公路橋梁高強輕質混凝土配合比研究

2020-12-11 建設工程教育網

　　摘   要：為了促進高強輕質混凝土（HSLC）在公路橋梁上的理論研究和實際應用，文章在總結有關資料的基礎上，對HSLC配製方法進行了全面系統的介紹和分析。針對預應力HSLC梁橋在施工配合比方面存在的一些實際問題進行了初步討論，提出了幾點改進措施。

　　關鍵詞：高強輕質混凝土；配合比

　　一、前  言

　　現代混凝土作為人造建築材料已有170多年的歷史。在生產實踐過程中，隨著技術水平的提高，為了解決普通混凝土質量大的缺點，人們逐漸開發出了混凝土的新品種一一輕質混凝土。1913年美國首先用迴旋窯燒制了頁巖陶粒，為輕質混凝土的發展邁出了可喜的第一步。由於輕質混凝土是一種比強度高，保溫耐火，抗震性能好，無鹼集料反應等新型混凝土，可廣泛應用在各種工業與民用建築等構築物上，具有很好的技術經濟價值，所以自上世紀60年代以來在世界各國獲得了長足的發展和應用，成為建築材料工業中發展最快的輕質高強的新型建築材料之一。

　　在輕質混凝土的發展初期，由於其強度較低且人們對其力學性質研究較少，使其應用的範圍有所局限。隨著研究的深入、高強輕集料即高強陶粒的問世。人們利用高強陶粒配製出了密度等級為1600～1900，強度等級在LC30以上的，廣泛用於結構的高強輕集料混凝土。它以優良的力學性能和潛在的好處，在世界各國，特別是在北歐等國被廣泛地應用於高層、超高層建築結構，大跨度橋梁和城市立交橋及海洋工程中。而在我國，由於對輕質高強混凝土的研究還不十分系統，其用於承重結構的還不多。

　　二、HSLC基本概念及優勢

　　1. 高強輕質混凝土的定義

　　高強輕質混凝土（High-Strength Light Weight Concrete，以下簡稱HSLC）是指利用高強輕粗集料（在我國通常稱它為高強陶粒）、普通砂、水泥和水配製而成的幹表觀密度不大於1950kg/m3，強度等級為LC30以上的結構用輕質混凝土。從HSLC的定義我們可以看出，它除了和普通混凝土一樣牽涉到粗、細集料、水泥和水以外，所不同的是還涉及到表觀密度（原稱容重）的最大限值和最小的強度等級限值。

　　2. HSLC在公路橋梁中的優勢

　　隨著科學技術的發展，橋梁逐漸向大跨度發展，這也使混凝土自重大的缺點更加突出，限制了橋梁跨度的進一步提高。HSLC以其高強、輕質的特點，顯然能夠克服普通混凝土無法克服的自重過大的缺陷，實現橋梁跨度的進一步提高。因此，在橋梁結構向大跨、重載、輕質、耐久方向發展的今天，HSLC當是今後橋梁建設上主要使用的材料之一。HSLC在橋梁工程中的優勢主要體現在以下幾個方面：

　　（1）減輕梁體自重，增大橋梁的跨越能力；

　　（2）減低梁高；

　　（3）提高橋梁的耐久性，延長橋梁的使用壽命；

　　（4）抗震能力好；

　　（5）降低工程造價。

　　三、HSLC配合比設計

　　HSLC配合比設計的任務在於確定能獲得預期性能而又最經濟的混凝土各組成材料的用量，它和普通混凝土配合比設計的目的是相同的，即在保證結構安全使用的前提下，力求達到便於施工和經濟節約的要求。由於HSLC所使用高強陶粒的特性，它還不能像普通混凝土那樣，用一個較公認的強度公式作為混凝土配合比設計的基礎。雖然，國內外都有不少研究者提出了各種各樣的強度公式，但都存在很大局限性，離實際應用還有很大差距。所以，現階段，主要還是通過參數的選擇和簡單經驗公式的計算，最終經過試驗的方法來確定各組分材料的用量。

　　1. 確定試配強度。根據我國《輕集料混凝土技術規程》（JGJ51-90）的規定，HSLC的試配強度可由公式確定。

　　其中，

　　———試配強度，MPa；

　　———設計強度，MPa；

　　——— HSLC強度的總體標準差，MPa.

