全断面浇筑沉管低热低收缩高性能混凝土配制及优选.pdf
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1、2 0 1 4年 第 5 期 (总 第 2 9 5 期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 4 ( T o ml No 2 9 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY M Dr E D CONCRET E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 5 0 3 1 全断面浇筑沉管低热低收缩高性能混凝土配制及优选 李超 ,王迎飞 。张宝兰 。刘行 ,李士伟 ( 中交四航工程研究院有限公司,广东 广州 5 1 0 2 3 0 ) 摘要: 通针对港珠澳大桥沉管混凝土高工作性、 高强度
2、、 高抗裂性以及长寿命等要求, 采用混掺大掺量粉煤灰与矿渣粉胶凝 材料体系配制低热 、 低收缩 的沉管混凝土。 通过配合 比组成因素对混凝土工作性 、 强度 、 耐久性以及抗裂性影 响的分析 , 结合混凝 土温度应力测试以及抗裂安全系数计算, 优选出满足沉管各项性能要求且具备最佳抗裂性能的低热低收缩高性能混凝土配合比, 并在港珠澳大桥沉管预制中得到应用 , 成功避免了沉管节段早期危害性裂缝的产生 。 关键词: 沉管 ;低热低收缩高陛能混凝土;温度应力 ; 抗裂安全系数 中图分类号: T U5 2 8 0 6 2 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4
3、 ) 0 5 0 1 0 9 0 5 P r e p a r a t i o n a n d o p t i mi z a t i o n o f h i gh p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wi t h l o w h e a t a n d l o w s h r i n k a g e f o r f ul l - f a c e c a s t i n g i m m e r s e d t u b e U Ch a o, WANG Yi n g f e i , ZHANG Ba o l a n, LI UHa n g, LIS h i we
4、 i ( E n g i n e e r i n gTe c h n o l o g yRe s e a r c hC o , L t d o f CC CCF o u r t hHa r b o r E n g i n e e r in gCo , L t d , G u a n g z h o u 5 1 0 2 3 0 , Ch i n a ) Abs t r ac t : Fo r t h e s a k e o f h i g h wo r k a bi l i t y, h i g h s tre n g t h, hi g h c r a c k r e s i s t a nc
5、 e a n d l o n g s e r v i c e l i f e o f i mme r s e d t u be c o nc r e t e f o r Ho n g Ko n g Zh u h a i - M a c a o Br i dg e , the i mme r s e d t u be c o n c r e t e whi c h we r e l o w h y d r a t i o n h e a t a n d l o w s h r i n ka ge h a d b e e n mi xe d wi th l arg e a mo u n t o f
6、f l y a s h a n d s l a gp o wd e r I n fl u e n c e s o f mi xp r o p o r t i o np a r am e t e r s o nwo r kab i l i ty, s tr e n g t h , d u r a b i l i ty and c r a c k r e s i s t a n c e w e r e a n a l y z e d T h e h i 曲 p e rf o r ma n c e c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n o f l o w
