客运专线耐久性混凝土配合比优化设计研究.pdf
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1、文章编 号 :1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 7 0 5 生态 建材 客运专线耐久性混凝土配合比优化设计研究 De s i g n o f Mi x Ra t i o Op t i mi z a t i o n o f Du r a b l e Co n c r e t e f o r P a s s e n g e r De d i c a t e d L i n e 张玉海 ( 中铁十二局集 团公司,山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要: 在优选原材料及配合比参数的基础上,运用人工神经网络技术设计 了满足耐久性能的 C 3 0 、C 5
2、0混凝土配合比;利用数 学模型和人工神经网络系统 ,通过测定参数,对优选的混凝土配合比进行了耐久寿命预测。 关键词 : 客 运专 线 ;耐 久性混 凝土 ;人工神 经 网络技 术 ;C3 0 、C5 0配 合 比 中 图分 类 号 :T U5 2 8 31 文献 标 识 码 :A 0 前 言 为混凝土使服役寿命达到和超过 1 0 0年,在综合 考虑其强度、施工技术 、各种收缩与长期徐变性能的情况 下,针对客运专线所处环境、气候等客观条件,按照客运 专线耐久性混凝土原材料优选、复合矿物外加剂优化配伍 技术方案 ,根据耐久性混凝土抗氯离子渗透性能影 响因 素的研究结果,对客运专线耐久性混凝土配合比
3、进行了优 化设计。 1原材料选用 水泥:安徽怀宁海螺牌 P 0 3 2 5级水泥 ( 配制 C 3 0 混凝土 )、P O 4 2 5 级水泥 ( 配制 C 5 0 混凝土 )。 砂 :金寨朝阳砂场 区中砂和金寨满江红砂场河砂。 石:配制 C 3 0混凝土采用金寨隧道项目部石料场生 产的 5 1 6 m m ,1 6 3 1 5 m m二级配碎石 ;配制 C 5 0混凝 土采用金寨攀峰石料场生产的人工碎石,最大公称粒径为 2 5 m m,二级配,5 1 6 m i l l 与 l 6 2 5 m m掺配比例为3 :7 。 粉煤灰 :淮南坪圩电厂生产粉煤灰。 矿粉:安徽芜湖朱家桥水泥有限公司生产
4、矿渣粉。 高效减水剂:采用本课题中广选出的外加剂D 。 2 C 3 0 、C 5 0混凝土配合 比设计 2 1设计技术方案 客运专线高 to i l 混凝土根据结构类型主要分为 C 3 0 和 C 5 0两个强度等级。C 3 0混凝土主要用于灌注桩、承 台、墩台、隧道衬砌、现浇涵洞 、涵洞基础及其他小型预 制构件等。C 5 0 昆 凝土主要用于预制箱梁与移动模架现浇 箱梁等。 配合比设计试验参数见表 1 。 表 1 试验参数选择表 坍落度 砂率 用水量粗集料用量 耪煤灰掺量 矿渣掺量 减水剂 名称 m m ( k g ) ( k g il l ) 减水事 2 2模糊神经网络优化 C 3 0 、
5、C 5 0混凝土配合比 配合比主要控制参数:水泥用量、粉煤灰掺量和矿 粉掺量。 样本数据:以基准配比作为样本数据,并采集混凝土 各项性能数据而得出的,C 3 0 、C 5 0基准配合比样本数据 分别如表 2 、表 3 所示 。 C 3 0基准配合比为胶凝材料 : 砂 : 石 : 水 : 外加剂: 3 8 0: 7 0 4 : 1 1 0 0 : l 5 2 : 3 8 0。 C 5 0基准配合比为胶凝材料 : 砂 : 石 : 水 : 外加剂= 4 7 0 : 6 9 2 : I l 1 0 : I 5 0 : 4 7 0。 2 3 C 3 0 、C 5 0混凝土配合比优化结果 综合模糊神经网络
