邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究

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发布时间：2021-09-03

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邢汾高速公路桥梁高性能混凝土应用研究
李享涛，仲新华，赵文忠，王丙兴，裘智辉，李连吉
(1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；
2．河北省高速公路邢汾筹建处，邢台054000)
摘要：邢汾高速公路沼水大桥为工程背景，采用紧密堆积模型对C50高性能混凝土进行配合比设计，通过
试验验证了混凝土性能，并采用透水模板布对混凝土表面进行了强化处理。试验结果表明，双掺粉煤灰与矿渣粉是
配制低渗透性混凝土的经济、有效途径，矿物掺合料的较佳掺量为30％~40％；采用紧密堆积模型可使常用胶凝材料
用量降低20kg／m3左右；采用透水模板布后混凝土结构外观无气孔、砂线等缺陷，表层混凝土氯离子扩散系数显著
降低，仅为使用钢模板的表层混凝土的14％。
关键词：高性能混凝土；耐久性；紧密堆积；透水模板布
Abstract：Taking Mingshui Bridge of Xingtai—Fenyang highway as the engineering background，the mix proportion of
C50 h J gh performance concrete (HPC)is designed using closely packed model，which is proved by lab experiments．In ad—
dition，the controlled permeab ility formwork liner is used for strengthening the concrete surface treatment．The results indi—
care that adding fly ash with slag powder is an economic and effective way to prepare low perm eable concrete，and the op—
timized contents of the composites ranges from 30％ to 40％．The closely packed model can reduce the content of cemen．
titious material about 20kg／rrd．With the controlled permeability formwork liner,there is no visible defects (i．e．cavity or
sand line)on the surface of concrete structure，and the chloride ion diffusion coeficient of surface layer concrete is signifi—
candy reduced，namely o4 14％of that using steel formwork．
Key words：High performance concrete；Durability；Close packing；Controlled perm eability formwork liner(CPFL)
中图分类号：TU528．2 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2013)04一O1—04
0 前言
随着经济的快速发展，对交通运输的需求越来
越高，公路桥梁作为基础设施的“咽喉”工程，在公
路运输系统中发挥着至关重要的作用。在荷载作用
和化学侵蚀、冻融、氯盐等恶劣环境下，桥梁混凝土
常因耐久性不足而出现开裂、剥离、剥落、钢筋外露
等病害，严重时在施工完成几年内就已出现，混凝
土的过早劣化不仅影响其使用功能，还会影响结构
物的安全。因此，提高桥梁混凝土耐久性对延长桥
梁混凝土结构的使用寿命、减少后期维修成本具有
重要的意义。
邢汾高速公路沼水特大桥位于河北邢台沙河
境内，该桥孔跨布置为3x4m+(80m+3x150m+80m)+
