高抗拉组合桥面混凝土试验研究与应用
d o i :10.3963/j
.i s s n .1674-6066.2024.02.011高抗拉组合桥面混凝土试验研究与应用
李 科1,2,3，刘建猛1,2,3，孙 武1,
2,3
(1.中交二航武汉港湾新材料有限公司，武汉430040;2.
中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，武汉430040;3.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉430040)摘 要: 为解决高抗拉组合桥面混凝土存在的钢纤维掺量高㊁
流动性差㊁经时损失大㊁泵送施工困难㊁早期强度低㊁易开裂等问题，试验通过原材料优选㊁配合比设计及优化，配制出流动性好㊁经时损失小㊁早期强度高㊁收缩率低的大掺量钢纤维混凝土，并将其应用于旧混凝土T 梁与新钢纤维混凝土铺装层依靠剪力钉组合而成的桥面结构㊂结果表明：钢纤维混凝土不仅流动性好㊁2h 经时损失小，且1d 抗压强度达35M P a 以上,28d 抗弯拉强度达7M P a 以上,
28d 干燥收缩仅有258ˑ10-6,
混凝土铺装层无裂缝㊁孔洞㊁漏筋㊁蜂窝㊁麻面等外观缺陷，应用效果良好㊂关键词: 高抗拉; 组合桥面; 钢纤维混凝土; 泵送施工
R e s e a r c h &A p p l i c a t i o no nT B M E x t r u d e dC o n c r e t e i nL o n g a
n d L a r g eT u n n e l s a tH i g
hA l t i t u d e s L IK e 1,2,
3,L I UJ i a n -m e n g
1,2,
3
,S U N W u 1,2,
3(1.C C C CS H E C W u h a nH a r b o u rN e w M a t e r i a l sC o ,L t d ,W u h a n430040,C h i n a ;2.W u h a nH a r b o rE n g i n e e r i n g
D e s i g n &R e s e a r c h I n s t i t u t eC oL t d ,W u h a n430040,C h i n a ;3.H u b e iK e y L a b o r a
t o r y o
fA d v a n c e d M a t e r i a l s&R e i n f o r c e m e n tT e c h n o l o g y R
e s e a r c h
f o rM a r i n eE n v i r o n m e n t S t r u c t u r e s ,W u h a n430040,C h i n a )A b s t r a c t : I no r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m s o f h i
g
h t e n s
i l e c o m p o s i t e b r i d g e d e c k c o n c r e t e ,s u c ha s h i g h s t e e l f i b r e a d -m i x t u r e ,p o o r f l u i d i t y ,h i g h t i m e l o s s ,d i f f i c u l t p u m p i n g c o n s t r u c t i o n ,l o we a r l y s t r e n g t h ,e a s y
t o c r a c k ,e t c .,t h e t e s tw a s c a r r i e do u t t h r o u g h t h e s e l e c t i o n o f r a w m a t e r i a l s ,p r o p o r t i o nd e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n ,a n d a l a r g e a d m i x t u r e o f s t e e l f i -b r e c o n c r e t ew i t h g o o d f l u i d i t y ,l o wt i m e l o s s ,h i g h e a r l y s t r e n g t h a n d l o ws h
r i n k a g ew a s f o r m u l a t e d ,a n dw a s a p p l i e d t o t h eb r i d g e s t r u c t u r ec o n s i s t i n g o fo l dc o n c r e t eT -b e a m sa n dn e ws t e e l f i b r ec o n c r e t ed e c k i n g l a y e r .T h eb r i d g ed e c k s t r u c t u r ew h i c h r e l i e s o n t h e c o m b i n a t i o n o f s h e a r n a i l s .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e s t e e l f i b r e c o n c r e t e n o t o n l y h
a s g o o d f l u i d i t y a n d s m a l l 2ht i m e l o s s ,
b u ta l s oh a s1d
c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fm o r et h a n35M P a ,28df l e x u r a l t e n s i l e s t r e n g t ho fm o r e t h a n 7M P a ,28
d d r y i n g s h r i n k a g
e o
f o n l y 258ˑ10-6,a n d n o a p p e a r a n c e d e f e c t s o f c o n c r e t e d e c k s u c h a s c r a c k s ,h o l e s ,l e a k a
g e o f t e n d o n s ,
h o n e y c o m b ,p o c k m a r k e d s u r f a c e a n d s oo n ,w h
i c hh a s a g o o da p p
l i c a t i o ne f f e c t .K e y w
o r d s : h i g h t e n s i l e ; c o m b i n e db r i d g e d e c k ; s t e e l f i b r e c o n c r e t e ; p u m p i n g c o n s t r u c t i o n 收稿日期:2024-02-26.