6、优化C 3 0 、C 5 0 混凝土配合比结果, 通过外加剂、矿物外加剂复合配伍试验得出粉煤灰掺量、 矿物外加剂配伍对混凝土性能的影响结果,结合经济性, 确定客运专线耐久性混凝土的优化配合比,如表4所示。 2 2 0 1 1 粉煤 灰 2 7 表 2 C 3 0混凝土样本数据 编号 水泥 粉煤灰矿粉 2 8 d 抗压强度5 6 d l 5 渗 6d 透系数 5 6 深 d 度 氯离子 碳化 , 。 , C 0o c s 1 n u n 2 8 coAL ASH 2 2 01 1 表 4 C 3 0 、C5 O 混凝土配合比优化结果 3 混凝土性能试验 3 1混凝土拌合物性能试验结果 混凝土拌合
7、物性能试验结果见表 5 。 表 5 C 3 0 、C 5 0混凝土拌合物性能试验 从表5 中可以得出: C 3 0 、 C 5 0 配合比 坍落度均在1 8 0 m m 以上,可以满足泵送施工需要, 混凝土凝结时间较普通混 凝土有所延长,提高了混凝土的可操作时间。 3 2 混凝土力学性能试验结果 混凝土力学性能试验结果见表 6 。 表 6 C 3 0 、C5 0混凝土力学性能试验结果 MP a 由表 6可以看出,由于考虑耐久性时选择了较低的水 胶比,C 3 0 、C 5 0配合比力学性能均能满足设计要求。 3 - 3混凝土抗氯 离子渗透试验结果 混凝土抗氯离子渗透试验结果见表 7 。 表 7
8、C 3 0 、C 5 0混凝土的抗氯离子渗透试验结果 从表 7 可以看出,C 3 0 、C 5 0配合比均可以满足客运 专线耐久性混凝土抗氯离子渗透性能的要求。 3 4 抗裂性试验 基准配合 比和优化配合比的收缩对比试验以及优选配 合 比的圆环法试验,试验结果见表 8 。 表 8 混凝土千缩 ( 膨胀 ) 试验结果 注 :基准目 合 比胶凝材科全 部为水泥 。 由表 8可见,在混凝土中掺加矿物外加剂后 ,混凝土 的早期膨胀率有所增加,干缩率下降速率与基准混凝土一 致,因此掺加矿物外加剂有利于减缓混凝土干缩开裂现象 的发生 ,由于优选 C 3 0 、C 5 0 混凝土配合比的水胶比较低 , 混凝
9、土易发生 自收缩现象 ,其 自收缩主要发生在 1 4 d 龄 期前,因此混凝土成型后应保持 1 4 d的潮湿养护,可以 消除大部分混凝土收缩应变。 采用圆环法进行了抗裂性试验观察结果 :试件成型 2 8 d内,各组用于观测的C 3 0 、C 5 0 混凝土配合比试件均 未出现肉眼可见裂缝 。但未出现裂缝并不表示混凝土内部 未产生应力损伤,在后期混凝土干缩、气温骤降或荷载等 原因作用下,混凝土内部应力积累就很容易超过其临界抗 拉强度,出现开裂。因此 , 在实际工程中还是要加强养护, 慎重对待混凝土的早期开裂问题。 3 5 抗碳 化试验 碳化试验结果如表 9 所示。 表 9 混凝土碳化试验结果 m
10、m 由混凝土快速碳化试验结果可见 ,掺加矿物外加剂的 优选配合比的混凝土碳化速度和碳化深度均比基准混凝 土增加,但其能否满足耐久性要求,需进一步验证。 3 6抗冻性试验 对优选出的 C 3 0 、C 5 0 耐久性混凝土进行了抗冻性能 试验 , 试验结果分别如表 1 0所示。 表 1 0 C 3 0 、C 5 0耐久性混凝土抗冻性能试验结果 由表 1 O 中试验结果可以看出,优选出的 C 3 0 、C 5 0 耐久性混凝土配合比在经过 3 0 0次冻融循环试验后,它 们的质量损失分别为2 2 0 和 1 8 0 ,均满足6 0 的技术要求。 3 7 徐 变试验 C 5 0 基准混凝土和优选混凝
11、土徐变测试结果如表 l 1 所示。 表 l l c 5 0基准混凝土和优选混凝土徐变测试结果 从表 1 l 结果可知,C 5 0基准混凝土和优选混凝土的 徐变是随养护龄期的变化而具有相似的变化规律,龄期增 长,徐变随之增长,但优选混凝土在各个试验龄期的徐变 度 ( 单位徐变应力的徐变值) 均小于同龄期的基准混凝土。 3 _ 8钢筋锈蚀试验 对优选出的 C 3 0 、C 5 0配合比进行了钢筋锈蚀试验, 结果见表l 2 。 表 1 2 C3 0 、C 5 0配合 比钢筋锈蚀试验结果 由表 l 2看出,配合比在掺人矿物外加剂后,钢筋的 质量损失率明显降低,这是由于掺入矿物外加剂后, 孔结 构得到细
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