Ｃ５０级高性能混凝土研究及在南水北调中线生产桥中的应用

李鹤龄　孙洪全

摘要:南水北调中线京石段桥梁C50级混凝土,既要求高性能,又控制碱含量。在配合比设计中采用粉煤灰、矿渣粉及聚羧酸系高性能减水剂联掺的技术措施,较好地解决了上述难题,工程应用取得较好的技术经济效果。

关键词:C50级混凝土;碱含量;掺合料;高效减水剂;配合比;南水北调中线工程

中图分类号:TV68;TU528文献标识码:B 文章编号:1672-1683(2009)05-0042-02

Research and Application on High Performance Concrete (Grade C50)

in the Beijing-Shijiazhuang Section Project of the Middle Route of South-to-North Water Diversion

LI He-ling,SUN Hong-quan

(Monitoring and Experimental Center,Hebei Water Conservancy Engineering Bureau,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract: Concrete (Grade C50) for bridges of the Beijing-Shijiazhuang Section in Middle Route of South-to-North Water Diversion should be both high performance and controlled alkali content.It is achieved by using the technical measure of mixing fly ash,pulverized slag and WJF together in the ratio preparation and a better technical and economic effect is obtained during its application.

Key words: concrete (Grade C50);alkali content;mixture;ratio;Middle Route of South-to-North Water Diversion Project

1 引言

南水北调中线干线京石段工程,各类桥梁建筑物较多,仅河北省境内生产桥就达110座。这些桥梁具有主梁跨度大、钢筋密集、混凝土强度高且要求控制总碱含量的特点。混凝土强度等级多为C50级。由于我国的活性骨料广泛分布在北京、天津、河北等地,京石段有的料场也存在碱活性反应。为保障工程安全和正常运行寿命,有效预防混凝土中发生碱骨料反应,要求混凝土中总碱含量不大于2.5 kg/m³。

因此,桥梁等C50级混凝土配合比研究设计的关键,首先是选用适宜优质的原材料,其次是优化配合比设计,在满足其强度及工艺性要求的前提下,尽量降低胶凝材料用量,以有效控制碱含量及水化热温升问题。

2 混凝土原材料选用

2.1 水泥

主要选用了鼎鑫及曲寨两个厂家的P•O42.5强度等级水泥,前者碱含量为0.59%,后者碱含量为0.57%。

2.2 掺合料

2.2.1 粉煤灰

粉煤灰是一种活性掺合料,其主要成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃,与水泥水化中的Ca(OH)₂发生化学反应,生成水化产物,可起到改善混凝土孔结构增加密实性、提高后期强度、有效降低水化热及抑制骨料碱活性;其代替部分水泥、降低混凝土工程造价的经济效果亦十分显著。

主要采用了西柏坡电厂与上安电厂的Ⅱ级粉煤灰。

2.2.2 矿渣粉

钢铁厂的水淬粒化高炉矿渣经干燥、粉磨,成为良好的活性掺合料。其主要成分为SiO₂、Al₂O₃及CaO,是其最具活性的主要成分,矿渣粉的作用机理与粉煤灰相类似,且同样具有抑制骨料碱活性作用。由于具有玻璃质结构,因而具有更好的活性和一定的减水效果。矿渣粉一直是我国生产矿渣水泥的主要原料,近年来,将其用做高性能混凝土掺合料的研究及应用也日益广泛和深入。

主要采用了河北晶金石业有限公司的S95级矿渣粉。

2.3 高效减水剂

高效减水剂可大幅度降低混凝土用水量,改善拌合物的工艺性,显著提高硬化混凝土的致密性、强度及耐久性。以前萘系减水剂使用较多,近年来,聚羧酸盐类超高效减水剂逐渐在高等级混凝土中推广和应用。前者的减水率可达15%以上,后者的减水率可达20%、甚至30%以上。

主要采用了河北省混凝土外加剂厂生产的DH13聚羧酸系高效减水剂。

2.4 骨料

交通桥施工采用中河砂,最大粒径20 mm或25 mm石灰岩质碎石。

3 粉煤灰抑制骨料碱活性效能试验

参照《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2001中骨料碱活性检验(砂浆棒快速法),采用鼎鑫P•O42.5水泥,西柏坡电厂粉煤灰、易县中易水天然河砂,其不同粉煤灰掺量(0%、10%、20%)抑制骨料碱活性效能试验结果见表1。

采用鼎鑫P•O42.5水泥、衡水衡冠粉煤灰、易县中易水天然河砂,其不同粉煤灰掺量(0%、20%、25%)抑制碱骨料效能试验结果见表2。

由以上结果可知:掺加粉煤灰对骨料碱活性有着显著的抑制效果,抑制效能随着粉煤灰掺量增加而提高。砂浆14 d膨胀率降低率,掺加10%、20%、25%粉煤灰分别为39.5%、67.4%～93.3%、96.7%。

4 不同品种外加剂及掺合料掺用效果比较试验

为比较不同类别外加剂及掺合料的技术经济效果,采用鼎鑫P•O42.5水泥,Ⅱ级粉煤灰,易县东口南石场最大粒径20 mm碎石,沙河西庄砂场中河砂,进行了三种方案对C50级混凝土效果影响比较试验。方案一:DH3G萘系高效减水剂与粉煤灰联掺;方案二:DH13聚羧酸系高效减水剂与粉煤灰联掺;方案三:DH13聚羧酸系高效减水剂与粉煤灰、矿渣粉联掺。比较试验结果见表3。

表3试验结果表明:配制C50级混凝土,在满足近似强度要求的前提下,与方案一相比,方案二用水量减少11.6%,水泥用量约降低10%;方案三用水量减少22.6%,水泥用量约降低25%。说明聚羧酸系高效减水剂与粉煤灰及矿渣粉联掺,可取得显著的技术经济效益,不仅可大幅度节约水泥,同时还可使混凝土碱含量及水化热显著降低。

5 C50级桥梁混凝土的实用效果

高性能混凝土施工,只有遵循先进的理念与思路,才能选择适宜的原材料,并设计提出先进的配合比。本中心提出的桥梁C50级常态混凝土有代表性的施工配合比见表4。

由表4可知:某道桥公司所提配合比,在材料选用上掺加普通减水剂并采用纯水泥,水泥用量高达490 kg/m³,碱含量约3 kg/m³,超过了工程碱含量不大于2.5 kg/m³的规定要求,因而未被工程采用。与之相比,本中心所提配合比,由于采用DH13聚羧酸系高效减水剂与粉煤灰及矿渣粉联掺措施,不仅水泥用量降低30%以上,碱含量也远低于规定限值要求,工程实用取得良好的技术经济效果。

6 结语

粉煤灰对骨料碱活性有着良好的抑制效应,随着掺量提高,其抑制效能显著增强。

聚羧酸系高效减水剂、粉煤灰、矿渣粉联掺,是配制高强低碱类混凝土的较好途径,除可较好满足强度和施工工艺性要求外,由于水泥用量较低,还可收到降低碱含量、抑制骨料碱活性、降低水化热、提高后期强度和整体耐久性的综合技术效果,南水北调中线干线京石段桥梁工程施工应用取得良好效果,今后可在类似工程中推广应用。

参考文献:

[1] 龚洛书.混凝土实用手册[K].北京:中国建筑工业出版社,1995.

[2] 南水北调中线干线工程建设管理局.预防混凝土工程碱骨料反应技术条例[Z].2005.

[3] 韩玉莲,王铁强,张雅娟,等.南水北调工程高性能混凝土原材料优选试验研究[J].南水北调与水利科技,2008,6(1):154-158.

[4] JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].