作者简介：李 科(1988-)，助理工程师.E -m a i l :343415338@q q
.c o m 20世纪80年代初,
我国公路桥梁建设飞速发展，桥梁数量急剧增加[1]
㊂近些年，随着交通量的爆炸式增长，桥面铺装层受支座顶面负弯矩影响和车辆载荷反复作用产生大量横向开裂，且一般桥梁运营七八年后
铺装层横向开裂情况已经较为严重[2]㊂另外，车辆载荷产生冲击也会导致铺装层啃边和混凝土破损[
3]
㊂混凝土开裂破损后，雨水等侵蚀会使得桥面铺装层结构内钢筋锈蚀，最终使得铺装层整体破坏失效，严重影响
行车安全[
4
]㊂钢纤维混凝土是力学性能优良㊁应用范围广泛的新型水泥基复合材料[
5
]㊂由于钢纤维的掺入能有效阻止混凝土内部微裂纹的开展，从而使其抗拉㊁抗剪㊁抗弯㊁抗冲击强度等相对于普通混凝土有显著提高，其抗
疲劳性㊁开裂后韧性以及耐久性也有大幅改善[6]
㊂正因如此，国内外对钢纤维混凝土的力学和结构性能做了
大量的研究，并将其广泛应用于公路㊁桥梁㊁隧道㊁大坝㊁海洋㊁建筑和耐火结构等工程[
7-10
]㊂5
4建材世界                  2024年 第45卷 第2期
由于钢纤维混凝土代替普通混凝土应用于组合桥面的铺装层，不仅能大幅提升铺装层在支座顶面负弯矩区的极限受拉性能，且能提升其在车辆反复载荷和冲击下结构变形和抗开裂的性能，最终能大幅提升桥面铺装层的耐久性和使用寿命㊂因此，论文以鹤洞大桥(东西引桥)大中修工程为依托，分析工程特点㊁施工条件和实际工况，通过原材料优选㊁配合比设计及优化，配制出流动性好㊁经时损失小㊁早期强度高㊁收缩率低的大掺量钢纤维混凝土，并应用于桥面铺装层，取得了良好应用效果㊂
1原材料选择
1.1胶凝材料
1)水泥：考虑到鹤洞大桥地处广州市海珠区繁华地段，交通压力大㊁工期紧，要求混凝土早期强度增长快，因此优选使用华润水泥(平南)有限公司产的PⅡ42.5R水泥;2)粉煤灰：广西弘宇产的C类Ⅱ级粉煤灰;
3)矿粉：广州长亭产的S95级矿粉㊂各胶凝材料的主要特性见表1~表3㊂
表1水泥的主要特性
比表面积/ (m2㊃g-1)
密度/
(k g㊃m-3)
标准稠度
用水量/%
凝结时间/m i n
初凝终凝
抗压强度/M P a
3d28d
抗折强度/M P a
3d28d
394307023.114019533.753.66.59.1
表2粉煤灰的主要特性
密度/(k g㊃m-3)细度/%需水量比/%烧失量/%三氧化硫/%含水量/%游离氧化钙含量/% 220018.01024.21.50.21.3
表3矿粉的主要特性
密度/ (k g㊃m-3)
比表面积/
(m2㊃k g-1)
流动度
比/%
初凝时间
比/%
含水
量/%
三氧化硫
含量/%
烧失
量/%
活性指数%
7d28d
30504601041100.41.90.682101
1.2集料
粗集料：考虑到桥面铺装层中横向钢筋间距为8c m，纵向钢筋间距为10c m，且局部为双层钢筋网布置，
钢筋较为密集，对混凝土的振捣填充性要求高，因此优选使用肇庆长顺产的5~16mm连续级配碎石；细集料：广州有创产的河砂，属Ⅱ区中砂；集料的主要特性见表4㊁表5㊂
表4粗集料的主要特性
表观密度/(k g㊃m-3)堆积密度/(k g㊃m-3)含泥量/%泥块含量/%针片状颗粒含量/%压碎值/% 268015000.30.13.05.5
表5细集料的主要特性
表观密度/(k g㊃m-3)堆积密度/(k g㊃m-3)细度模数含泥量/%泥块含量/%氯离子含量/% 260014802.60.60.20.003
1.3功能材料
1)减水剂：广州长兴产的缓凝型聚羧酸系减水剂，其主要特性见表6;2)钢纤维：上海园湖产的钢锭铣削型钢纤维，长度35mm，长径比34.3，抗拉强度ȡ700M P a㊂
