大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土试设计及实际应用研究

　　随着社会持续健康发展，高强大体积混凝土被大范围的应用于超高层基础底板及桥梁结构。高强大体积混凝土不仅需要满足强度的标准，还须考虑控制混凝土的内外温差，降低水化热，防止因温差过大导致混凝土开裂。高强大体积混凝土，尤其是强度超过C50的混凝土，裂缝问题出现频率较高，故解决混凝土开裂问题是目前抗裂研究工作的重点。

　　当前，混凝土温度应力导致的体积收缩是高强大体积混凝土开裂的根本原因。关于高强大体积混凝土的温控与抗裂，陈建大在C70铁路混凝土工程中采用加入矿物掺合料与化学外加剂的方法解决了高强大体积混凝土水化温升过大的难题，对裂缝进行了有效的控制；薛飞等采用聚羧酸减水剂进行大体积混凝土水化热的控制，取得了较好的控制效果；朱云升等分析了粉煤灰掺量、水泥混凝土浇筑温度及保温措施对桥梁承台大体积混凝土水化热的特性研究，根据结果得出粉煤灰可以大大降低混凝土的水化热，中心最高温度可降低10℃以上。

　　上述文献研究表明，矿物掺合料与化学外加剂可降低混凝土的水化热，且采用外保温措施可以减缓混凝土降温速率，提高混凝土抗裂性能。但高强大体积混凝土工程实际不同，施工环境也存在一定的差异，因此针对高强大体积混凝土仍须做试验研究，以满足工程需求。本文拟对大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土试验设计及实际应用加以研究，通过原材料选择与配比设计，对胶凝材料体系进行水化特性研究并进行混凝土的性能测试，最终确定一种满足该工程建设项目的C50大体积混凝土配合比，使混凝土在工程中得到良好的应用。

　　选择大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土原材料时，须依据工程对混凝土的需求选择有利于混凝土裂缝控制及表观质量控制的原材料，即水化热较低的水泥、后期活性较好的矿物掺合料（矿渣粉和粉煤灰）、连续级配的骨料及合适的外加剂，同时对原材料进行分仓管理，避免混仓。

　　（1）水泥。选择产自铜陵海螺水泥厂的P·O42.5水泥，其物理和力学性能指标如表1所示。

　　（2）矿渣粉。在混凝土中掺入矿渣粉，能够更好的降低水化热。选择S95级矿渣粉，其活性相比来说较高，掺入混凝土可以有效提升后期混凝土强度。矿渣粉检测指标如表2所示。

　　（3）粉煤灰。选择F类域级粉煤灰，因为掺入F类域级粉煤灰能显著提升混凝土的工作性能，同时也能降低水化热，进而提高混凝土耐久性。粉煤灰检测指标如表3所示。

　　（4）细骨料。选择级配良好的机制砂（花岗岩中砂）作为细骨料，因为合理的级配可以在满足流动性的前提下有实际效果的减少胶凝材料的用量，来提升混凝土体积的稳定性，并减少裂缝的产生。机制砂检测指标如表4所示，级配曲线所示。

　　（5）粗骨料。骨料的体积含量与体积稳定性有关，且骨料体积含量的提高有助于提升混凝土的体积稳定性，故采用5耀25mm连续级配凝灰岩碎石可以更大程度地增加骨料用量。碎石检测指标如表5所示，级配曲线所示。

　　（6）外加剂。外加剂要选择既能够很好的满足减水要求又具备良好保坍能力的聚羧酸高性能减水剂，因此选择Point-350HS聚羧酸高性能减水剂。聚羧酸高性能减水剂性能指标如表6所示。

　　根据配比设计标准及大体积混凝土配比需要注意的几点进行大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土配比初步设计。配比初步设计如表7所示。

　　试验根据上述配比中的胶凝材料体系进行大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土胶凝材料体系水化热测定，其试验结果如图3所示。图3中1，2#～～C50-3配比。

　　由图3可知，当胶凝材料中加入矿粉与粉煤灰后，水化放热量明显降低。掺入20%的矿粉与20%粉煤灰后混凝土3d、7d的放热量分别降低了51.5%、26.9%，同时水化速率明显减缓。当胶凝材料体系中加入30%的矿粉与15%的粉煤灰后，由于矿物掺合料总量的增加，前期水化速率降低，但更多的矿粉活性在碱性条件下被激发，开始消耗水泥初期水化产生的Ca（OH）2，导致水泥水化速率增加。胶凝材料体系水化速率增加现象一般发生在36h左右，且水化放热量在48h时超过了2。当胶凝材料体系中掺入15%的矿粉与30%的粉煤灰后，水化速率及水化放热量均降低，相较于相同矿物掺合料用量下的3，3d、7d水化放热量分别降低了23.3%、14.7%。