2~40m，桥梁全长为818m，其中主桥(80m+3x150m+
80m)=610m为变截面预应力混凝土连续刚构，引桥
为40m预应力混凝土T梁，先简支后结构连续。引
桥1、2、9号桥墩采用柱式墩，主桥过渡墩3、8号桥
墩采用空心薄壁墩，主桥4、7号桥墩采用双肢实心
墩，5、6号桥墩采用双肢空心薄壁墩，桥墩基础均采
用桩基础；0、1O号台采用U型桥台，扩大基础。该桥
主跨150m，最大墩高达105m，桥宽布置为13．13m
(行车道)+2x0．5m(防撞护栏)，属于大跨高墩结构。
本文以沼水大桥主墩C50混凝土为研究对象，
从实现混凝土“内实外强”出发，研究了基于紧密堆
积的高性能混凝土配制技术，对于耐久性重要的主
墩部位，采用透水模板布对混凝土结构表层进行强
化，并在工程中开展应用。
1 试验
1．1 原材料．
水泥为邯郸P·0 42．5级水泥，比表面积为
329m2／kg；粉煤灰为河北产I级粉煤灰，细度为
9．0％，烧失量为1．9％；磨细矿渣粉为邢台产$95级
矿渣粉，比表面积为417mE／kg；水泥及矿物掺合料的
粒度分布见图1；细骨料为河北内丘马河砂，细度模
数为2．8，含泥量为1．6％，表观密度为2620k~m ；粗
骨料为河北邢台产5-20mm两级配碎石，含泥量为
0．2％，表观密度为2760k~m ；减水剂为山西产聚羧
酸高性能减水剂(PCA)，减水率为26．5％。结构混凝
一1 一
2013年第4期混凝土与水泥制品总第204期
0．01 0．1 l 10 100 1000 10000
颗粒直径／la,m
图1 水泥及矿物掺合料的粒度分布
土表面增强用模板布为杭州产的透水模板布。
1．2 试验方法
(1)常规性能
骨料的级配、紧密堆积空隙率按JTG E42—
2005(公路工程集料试验规程》进行试验，混凝土抗
压强度按GB 50081-2002(普通混凝土力学性能试
验方法标准》进行试验，混凝土早期收缩、电通量和
抗冻性按GB 50082-2009(普通混凝土长期性能和
耐久性能试验方法标准》进行试验。
(2)混凝土表面渗透性
制作钢模，在钢侧面的其中二面粘贴透水模板
布，其余二面作为对比，成型600mmx6OOmmx
600mm的混凝土试件；成型后3d拆模，覆盖洒水养
护14d，至规定龄期采用permit离子渗透仪测试混
凝土表面的渗透性[1]。混凝土表面氯离子扩散系数
按公式(1)计算：
_( )( )(哮) (1)
式中，为氯离子迁移系数，m2／s；T为稳态后外室
溶液的平均温度的绝对温度，K；R为通用气体常
数，8．31J／(K·mo1)；Z为离子的原子价(氯离子为
一1)；C为离子源溶液的浓度，0．55x103mol／m。；F为法
拉第常数(9．65x104C／mo1)；E为正负极间的电势差，
60V (或30 V，15V)；V为阳极电解液的体积，6，5x
10-4m ；上／A为流动长度与外部面积的比值，3．74m～。
2 试验结果与分析
2．1 C50高性能混凝土的配制
2．1．1 矿物掺合料的优掺
基准混凝土配合比为w(水泥)：w(水)：w(砂)：
w(碎石)：w(减水剂)=460：144：690：1126：4．6。在此
基础上，研究了矿物掺合料种类、掺量对混凝土电
一2 一
通量的影响，试验结果见图2、图3。
16oo
14oo
12o0
l。。。
罂800
60o
40o
20o
O
28 56
龄期，d
图2 矿物掺合料种类对混凝土电通量的影响
2500
2O0o
1500
昭
脚
100O
500
0
28 56
龄期，d
图3 矿物掺合料掺量对混凝土电通量的影响
图2中矿物掺合料的掺量为40％，由图可知，
28d龄期时单掺粉煤灰混凝土的电通量要高于单掺
矿渣粉混凝土，但56d龄期时低于单掺矿渣粉混凝
土；与单掺方式相比，双掺粉煤灰与矿渣粉时混凝
土电通量在28d、56d龄期均为最小。从图3可知，
28d、56d混凝土电通量均随双掺矿物掺合料掺量的
增大而减小，双掺40％掺合料时混凝土56d龄期电
通量仅为基准混凝土的34％。这主要是由于粉煤
灰、矿渣粉的掺入，使胶凝材料的级配得到改善，硬
化混凝土中毛细孔径更加细小，浆体的密实性大为
提高圈。同时，双掺后可使混凝土中水灰比增大，水
泥在早期处于更佳的水化环境，加之矿物掺合料后
期的“二次”反应，浆体中毛细孔径进一步细化，浆
体总孔隙率降低，从而使混凝土更为密实。
2．1．2 基于紧密堆积的颗粒级配优化
在最紧密堆积下骨料空隙率最小，即便采用较
低用量浆体仍能充满骨料空隙。因而，实现骨料的