表6减水剂的主要特性
密度/
(g㊃c m-3)p H值含固
量/%
减水
率/%
凝结时间
差/m i n
氯离子
含量/%
总碱
量/%
抗压强度比%
7d28d
1.0304.811.526.01400.021.0150135
2配合比设计
2.1设计思路
广州鹤洞大桥E㊁W线引桥桥面铺装层的维修加固设计采用修复桥面混凝土结构层，示意图见图1㊂由64
建材世界2024年第45卷第2期
图1可以看出，新的铺装层与旧的混凝土T梁通过栓钉连接共同受力形成组合桥面结构
㊂
组合桥面结构中铺装层C F50钢纤维混凝土的设计指标要求如表7所示，其中设计文件规定了钢纤维的掺量为100k g/m3㊂
表7钢纤维混凝土设计指标要求
编号指标项目指标要求试验方法
1初始坍落度/mmȡ200
22h坍落度/mmȡ180G B/T50080 2016
31d抗压强度/M P aȡ35 428d抗压强度/M P aȡ60 528d抗弯拉强度/M P aȡ7G B/T50081 2019
628d干燥收缩ɤ300ˑ10-6G B/T50082 2009为配制出满足设计和施工要求的钢纤维混凝土，在混凝土配合比设计时主要从以下几个方面考虑: 1)采用缓凝型聚羧酸系减水剂与早强型水泥(PⅡ42.5R水泥)协同作用，既减小了混凝土坍落度的经时损失，又保证了早期强度的增长㊂
2)大量钢纤维的掺入虽有利于提高混凝土抗收缩开裂的性能，能大大降低旧T梁混凝土对新钢纤维混凝
土铺装层的约束受拉开裂风险，但也会大大降低混凝土的工作性能，使其泵送施工困难，因此需适当提高混凝土中砂浆的比例，利用富余的砂浆包裹大掺量的钢纤维，提高混凝土的包裹性㊁粘聚性和流动性，从而满足施工要求㊂
3)由于桥面旧铺装层的凿除深度存在较大差异，局部深度较薄，极易出现开裂，而部分区域深度较深，需布置双层钢筋网，对混凝土的振捣填充性要求高，因此需要适当调整水泥㊁粉煤灰和矿粉的比例，既保证早期强度符合设计要求，又避免水化速度过快，混凝土收缩开裂，同时也兼顾较好的工作性能㊂
2.2配合比设计
试验以‘普通混凝土配合比设计规程“(J G J55 2011)和‘钢纤维混凝土“(J G/T472 2015)作为高抗拉组合桥面用C F50钢纤维混凝土配合比的设计依据，经理论计算与试配研究，选取如表8所示的C F50钢纤维混凝土基准配合比㊂
表8基准配合比
材料名称
水泥/
(k g㊃m-3)
粉煤灰/
(k g㊃m-3)
矿粉/
(k g㊃m-3)
碎石/
(k g㊃m-3)
砂/
(k g㊃m-3)
钢纤维/
(k g㊃m-3)
水/
(k g㊃m-3)
减水
剂/%
材料用量38566999457131001652.0
3钢纤维混凝土的配制
试验在基准配合比的基础上分别研究了水胶比㊁砂率㊁胶凝材料组分比例对混凝土工作性能㊁力学性能和干缩性能的影响，具体试验配合比如表9所示㊂
74建材世界2024年第45卷第2期
表9试验配合比
组别
水泥/
(k g㊃m-3)
粉煤灰/
(k g㊃m-3)
矿粉/
(k g㊃m-3)
碎石/
(k g㊃m-3)
砂/
(k g㊃m-3)
钢纤维/
(k g㊃m-3)
水/
韧性有什么用
(k g㊃m-3)
减水
剂/%
G136162939457471651002.0
G237264969457311651002.0
G338566999457131651002.0
G4397681029456961651002.0
G5412711069456741651002.0
G6385669910116471651002.0
G738566999786801651002.0
G838566999127461651002.0