　　据上所述，设计大体积混凝土配比时，掺入胶凝材料体系能够降低混凝土水化热，且掺入粉煤灰的效果要优于矿粉。

　　试验根据上述配比进行大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土工作性能测试，其拌合物性能测试结果如表8所示，拌合物状态如图4所示。

　　由表8可知，不同胶凝材料体系的混凝土在高性能聚羧酸减水剂的作用下展现出良好的流动性，且2h工作性能保持稳定，证明保坍效果良好，可用于混凝土的运输和施工。混凝土胶凝材料体系中增加矿粉与粉煤灰用量时均会导致混凝土流动性的增加，但矿粉的掺量增加在提升混凝土流动性的同时增加了混凝土的塑性黏度，进而导致排空时间延长，这一现象对混凝土的泵送不利；当混凝土胶凝材料体系中掺入更多的粉煤灰后，混凝土工作性能提升，且在增加流动性的同时塑性黏度有所降低，这对泵送施工有利。

　　根据上述配比进行大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土力学性能测试，其抗住压力的强度随龄期变化的关系曲线所示。

　　从力学性能分析三组混凝土配比，其28d抗住压力的强度均达到设计强度的100%，且具有较高的富余系数。从混凝土抗压强度随龄期变化的关系曲线上看，矿物掺合料相对较少的C50-1配比前期具有较高的抗压强度，而后期强度发展相对较缓；掺入30%矿粉与15%粉煤灰的C50-2配比前期由于水化反应被抑制，其抗压强度受到一定影响，后期矿粉在碱性激发的作用下开始水化，7d强度逐渐超过C50-1；掺入30%粉煤灰与15%矿粉的C50-3前期强度最低，后期矿物掺合料逐渐水化，混凝土强度缓慢增长，但28d以后强度仍有较大的增长空间。

　　根据上述试验研究可知，C50-3配比可满足大型桥梁墩柱高强大体积混凝土工作性能要求，并在聚羧酸高性能减水剂作用下能够很好的满足保坍时间的要求，同时该配比水化反应较为平稳，抗压强度随时间稳固发展，因此选用C50-3作为生产配比。

　　嘉兴开禧大桥项目桥面设计为双向6车道，其竖向受力构件作为桥梁工程中不可或缺的支撑结构，承担着桥梁上部结构的重量，并将其荷载有效传递至地基。竖向受力构件根据位置的不同分为桥台与桥墩。桥台位于桥梁的两端，不仅支撑着桥梁，还与路基相连，发挥着挡土的及其重要的作用；桥墩则坐落于两桥台之间，为桥梁提供稳定的支撑。桥台与桥墩均采用C50高强大体积混凝土进行设计，对混凝土强度要求高，且对混凝土工作性能有较高的要求，需要确保混凝土不离析、不泌水，浇筑与成型质量良好，同时需要注重水化热控制及后期养护。

　　在桥梁建设中，墩柱作为支撑桥梁上部结构的核心部件，其施工工艺的精细程度直接影响桥梁的整体质量和安全。因此，在C50高强大体积混凝土应用过程中需要遵循严谨的工艺流程。

　　混凝土生产前有必要进行模板的安装，确保墩柱的形状尺寸满足设计的基本要求后进行钢筋的绑扎，待钢筋工程验收合格后根据施工现场计划单进行混凝土生产。混凝土生产时采用自动化称量设备按设定的配比进行称量计算，其误差不宜超过±0.5%。混凝土通过机械投入强制式搅拌机进行搅拌，整个搅拌过程的时长应≥120s，且搅拌完成后进行成型并制作抗住压力的强度试块。

　　混凝土浇筑过程中须进行充分振捣，并根据图纸上施工的点位逐步进行，不过振也不欠振，直至混凝土密实成型。浇筑完成后须进行养护，待混凝土里表温差降至25℃以内，表面与大气温差降至20℃以内方可拆模。拆模后仍须进行不少于14d的保温养护，避免温度降低速率过大导致产生混凝土裂缝。

　　应用C50高强大体积混凝土达到了良好的效果。图6为墩柱混凝土浇筑后的水化热温升曲线，能够准确的看出，混凝土的绝热温升约50℃。混凝土根据降温信息于7d后拆模，拆模后混凝土无明显裂缝，表观色泽良好且平整度优异。

　　（1）制备性能优异的大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土要选择良好的原材料，其中选择连续级配且强度良好的骨料是制备高性能混凝土的基础。

　　（2）掺入矿物掺合料能够降低大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土水化放热量，且掺入粉煤灰的效果更佳。

　　（3）制备大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土时采用高性能聚羧酸减水剂能够同时满足工作性能及保坍性能的要求。

　　（4）掺入15%矿粉与30%粉煤灰的大型桥梁墩柱C50高强大体积混凝土能够很好的满足力学性能与工作性能要求，且水化热满足大体积混凝土施工要求。返回搜狐，查看更加多