7、h y d r a t i o n h e a t and l o w s h r i nka g e w a s b e e n o p t i mi z a t i o n and s at i s fi e d wi th p e r f o rm an c e r e q u i r e me n t s o f i mme r s e d tub eAs the u s e o f the o p t i mu m mi x p r o p o r t i o n, t h e h a r mf ul e arl y c r a c k wa s s u c c e s s f u
8、l l y a v o i d e d d u r i n g p r e c a s t i mme r s e d tub e s K e y wo r ds : i mme r s e d t u b e ; h i g h p e rfo r manc e c o n c r e t e o f l o w heat and l o w s h r i n k a g e ; the r ma l s t r e s s ; c rac k r e s i s t a n c e s a f e ty f a c t o r 0引言 1 混凝土配合比设计 港珠澳大桥沉管隧道 是我国交通
9、建设 史上技术最复 杂 、 标 准最高 的海 中隧道工程 , 也是 当今世界范围 内长度 最长 、 埋置最深 、 单孑 L 跨度最宽 、 单节柔性管节最长 、 规模 最 大的海底公路沉管 隧道之一【 。 大桥 的沉管 隧道设 计 使用寿命为 1 2 0年, 其最大埋入深度在一 4 0 m左右 , 混凝 土结构需要长期承受高压海水作用 , 沉管管节混凝土不 允许 出现危害性裂缝 , 对混凝土抗裂 防渗性能 提 出了极 高要求 4 1 。 为控制施工期危 害性 裂缝 的产 生 , 沉管预制 采 用 了原材料降温 、 冷却水和碎冰拌和 、 自动喷淋水雾保 温 保湿养护等技术措施,但其中最重要的还是要
10、解决如何 提高混凝土材料 自身抗裂性的问题【 s 。 因此 , 根 据沉管结 构 的复 杂性以及工厂 化预制施工工艺 要求 , 针 对水化 热 与收缩 这两个影 响混凝 土结构抗裂性 能的主要 因素 , 优 选合适 的混凝 土原材料 , 配制满足工 作性 、 强度 、 寿命要 求的低热低收缩混凝土 , 将从根本上降低沉管混凝土结 构 的开裂风险 。 收稿 日期:2 0 1 3 1 l - o 6 基金项 目:国家科技支撑计划项 目资助( 2 0 1 1 B A G 0 7 B 0 4 ) 1 1 沉管混凝土性能指标要求 港珠澳 大桥预制沉管其结构安 全 、 拆模 、 顶推施工等 对混凝土强度的
11、要求 , 1 2 0年设计使用寿命对混凝土抗氯 离子渗透性要求 , 抵抗 4 0 m水深水压力对混凝土抗渗性要 求, 采用泵送方式进行全断面连续浇筑对混凝土工作性要 求均如表 1 所示。 表 1 沉管混凝土性能要求 由于水化热与收缩是影 响混凝土结构抗 裂性 能的关 键 因素 , 为保证沉管结构在施工期不 出现危害性裂缝 , 沉 管混凝土必须具有低热 、 低收缩的性能 , 要求混凝土 的绝 热温升不大于 4 3, 混凝土 9 0 d 龄期的干燥收缩不大于 3 0 0 x1 0 。 1 09 1 2 原材料 华润水泥( 平南 ) P I I 4 2 -5 级水泥 , 比表面积为3 3 0 m2
12、k g , 其熟料 C 3 A含量为 7 5 ; 谏壁电厂 I 级风选粉煤灰 , 需水量 比为 9 4 ; 唐山盾石 $ 9 5 级矿渣粉 , 比表面积为 4 1 6 m2 k g , 7 、 2 8 d 活性指数分别 为 7 6 、 1 0 2 ; 新会 白水 带 5 - 2 0 m l r l 连续级配无碱活性花岗岩碎石, 紧密堆积空隙率为 3 7 , 含泥量为 0 3 ; 广东西江细度模数 为 2 6 - - , 2 9的无碱活性 河砂 , 松散堆积空 隙率为 4 2 , 含泥量为 0 4 ; 江苏博特 P C A I 型缓凝型聚羧酸高性能减水剂 , 减水率为 2 8 , 掺减 水剂混凝
