杨 松
（保山市交通规划设计院，云南，保山，678000）
【摘 要】云南地处云贵高原西部，大部分属横断山脉的延伸，山脉、河流纵列相间分布，地势起伏大，形成复杂的地理环境，地理位置特殊，地形地貌复杂，所以气候也很复杂，昼夜温差大。因此，在高山峡谷间修建连续钢构桥梁，墩身较高，有的高达上百米，甚至几百米，混凝土体积大，因此温度裂缝的控制是桥梁施工难点，对高性能混凝土可泵性的要求也较高。因此，本文通过开展高性能混凝土配合比正交试验，提出了一套以抗裂性、耐久性及可泵性为核心的山区高泵送高性能混凝土配合比设计方法。
【关键词】山区钢构桥梁；高泵送；高性能混凝土；试验研究
引言
随着西部大开发战略的实施，我国高等级公路建设快速进入山区，跨越深沟峡谷能力强的大跨径预应力混凝土连续刚构桥得到了广泛推广。由于大部分跨越的深沟峡谷多为V型峡谷，立体气候明显，昼夜温差大，桥梁柱墩墩身较高，所需混凝土体积大，因此对桥梁墩顶、承台及首节墩身等大体积混凝土的早期体积稳定性、温度裂缝控制及耐久性要求较高。另一方面，对高标号（C50或C55）、高性能混凝土的可泵性（在泵压下沿输送管道流动的难易程度及稳定程度要求的特性）要求较高。为配制出符合要求的C55高性能混凝土，本文开展了不同配合比的制备试验，针对高性能混凝土的工作性能、力学特性、抗裂性及耐久性进行了系统试验研究。
1、C55高泵送高性能混凝土配合比设计
1.1高性能混凝土的配合比设计原则
根据云南山区大桥所处环境，混凝土结构的耐久性除虑淡水腐蚀，还要考虑冻融损伤对耐久性的影响；对于墩顶、承台及首节墩身等大体积混凝土而言，还要控制混凝土的绝热温升以避免温度裂缝和收缩裂缝。另外，混凝土还必须具备良好的工作性能，其和易性、坍落度、坍落度经时损失均需满足施工要求，以保证其施工质量[1]。因此，本文提出以下设计原则：（1）通过优化混凝土中各组成部分的比例，以较低的水泥用量达到设计强度的要求；（2）混凝土的和易性、坍落度及扩展度、坍落度经时损失、泵送性需满足施工要求，以保证施工的顺利进行；（3）考虑施工的便利性，尽量减少混凝土的组分；（4）掺加优质粉煤灰和采用级配良好的小粒径碎石，提高混凝土密实性，保证其具有良好的抗渗性、抗氯离子扩散能力、抗冻融能力；（5）采用优质高效减水剂，提高混凝土的和易性和施工性能；（6）采用优质引气剂保证混凝土含气量和气泡间距，提高其抗冻融能力。
1.2 原材料的选取
根据工程对高性能混凝土的要求与配合比设计原则，对水泥、碎石、砂、粉煤灰及外加剂进行分析与选择。选定原材料的主要技术指标如表1所示。
表1 P.O 42.5普通硅酸盐水泥技术指标
1.3材料用量的确定
混凝土配制：根据混凝土配制强度计算式 计算，本工程C55高性能混凝土强度标准差选择6.0MPa，配制强度为64.9 MPa。
水胶比：水胶比选择范围为0.28~0.32，试配时水胶比的间距选为0.01~0.02。
胶凝材料用量：为避免或减少混凝土温度裂缝和收缩裂缝，需要减少P.O42.5普通硅酸盐水泥用量，因此胶凝材料的总用量不宜超过500kg/m3。
砂率：泵送大流动性高强混凝土的砂率应适当增大，宜为35%~40%。
粉煤灰掺加量：对暴露于空气中的桥梁结构，粉煤灰掺量不大于20%。
高效减水剂掺量：高效减水剂品种、掺量、坍落度及用水量等通过试验确定。
1.4混凝土配合比正交试验
考虑水胶比、水泥用量、粉煤灰用量、砂率等4个因素，对混凝土配合比进行4因素3水平的正交试验，需做9组试验 。混凝土配合比正交试验以7天强度和坍落度为考察指标。对于其他指标，如坍落度经时损失、常压泌水、压力泌水、初凝终凝时间、混凝土收缩量、氯离子扩散系数、抗冻标号、抗渗标号等指标，利用正交设计得出的配合比方案进行考核。
2、高泵送高性能混凝土工作性能和力学特性试验研究
2.1 混凝土工作性能试验
为保证混凝土具有良好的工作性能，保证混凝土泵送施工能够平顺进行，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30－2005）中的有关规定，分别对初选的混凝土配合比进行混凝土坍落度、扩展度及坍落度经时损失测定，结果表明3组混凝土配合比均满足施工要。
对初步选定的混凝土配合比进行混凝土常压泌水率、压力泌水率、土初凝时间、终凝时间测定，结果表明3组混凝土配合比均满足施工要。
2.2 混凝土力学特性试验
根据JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中试验方法，对初步确定的3组混凝土进行抗压强度试验[2]，试验结果见表2。
