松花江公路大桥结构混凝土耐久性试验.pdf
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1、桥 梁 建 设 2 O 1 1牛 第 5 文 章编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 O 1 1 ) 0 5 0 0 4 4 0 6 松花江公路大桥 结构 混凝土耐久性试 验 盖 青山 , 元成 方 , 宋战平 ( 1 中铁 十 三局 第 四工程 公 司, 黑 龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 0 8 ; 2 西 安建 筑科 技 大学土 木 工程 学院 , 陕 西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要 : 为 掌握松 花 江公路 大桥 结构 混 凝 土 的性 能退 化 规律 , 利 用该 桥 主要 构件 实 际施 工 时 的材 料及 配合 比制作 了一批 混凝 土试件 , 进
2、行耐 久性 试验 。试验 内容 包括 : 混凝 土碳 化 试验 、 冻 融 试验 、 冻 融损 伤影 响 下的 氯 离子渗 透试 验 、 碱 骨 料反 应 试验 。试验 结果 表 明 : 大桥 主要 构 件 混 凝 土 抗 压强度 均 达到 了设 计 强度 等级 ; 混凝 土碳 化深 度 受 混凝 土 强度 影 响 较 大且 受冻 融循 环 作 用 的 影 响较 为明显 ; 主桥 桥 墩和 引桥 桥墩 的 混凝 土试件 冻融损 伤 最 为 严 重 ; 与 水 冻破 坏相 比 , 除冰 盐 环 境 下混凝 土的冻融破坏更加严重 ; 冻融损伤对氯 离子渗透影响显著 ; 粗 骨料存在潜在碱 一硅 酸
3、反应危 害。 关键 词 :公路桥 ; 混凝 土 ; 碳 化 ; 冻 融 ; 氯 离子 渗透 ; 碱 骨料反 应 ; 耐 久性 ; 试验 中图 分类 号 :U4 4 6 1 文献 标志 码 :A Te s t i n g o f Du r a b i l i t y o f S t r u c t u r a l Co n c r e t e o f S o ng hu a Ri v e r Hi g hwa y Br i d g e G AI Q i n g s h a n , Y U A N C h e n g f a n g , S O NG Z h a n p i n g ( 1 r h
4、 e i t b En g i n e e r i n g Co ,l ad ,Ch i n a Ra i l wa y S h i s a n j U Ci v i l En g i n e e r i n g Gr o u p,Ha r b i n l 5 0 0 0 8,Ch i n a :Sc ho ol of Ci vi l En gi ne e r i n g,Xi a n Uni v e r s i t y of Ar c hi t e c t ur e a nd Fe c hno l o gy,Xi a n 71 0 05 5,Chi na) Ab s t r a c t :
5、I o ha v e a n un de r s t a nd i n g o f t he l aw o f p e r f o r m a nc e d e gr a d a t i on o f t h e s t r u c t u r a c on c r c I c o f So nghu a Ri ve r Hi g hwa y Br i dg e。a ba t c h o f c o nc r e t e s p e c i me ns we r e m a d e,u s i n g t he H I a l e r i a l s a nd mi x pr o po r t
6、 i o ni n g u s e d i n t he a c t ua c o ns t r u c t i o n o f c o nc r e t e of t he pr i n c i p a l c on 1 1 ) on e nt s of t he b r i d ge a nd t he d ur a bi l i t y of t he c on c r e t e wa s t e s t e d The t e s t i n g c ov e r e d a s pe c t s of h e ( ( n c r e t e c a r bo ni z a t i
7、on,f r e e z e a n d t ha w,c hl o r i n e i o n pe r m e a bi l i t y un de r d a ma g e of t he f r e e z e a i l d t l a w a nd a l s o t h e a l k a l i a gg r e ga t e r e a c t i o n Fh e r e s ul t s o f t h e t e s t i n g s ho w t h a t t h e c ompr e s s i v e s t r e ng t h of t he c o nc