　　2. 選擇水泥品種和標號

　　一般為325以上的矽酸鹽水泥或普通矽酸鹽水泥。

　　3. 選擇水泥用量

　　水泥用量是影響棍凝土強度及其它性能最主要的參數之一，對HSLC來說，水泥用量的選擇尤為重要，增加水泥用量固然可以使HSLC的強度提高，但也會使其密度增加。總的來講，HSLC的最大水泥用量不宜超過550kg/m3，當採用泵送施工時，最小水泥用量不宜少於350kg/m3.

　　4. 選擇高強陶粒

　　HSLC一般要選擇密度等級>700、筒壓強度>5.0MPa、強度標號>30MPa的圓球型高強陶粒，且其各項指標應滿足《輕骨料》GB/T17431.1有關要求的人造高強輕集料。

　　5. 選擇用水量和水灰比

　　HSLC的用水量和水灰比，分淨用水量和淨水灰比及總用水量和總水灰比，所謂淨用水量係指不包括高強陶粒1h吸水率在內的混凝土用水量，其相應的水灰比則為淨水灰比，在HSLC配合比設計中，一般用淨用水量和淨水灰比表示。HSLC的用水量（或水灰比）不僅對硬化混凝土的性能有很大影響，而且還直接影響拌合物的和易性。

　　6. 砂率的選擇

　　HSLC的砂率是以體積比來表示的，即以砂的體積與粗細集料總體積的百分比來表示的。砂率的提高，是HSLC文獻認為在一定的砂率範圍內：18%～60%強度提高的一個主要因素（但有關。砂率對HSLC的強度影響不大），且其彈性模量也有所提高。但隨著砂率的提高，HSLC的表觀密度也逐漸增加。當HSLC的強度等級為LC40-LC60，砂率為40%左右時，混凝土拌合物的和易性最好。

　　7. 粗細集料用量

　　它是指配製1m3HSLC所需的高強陶粒和普通砂的密實體積，可參考《輕集料混凝土技術規程》（JGJ51-90），用絕對體積法求出。

　　8. 摻和料等外加劑

　　由於HSLC的水泥用量與同強度等級的普通混凝土偏多，實踐證明，為減少水泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力學性能，在HSLC中加入適量的摻和劑，如矽灰、優質粉煤灰、磨細高爐礦碴、F礦粉等，可獲得很好的技術經濟效益。一般在配製LC50及以下的HSLC時，摻加粉煤灰即可，當配製LC50以上的HSLC則需摻加矽粉等。在使用摻合料的同時，必須使用高效減水劑，以減小用水量，降低水灰比。粉煤灰的摻加採用「超量取代法」，且在預應力HSLC中其取代水泥率不宜大於10%～15%，而對於矽粉的最大摻加量，根據ACI213委員會報告《矽粉用於混凝土》的觀點，「1kg矽粉可取代3～4kg水泥而不導致強度的降低。」

　　從目前的研究來看，改良HSLC的配合比，採用「雙摻」或「多摻」及複合摻加技術，即在加入高效減水劑的同時，根據混凝土性能的要求加入一種或幾種（複合化）超細活性礦物材料，並加大摻入的比例，可以大幅度提高拌合料的工作性能，並對其物理力學特性有較顯著的改善作用。

　　四、結  論

　　從本文可知，HSLC的施工條件要求較高，質量不容易控制。施工時必須對HSLC採用「雙摻」或「多摻」等方法進行改性，以提高拌合料的工作性能，保證HSLC的施工質量。另外，我國應加大高強陶粒的研究工作，儘快生產出高性能高強陶粒，從根本上改變HSLC的力學性能，為HSLC在公路橋梁上的廣泛使用鋪平道路。

　　參考文獻

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