劑，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；高標號水泥和硅粉合理地組成，匹配使用優(yōu)質(zhì)高效復合減水劑，是配制高性能混凝土的重要基礎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度的最主要的因素。

3)混凝土中摻加硅粉、高效復合減水劑，使混凝土力學性能、長期耐久性得以全面的提升。

4)對強度等級C60混凝土，硅粉摻量在5%～7%(水泥重量百分比)之間是適宜的．過高的摻量會引起混凝土粘度增加，坍落度擴展值明顯減小，對混凝土泵送施工不利，也是不經(jīng)濟的。

5)摻加硅粉的混凝土宜采用高效減水劑．在相同的流動度下，硅粉混凝土中的高效減水劑摻量應大于普通混凝土中高效減水劑的摻量。

6)超緩凝、高早強本身就是混凝土硬化過程中的一對矛盾體．運用硅粉和高效復合減水劑很好地解決了這個問題．優(yōu)選出的配合比初凝時間為16h；終凝時間為20h；3d強度為62.2MPa．坍落度、坍落度擴展值90min經(jīng)時損失分別為原初始值的79，81%。

7)摻加硅粉的混凝土攪拌、振搗時間要相對延長。

8)傳統(tǒng)的坍落度法對大流動度混凝土工作性能(可泵性)不能作出準確、客觀的評價，應輔以其他檢測方法(如L型流動搜、測量坍落度擴展值等)綜合評價大流動度混凝土工作性能。

通垃本次試驗，我們對摻加硅粉摻和料的高性能混凝土有了初略的認識，準備在此基礎上．對高性能混凝土在工程上的應用、監(jiān)控作進一步的試驗、分析和研究．以期對高性能混凝土能有新的、更完備的認識。

參考文獻：

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