8、 r e t e o f t h e c ompo ne nt s m e e t s t he d e s i g ne d s t r e ng t h,t he i nf l u e nc e s of t he c o nc r e t e s t r e ngt h a nd t h e f r e e z e a nd t ha w c y c l i ng o n t he c on c r e t e c a r b on i z a t i o n de pt h a r e g r e a t a nd o bv i o us Th e d a ma ge c a us e
9、 d b y t he f r e e z e a n d t h a w t o t he c o nc r e t e o f pi e r s o f t h e ma i i 1 b r i d ge a n d a p pr o a c h b r i dg e s i s t he wo r s t As c o m p a r e d t o t he da ma ge c a u s e d b y wa t e r f r e e z e,t he da ma g e c a u s e d b y t he f r e e z e a n d t ha w i n t he
10、 d e i c i n g s a l t e nv i r o nme n t i s e v e n wor s t i he i nf l u e n c e o f t he d a ma ge o f t he f r e e z e a nd t ha w on t h e c hl o r i n e i on p e r me a bi l i t y i s o bv i ou s a n d t he ( O a r s c a ggr e ga t e s ha v e po t e nt i a l ha z a r d o f a l ka l i s i l i
11、c a r e a c t i o n Ke y wo r d s:hi ghwa y br i d ge;c on c r e t e;c a r b on a t i o n;f r e e z e a nd t ha w ;c hl or i n e i o n p e r m e a bi l i t y;a l k al i a g gr e ga t e r e a c t i on;du r a bi l i t y;t e s t i ng 收 稿 日期 基 金 项 目 作 者 简 介 程 硕f :2 ( ) l 0 】 0 2 l :国家杰 出青 年科学 基金( 5 0 7
12、2 5 8 2 4 ) ; “卜丘” 国家科 技支撑计划课 题( 2 o o 6 B AJ o 3 Ao 2 ) :盖青 I j I ( 1 9 7 ,1 一) 男, 高级 工程师, l 9 9 7年 毕业 于长沙铁道 学院桥梁工 程专业 , f学学 士 2 0 0 4年毕业 于同济大学 木 I 程 专、Ip ( g a i q i n g s h a n I 6 3 ( ( ) V I I ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 松花 江公路 大桥结 构混凝 土耐久 性试 验 盖青山 , 元成方 , 宋战平 4 5 1 前 言 建 筑物在 长期 使用 过程 中
13、 , 在 内部 或外 部 、 人 为 或 自然 因素 的作用 下 , 随着 时间 的推移 , 将发 生材 料 老 化与结 构损 伤 , 这是一 个 不可逆 的过 程 , 这 种损 伤 的累积将 导致 结构 性能 劣化 、 承载 力下 降 、 耐 久性 降 低 】 。对于新建建 筑而言 , 在竣 工之初 即对其 进 行结 构性 能退 化规 律 的研究 , 不 仅 能够 掌 握 结 构 构 件 的性 能退化规 律 , 揭示 潜在 的危 险 , 同时还 能依 据 研究结果制定合理 的使用及 维护方案 , 提高建筑物 的安 全性 能 , 延 长其 使用 年 限_ 3 。 用 除 冰盐 , 混凝 土构件
14、 将 遭受氯 离 子侵蚀 , 从 而导致 钢筋过 早发 生锈 蚀 , 也 加 剧 了混凝 土构 件 的表 面剥 落 6 。为掌握 松 花江公 路 大桥结 构混 凝土 的性 能退 化 规律 , 利 用该 桥主要 构 件 ( 引 桥桥墩 、 主桥桥 墩 、 引 桥 T梁 、 主桥 箱 梁 ) 实 际施 工 时 的材 料 及 配 合 比在 施工现场制作了一批混凝土试件 , 养护到预定龄期 后 运 回实验 室进 行 耐 久 性 试 验 。试 验 内 容包 括 : 混 凝 土碳 化试 验 、 冻 融试 验 、 冻融损 伤影 响下 的氯 离子 渗 透试 验 、 碱 骨料 反应试 验 。 松花江公路大桥位于
15、哈尔滨市东北部距市区 5 2 混凝土试件配合比及抗压强度 k m处的松花江主河道内 , 为新建公路 桥梁 。大桥 为使试验研究结果更加接近大桥的实际情况 , 全长 2 3 2 4 9 2 m, 其 中 主 桥 长 5 9 5 m, 引 桥 长 本次 试验 所用 试件 均 在 大 桥 施 工 现场 制 作 , 采 用 与 1 7 2 9 9 2 m。主桥 采用 大跨 度预 应力 混凝 土连 续箱 大桥 原材 料与 配合 比相 同的 混凝 土 , 并且 与大 桥 构 梁结构 , 钢筋混凝土实体墩; 引桥采用预应力混凝土 件混凝土在相 同条件下养护 。原材料 : 水 泥采用宾 简支 T梁结构 , 钢