13、 土的 2 8 d 收缩率 比为 9 7 。 1 3混凝 土 配合 比 利用优选的混凝土原材料按照配合比设计体积法, 在 3 8 0 ,- 4 5 0 k g m3 胶凝材料用 量 、 6 5 5 0 矿物 掺合料 用量 比例、 0 3 3 0 3 7水胶比范围内配制沉管混凝土如表 2所 示 , 各组混凝土的坍落度均控制在 1 8 0 - 2 2 0 1 T l n 范围 , 含气 量控制在 1 5 - 2 5 范围。 表 2 混凝土配合比 1 4试 验 方 法 ( 1 ) 混凝土抗氯离子渗透性测试: 按照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方
14、法标准 中快 速氯离子迁移系数法测试混凝土氯离子扩散系数。 ( 2 ) 混凝土温度应力测试 : 利用北京航源平 洋科 技发 展有限公司生产 的 H Y P Y I I 混凝土温度应力试验机进行 温度应力测试 , 在 1 0 0 约束条件下 , 控制混凝土入模温度 为 2 0 2 4, 当混凝 土试件达到最高温峰时保温 7 2 h , 然后 按照( 2 0 0 5 ) 厂 h 的速率进行 急速冷却 , 直至试件断裂 , 以最高温度与开裂温度之差 的断裂温度作为评价混凝土 抗裂性能 的核心指标。 2 试验 结果分析 2 1混 凝 土 工作 性 由表 2中可以看 出胶凝材料用量为 4 5 0 k g
15、 m 3 、 水胶 比 为 0 3 7 的 c 1 配合 比, 新拌混凝土浆体富余且有轻微泌水 , 水胶 比为 0 3 3 的 C 2配合 比混凝 土虽然保水性 明显增 强 , 但浆体仍旧富余较多且具有一定的黏滞性 、 不易铲动; 胶 凝材料用量为 4 2 0 k g ms 的 C 3 C 9 这 7 组混凝土 , 水胶 比为 0 3 7 的 C 3 配合 比 , 新拌混凝 土轻微泌水 , 水胶 比为 0 3 3 的 C 9 配合 比 , 混凝 土无 泌水 现象 , 但混凝土流动性差 、 黏性 大且抓底, 其余 5 组水胶比为 O 3 5的C 4 - ,- C 8 配合比, 新拌 混凝土流动性
16、 良好 , 无离析、 泌水, 混凝土黏聚性良好; 胶 凝 材料用量分别为 4 0 0 、 3 8 0 k g m 的 C 1 0 、 C1 1 这两组混凝 土, 虽然混凝土无离析、 泌水现象出现, 但流动性以及浆体 对集料的包裹性 明显降低。 胶凝材料用 量及水 胶 比是影响沉管混凝土工作性 的 重要因素 。 以 4 2 0 k g m3 的胶凝材料用量为基准 , 增 大胶凝 -1 1 0 材料用量 , 混凝土浆体富余 , 易泌水且不利于降低混凝土 收缩总量 , 但降低胶凝材料则易导致混凝土流动性及包裹 性降低; 以0 _ 3 5 水胶比为基准, 在相同胶凝材料用量条件 下 , 增大水胶 比,
17、 混凝土保水性降低 , 降低水胶比, 混凝土 流动性降低 、 黏性增大。 2 2 混 凝 土 强度 各组配合比不 同龄期 的抗压强度如表 3 所示 。 表 3 混凝土强度 各组配合比 2 8 d 龄期的抗压强度均大于 4 5 MP a , 5 6 d 龄期抗压强度均大于 5 0 MP a , 但水胶 比为 0 3 7的配合 比与 水泥在胶凝材料中所 占比例为 3 5 的配合比 3 d龄期抗 压强度均小于 2 5 MP a 。 水胶比、 水泥所占比例对沉管混凝土抗压强度影响分 别如图 1 、 2 所示。 在保持胶凝材料用量 以及胶凝材料组成 不变 的条件下 , 随着水胶比增大混凝土强度明显降低
18、, 水胶 比增大至 0 3 7时 , 混凝土 3 d 龄期抗压强度不 满足要求 , 龄 期 d 龄 期 d 图 2 水泥所 占比例对抗压强度影响 2 8 d 龄期以及 5 6 d 龄期抗压强度保证率迅速降低。 在胶凝材料用量以及水胶 比不变 的条件下 , 随着水泥 在胶凝材料中所 占比例从 3 5 增加至 5 0 , 混凝土抗压强 度随着水泥所 占比例的提高而增大 。 水泥所 占比例为 4 5 与 4 0 , 会 略微降低混凝土在 3 、 7 d龄期 的抗压强度 , 但 2 8 d抗压 强度增长速率 明显高于 5 0 水 泥 的配合 比 , 到 5 6 d龄期时 以 4 5 水泥配合 比的抗压
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