表2 混凝土试验结果表
试验结果表明3组混凝土配合比实测坍落度均在设计范围内，满足施工要求；实测含气量均在4%~5%之间，满足设计抗冻融混凝土含气量在4%~6%要求。
3、C55高性能混凝土抗裂性能试验研究
混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。高性能混凝土收缩一般和水泥用量、水灰比、养护环境等因素有关，水泥用量和水灰比越大，混凝土收缩量就越大[3]。本文以降低水泥用量和减小水灰比，制备高性能、低收缩的混凝土的目标，在满足设计和施工要求的前提下设计了C55混凝土的收缩试验。
对试验数据分析可知：C55高性能混凝土的收缩应变随龄期的延长而增加，在试验的前7d内，混凝土收缩应变显著增加，但幅度各不相同。龄期相同条件下，各配合比混凝土的收缩应变间的系为：A1基准混凝土>A2混凝土>A3混凝土；3组配比混凝土在前7天内产生的收缩应变占总应变值的61%～89%，这说明高性能混凝土初期失水速度减小可起到抑制其干燥收缩的作用。
4、C55高性能混凝土耐久性试验研究
本文从抗渗性、抗氯离子渗透、抗冻融三方面对混凝土的耐久性进行评价。
4.1 混凝土抗渗试验
由于混凝土表面的自由水内可溶有侵蚀性物质，因此混凝土的抗渗性直接影响混凝土结构的抗侵蚀性，同时也控制混凝土中受热或冰冻时水的移动，即抗冻性。本文按吉林省交通厅2006年制定的《公路工程抗冻设计与施工技术指南》所提出的试验方法开展混凝土抗渗试验，根据材料所能承受的最大静水压力将混凝土的抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12五个等级（对应表示试验过程中一组6个混凝土试件中至少有4个试件可在0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、0.1MPa、0.12MPa的静水压力下不渗水）。
4.2 混凝土抗氯离子渗透试验
氯离子的侵蚀是混凝土结构中钢筋发生锈蚀的重要原因，属于混凝土耐久性的重要问题。本文通过试验测试了混凝土的抗氯离子扩散系数与混凝土电通量两个指标，对高性能混凝土的抗氯离子渗透能力进行评价。
试验结果表明：3组配合比混凝土的抗氯离子扩散系数和电通量都满足设计要求，并且远远小于设计值，说明高性能混凝土有良好的抵抗氯离子渗透能力。
4.3 混凝土抗冻融试验
本文为评价混凝土的抗冻融性能，开展了混凝土的冻融循环为试验。试验通过动弹性模量和试件的质量损失两个指标评价混凝土的抗冻融性能，当相对动弹性模量下降到60%以下，或试件质量损失大于5%时，冻融循环试验结束。试验采用粉煤灰掺量为20%~35%，含气量在4%~5%之间，的混凝土进行抗冻性试验，每50次冻融循环后进行动弹模量的测定。
5、结语
云南山区地形险峻、昼夜温差大，修筑大跨进连续刚构桥时混凝土结构温度裂缝的控制是施工难点，同时还要保证高性能混凝土具有良好的工作性能。因此，本文开展了高性能混凝土配合比的正交试验，提出了以抗裂性、耐久性及可泵性为核心的山区高泵送高性能混凝土配合比设计方法。研究结果表明：
（1）通过建立混凝土中集料、水、胶凝材料各组分间的对应联系，提出了通过正交试验方法系统化设计高性能混凝土配合比的设计方法。（2）混凝土的施工工作性（和易性、坍落度、坍落度经时损失、扩展度、可泵性）是山区连续刚构桥大体积高性能混凝土配合比设计中需考虑的重要因素。
（3）采用优质高效的聚羧酸系减水剂可提高混凝土的和易性和施工性能，减小混凝土的早期收缩，实现高性能混凝土的低水胶比保证材料的强度与密实性，同时保持高性能混凝土的高流态进而保证施工时材料的密实质量，最终提高高性能混凝土的抗渗性、增加混凝土结构的耐久性。
参考文献：
[1]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999.
[2]周世华.水泥细度对砂浆稳定性的影响[J].水利水电技术, 2008(10):58—60.
[3]马保国,何永佳,吕林女.高性能混凝土配合比设计[J].武汉理工大学学报,2002,24 (7):14-17.
论文作者:杨松
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/14
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