16、筋混凝土双柱式墩身。由于哈尔 州水泥厂 P 0 4 2 5水泥 ; 掺和料采用 哈三电 级 滨地区冬季漫长 、 严寒 , 桥梁结构将长期遭受冻融侵 粉煤灰 ; 细骨料采用 中砂 , 细度模数 为 2 6 2 ; 粗骨料 害导致混凝土构件表面剥落 、 内部劣化 、 强度下降 , 采用粒径 5 2 0 mm 的连续级配碎石 ; 外加剂采用 加速了腐蚀性介质 的侵入。同时, 桥梁结构暴露于 J F L 一 5型高效减水剂 。大桥主要构件的混凝土配合 空 气 中 , 将遭 受二 氧化 碳气 体 的侵蚀 , 从而 导致 钢筋 比及 设计 强度 等级见 表 1 。 脱 钝 、 锈 蚀 , 构件 承 载 力
17、 下 降 。此 外 , 若 冬 季 桥 面使 松花 江公路 大 桥 主桥 部 分 跨度 较 大 , 对 结 构性 表 1 大桥主要构件混凝土配合 比及设计强度等级 Tab 1 M i x Pr O pO r t i O ni ng a nd De s i g n S t r e n g t h o f Co n c r e t e o f Pr i nc i pa l Co mpo n e nt s 构件 全些 设计强 水泥 k g 粉煤灰 k g 硅灰 k g 砂子 k g 石子 k g 水 k g 外加剂 k g 水胶 比 度等级 注 : 水 位 变 动 区 主桥 桥 墩 混 凝 土 所
18、掺 外 加 剂 中 引 气 剂 掺 量较 高 。 能要 求较 高 , 因此在 混凝 土配合 比设 计 时 , 主桥部 分 桥墩及桥梁的混凝土强度等级均大于引桥部分。由 于大桥主要构件混凝土均掺加 了粉煤灰 , 主桥箱梁 混凝 土还 掺加 了硅 灰 , 因此 构 件 混凝 土 早 期 强 度 较 低。采用 R o p e r a t o r 型全 自动强度测试仪分别测试 了大 桥 主要构 件混凝 土 2 8 d及 1 8 0 d的立方体 抗 压 强度 ( 表 2 ) , 试 块 尺 寸 为 1 0 0 mm l O 0 mm 1 0 0 mm。 表 2混凝土立方体抗压强度测试结果 Ta b 2
19、Te s t i n g Re s ul t s o f Co nc r e t e Cu bi c Co mpr e s s i v e S t r e ng t h 皇 签 垦堡里 ! 2 8 d 1 8 0 d 由 表 2可 知 , 4类 构 件 的混 凝 土 抗 压 强度 均 达 到了设计强度等级, 说明大桥混凝土配合 比良好 , 能 够满 足 强度要 求 。 3耐 久性试 验 3 1 混凝 土 碳化试 验 3 1 1 普通碳化试验 参照规范 对大桥引桥桥墩、 主桥桥墩 、 引桥 T 梁、 主桥箱梁的混凝土试件进行快速碳化试验 , 试件 尺寸 为 1 0 0 mm1 0 0 mm4 0
20、 0 mm。混 凝 土 试 件 养护 到规 定时 间后 , 在 6 O 的烘箱 中烘 干 4 8 h , 保 留成 型 时 的 2个侧 面 , 其余各 表 面均用 石蜡 密封 , 然 后放 入碳 化箱 。碳 化箱 内的环境 条件 为 : 温 度 ( 2 0 5 )。 C、 湿 度 ( 7 O 5 ) 、 二 氧 化 碳 浓 度 ( 2 0 3 ) 。 测试 时, 用浓度 为 1 的酚酞 乙醇指示剂喷于断裂 3 4 4 5 6 C C C C C 5 4 4 3 2 O 0 O 0 0 8 8 1 6 0 9 2 9 3 7 8 8 3 5 6 5 5 5 2 1 7 7 7 7 2 7 7 5
21、 O 1 0 O 1 1 7 O 0 7 4 3 5 5 4 4 7 7 7 6 6 2 O 0 O O 8 0 9 9 5 1 1 Cu 5 7 3 3 3 3 4 4 墩 桥 桥 主 区 墩 墩 动 梁 梁 桥 桥 变 T 箱 桥 桥 位 桥 桥 引 主 水 引 主 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 桥 梁 建 设 2 OI 1年 第 3期 l , 从试件 表 向剑 混凝 上变 色边 界 , 每边测 量 9个位 的碳 化深 度 , 取 其算 术 平 均 值 作 为 试件 的碳 化 深 瞍值 。分别测 定 7 , l 4 , 2 8 , 5 6 d的碳 化深 度
22、 , 测 试 值 精确 到 J 0 l mI 大 桥 主 要 构 件 混 凝 土 碳 化 深 度 化 规律 见图 1 。 I 8 l 0 Z【 J 30 4U b U 50 碳 化时 间 d 图 l 主 要 构 件 混凝 碳 化 深 度 变 化 规 律 Fi g 1 Va r i at i o n La w o f Co nc r e t e Ca r b o na t i on De pt h o f Pr i nc i pa l Co m po n e nt s 】 图 1町知 , 混 凝 土 碳 化深 度 受 混 凝 土 强度 影 响 较 大 , 引 桥桥墩 、 主桥桥 墩 、 引桥 T
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