G938566998797791651002.0 G10330831379457131651002.0 G11358831109457131651002.0 G1241255839457131651002.0 G1344055559457131651002.0 3.1水胶比对混凝土性能的影响
图2为水胶比对混凝土工作性能㊁强度和干缩性能的影响㊂从图2中可以看出，水胶比增大，混凝土初始坍落度增加，坍落度2h经时损失也均在20~25mm之间变化，说明水胶比变化对混凝土的坍落度保持影响不大，而对初始坍落度影响较大；而水胶比从0.28增至0.32,1d和28d抗压强度以及28d抗弯拉强度分别降低了17.8%㊁17.5%和17.6%,28d干燥收缩则增加了18.7%，说明水胶比变化对强度的影响幅度基本相同，且水胶比增加，混凝土干缩增大，但由于大量钢纤维的掺入抑制了混凝土的收缩，因此各试验组的28d干燥收缩仍然符合设计指标要求㊂最终，兼顾现场实际施工性能和经济性考虑，宜优选水胶比为0.30㊂
3.2砂率对混凝土性能的影响
图3为砂率对混凝土工作性能㊁强度和干缩性能的影响㊂从图3中可以看出，砂率从39%~47%每增加2%，混凝土初始坍落度也逐渐增加，但增加幅度从20~5mm逐渐减小；同时，砂率从41%增至47%，混凝土初始坍落度均满足设计指标要求，但坍落度2h经时损失则从20~30mm逐步增大，当且仅当砂率为43%时，混凝土初始坍落度较大且经时损失最小㊂此外，随着砂率增加,1d和28d抗压强度以及28d抗弯拉强度分别降低了34.0%㊁26.0%和23.9%,28d干燥收缩则增加了45.8%，说明砂率变化对混凝土的强度影响较大，且对早期强度影响大于后期强度；同时，砂率增加也会大幅增加混凝土的干燥收缩，当砂率增至47%时，其28d干燥收缩已超过设计指标要求；因此，宜优选砂率为43%㊂
84
3.3胶凝材料组分比例对混凝土性能的影响
图4为胶凝材料组分比例对混凝土工作性能㊁强度和干缩性能的影响㊂从图4中可以看出，随着胶凝材料中水泥占比的增加和粉煤灰占比的降低，混凝土的初始坍落度逐渐降低，且坍落度2h经时损失也在15~ 30mm之间逐渐增大，这也体现了粉煤灰的 滚珠 与填充作用㊂与此同时,1d和28d抗压强度以及28d 抗弯拉强度分别增大了25.3%㊁21.4%和25.4%，但28d干燥收缩则增大了50.5%，说明水泥占比的增大虽有利于提高混凝土强度，但其干燥收缩会大幅增加，不利于混凝土抗裂性能提升㊂因此，兼顾现场实际施
工性能和经济性考虑，优选G3组为最佳胶凝材料组分比例，即水泥㊁粉煤灰㊁矿粉的占比分别为70%㊁12%和18%㊂
综上，考虑C F50钢纤维混凝土的工作性能㊁力学性能和干缩性能以及现场施工性能和经济性，确定其最终配合比为表8中G3组，并测得其各项性能如表10所示㊂从表10中可以看出，检测结果均符合设计和施工要求㊂
表10钢纤维混凝土性能检测结果
编号检测项目检测结果
1初始坍落度/mm220
22h坍落度/mm200
31d抗压强度/M P a38.7
428d抗压强度/M P a81.9
528d抗弯拉强度/M P a8.3
628d干燥收缩/10-6258
4工程应用
广州鹤洞大桥E㊁W线引桥原桥面铺装层凿除完成后进行栓钉植筋㊁钢筋网绑扎和模板安装，新铺装层采用左右分幅㊁分段进行C F50钢纤维混凝土的泵送浇筑施工，其中混凝土配合比为表8中G3组，具体施工过程及成型外观如图5所示㊂从图5中可以看出，铺装层无明显裂缝㊁蜂窝㊁麻面㊁空洞㊁砂眼等缺陷，外观质量良好㊂说明试验配制的C F50钢纤维混凝土工作性能好㊁振捣自充填性高，抗收缩开裂性能佳，适用于旧T梁与新钢纤维混凝土铺装层的高抗拉组合桥面结构㊂
94

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。