崇启大桥混凝土力学性能研究

安小龙

(江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 211112)

0 引言

综合长江口北支环境调研和国内外海工混凝土结构劣化统计资料[1-4]可得，崇启大桥所在水域环境条件复杂，枯季水含盐量指标已接近正常海水状况，对混凝土结构耐久性提出了苛刻的要求。因此，有必要针对崇启大桥水域环境特点，并借鉴国内外近期成功的沿海工程实际经验[5-7]，开展具有良好耐久性能的混凝土研究。而力学性能是保障崇启大桥具有良好工作性的基础，混凝土的耐久性也必须建立在力学性能之上，有必要展开崇启大桥混凝土力学性能研究。

本文首先明确混凝土原材料指标，优化、完善混凝土配合比设计[8];采用科学手段研究崇启大桥混凝土力学性能，为后面崇启大桥耐久性设计中防腐措施奠定基础。

1 原材料与配合比设计

优质的原材料是制备高性能混凝土的基础，是优化混凝土配合比设计的前提，是混凝土良好的施工工作性、物理力学性能和耐久性的保证。为保证混凝土的耐久性，必须掺加一定的优质活性掺合料和高效外加剂，高效减水剂和优质活性掺合料已经成为高性能混凝土不可缺少的组分。只有选用优质、满足设计要求的原材料才能制备出性能优异的自密实混凝土，所以首先应对原材料的性能进行测试，根据原材料性能进行配合比的设计和优化。

1.1 原材料

水泥:采用P.Ⅱ42.5R硅酸盐水泥，其物理、力学性能指标如表1所示。

粉煤灰:采用镇江谏壁Ⅰ级粉煤灰。

磨细矿粉:选取S95级矿渣，该矿渣微粉流动性比较大，但活性相对较低。

细集料:采用赣江中砂，细度模数为 2.90，表观密度为2 590 kg/m3，松散堆积密度为1 520 kg/m3，空隙率为41.3%。

粗集料:湖北阳新产石灰石，5～25连续级配，表观密度为2 700 kg/m3，松散堆积密度为1 400 kg/m3。

减水剂:为保证高性能混凝土具有优良的工作性能，本试验依据泵送混凝土标准设计混凝土坍落度，选用具有缓凝效果的聚羧酸高效减水剂。

拌合用水:采用饮用自来水，其各项性能指标满足《混凝土拌合用水标准》要求。

表1 水泥的物理、力学性能

1.2 混凝土配合比设计

根据综合分析、工程设计要求，拟选择以下混凝土配合比参数:水胶比:W/B=0.35，砂率Sp=38%;掺合料:单掺粉煤灰60%(F60)、复合掺40%粉煤灰 +20%矿渣微粉(F40S20)、复合掺30%矿渣微粉+30%粉煤灰(F30S30)、单掺粉煤灰40%(F40);同时成型不掺加掺合料的对比组，并在各组配合比中添加适当的聚羧酸系高性能外加剂，其掺量以坍落度达到180 mm±20 mm来调节，即成型 F0，F60，F40S20，F30S30，F40 五组配合比，配合比见表2。

表2 混凝土配合比

2 试验结果与讨论

2.1 混凝土抗压强度发展规律

根据表2配合比制作混凝土试件，在室温环境下(20℃±3℃)覆盖养护1 d后拆模，然后置于标准养护室(20℃±2℃，RH＞95%)进行养护，直至规定龄期，按GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法测试混凝土抗压强度，试验结果如表3所示，抗压强度变化规律如图1所示。从图1可以看出，除对比组F0的28 d抗压强度较高外，F60，F40S20，F30S30，F40四组的28 d抗压强度在42 MPa～51 MPa之间，对比组早期强度发展较快，60 d已趋于稳定，大掺量矿物掺合料各组早期强度发展较慢，后期强度能持续发展，120 d后才趋于稳定。

表3 混凝土抗压强度试验结果 MPa

由于粉煤灰、矿渣属于火山灰活性矿物掺合料，其活性发挥需要水泥水化所产生的碱性物质Ca(OH)2激发，因此水泥在胶凝材料中比例决定混凝土强度发展，水泥所占比例越高，早期强度发展越快，强度值越高。因此，F40组混凝土各龄期强度均高于F60，F30S30，F40S20。对比矿物掺合料总量为60%的各组配合比时，由于所用粉煤灰性能较优，F30S30和F40S20在各龄期的力学性能均相近。与F60相比，两者在90 d龄期前的抗压强度均高于F60，但到120 d龄期时，各组混凝土强度均相近。因此承台混凝土粉煤灰掺量可为30%～40%。

2.2 混凝土抗折强度和静载弹性模量

根据表2配合比制作混凝土试件，在室温环境下(20℃ ±3℃)覆盖养护1 d后拆模，然后置于标准养护室(20℃ ±2℃，RH＞95%)进行养护，测试混凝土的28 d，90 d抗折强度和弹性模量，实验结果如表4所示。

表4 混凝土抗折强度和弹性模量

从表4可以看出，大掺量粉煤灰的混凝土抗折强度从28 d到90 d约有10%～30%的增长，双掺组F40S20和F30S30的抗折强度均高于单掺粉煤灰的F60组，说明磨细矿渣的掺入提高了混凝土抗折性能。从28 d到90 d龄期，除F0组外，其他各组大掺量矿物掺合料的混凝土弹性模量均有10%左右的增长。

3 结语

根据崇启大桥所处实际环境，综合考虑原材料对混凝土结构耐久性影响，考虑耐久性设计要求与控制方法，最终确定配合比;通过试验研究的方法研究各配比混凝土基本性能，力学性能的发展与变化规律，研究并探讨了不同配合比，不同材料组成的混凝土性能差异。试验结果表明，F40组混凝土各龄期强度均高于F60，F30S30，F40S20。混凝土粉煤灰最佳掺量为30%～40%。磨细矿渣的掺入提高了混凝土抗折性能。

[1] 陈肇元.混凝土耐久性设计与施工指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.

[2] 唐明述.提高混凝土耐久性对节省资源、能源，保护环境意义重大(上)[J].科学中国人，1999(4):14-16.

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[4] ASCE.Report card for American’s infrastructure.2005 cited;A-vailable from:http://www.asce.org/reportcard/2005/index2005.cfm.

[5] 陈 驹.氯离子侵蚀作用下混凝土构件的耐久性[D].杭州:浙江大学建筑工程学院硕士学位论文，2002:72.

[6] 唐明述.节能减排工作应重视提高基建工程寿命[J].中国水泥，2007(5):24-28.

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