海洋耐久混凝土配合比试验研究.pdf
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1、2 0 1 6年 第 3期 (总 第 3 1 7期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 6 ( T o t a l N o 3 1 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HE0RETI CAL RESE ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 3 0 0 7 海 洋耐久混凝土配合 比试验研究 张胜 利 ,琚宏 昌 ,李红远 ,王堂锐 ,张鹏。 ( 1 广西科技大学鹿 山学 院 土木工程系 , 广西 柳州 5 4 5 6 1 6 ; 2 广西科技 师范学 院, 广西 来宾 5 4
2、6 1 9 9; 3 广西科技大学 , 广 西 柳州 5 4 5 0 0 6 ) 摘要: 海洋耐久混凝土配合比设计仍可按 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 的计算程序进行 , 但要注意粉煤灰 、 矿 渣等掺合料的量值 , 并确保减水剂的减水率满足要求 ; 通过海洋耐久混凝土试配分析 , 大掺量矿物掺合料可提高混凝土的抗侵蚀 能力, 但其 2 8 d 时抗压强度偏低 , 建议海洋混凝土标准龄期强度取5 6 d 。 关键词: 海洋混凝土; 耐久性 : 配合比设计 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
3、 0 ( 2 01 6 ) 0 3 0 0 2 6 0 3 Exper i men t al s t udy on t he mi xi ng r a t io of mar i ne c oncr e t e ZHANG S he n g l i。 ,J U Ho n gc h a n g 一, LI Ho n g yu a n , W ANG Ta n g r u i , ZHAN G Pe n g , ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g, Lu s h a n C o l l e g e o f Gu a n
4、g x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , L i u z h o u 5 4 5 6 1 6, C h i n a ; 2 Gu a n g xi S c i e n c e a n d Te c h no l o g y No r ma l Un i v e r s i t y La i b i n 5 46 1 9 9 Ch i n a;3 Gu a ng x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,
5、 L i u z h o u 5 4 5 0 0 6, C h i n a ) Abs t r ac t : M a r i n e d u r a b l e c o n c r e t e mi x d e s i g n c a n s t i 1 1 p r e s s t h e c a l c u l a t i o n p r o g r a m o f“ s p e c i fic a t i o n f o r mi x p r o p o rti o n d e s i g n o f or - d i n a r y c o n c r e ” J GJ 5 5 _ 2
6、O1 1 b u t pa y a t t e n t i o n t O the ma g n i t u d e o f th e a d m i x t u r e o f fly a s h, s l a g, a n d e n s u r e wa t e r r e du c t i o n s u p e r p l a s tic i z e r me e t t h e r e q u i r e me n t s Th r o ug h t r i a l wi t h a n a l y s i s, h i g h c o n t e n t mi n e r a l
7、 a d mi x t ur e s c a n i mp r o v e c o r r os i o n r e s i s t a n c e t o c o n c r e t e, b u t i t s c o mp r e s s i ve s t r e n g t h i s l o w wh e n t h e 2 8 d, r e c o mme n d o c e a n t a k e c o n c r e t e s t a n d a r d a g e s t r e n g t h 5 6 d Key wor ds: ma r i n e c o n c r
8、 e t e; d u r a b i l i t y; mi x p r o p o r t i o n d e s i g n 近十几年来 , 我 国经济和科学技 术 日新 月异 , 不 管是 地方发展需要 , 还是 战略需求均对交通 的要求越来 越高 , 随之一批跨海湾或联 接岛屿和大陆 的跨海大 桥提上 建设 日程 , 桥梁作为线路 的咽喉要道和交通枢纽 , 在 国民经济 建设和发展 中起着举足轻重的作用 。 海水中含有 8 0余种元素 , 海洋 混凝土结构 长期 处于 氯离子侵蚀 、 碳化等多重复杂环境 中, 其对混凝 土耐久性 的危害 , 严重影响结构功能 的发挥 , 并带来沉重
9、的后期运 营和养护成本 , 因此海洋耐久混凝土配 比设订 是解决 问题 的关键 。 。 1 海洋耐久混凝 土配合 比设计 配合 比设计原则 : 以低水胶 比、 低用水量 , 高密实度为 前提 , 依据纯硅酸盐水泥受侵蚀机理 以及掺加矿物掺合料 在水泥混凝土中所发挥的功效配制海洋耐久混凝 土在 , 保 证 达到设计强度条件下尽量多用矿物掺合料替换水泥 , 减 少水泥石 中易溶盐份 的流失 , 维持较 长时 间密实性及强度 持续增长, 提高混凝土耐腐蚀性能。 海洋耐久混凝土配合 比设计仍按 J G J 5 5 2 0 1 l 普通混凝 土配合 比设 计规程 的计算程序进行。 1 1 试 配 强度
10、的确 定 高性能混凝土试 配强度必须超过设计要求 的强度标 准值以满足强度保证率的需要 , 其超 出的数值应根据 昆 凝 土强度标准差而定。 混凝土配制强度按式( 1 ) 计算 : u - U k +1 6 4 5 o - ( 1 ) 式 中: 。 混凝土试配强度 , MP a ; 混凝土立方体抗压强度标准值 , MP a ; r , 混凝土强度标准差 , MP a , 不小于 C 5 0级时取 6 , 其余取 5 。 1 2 水胶 比( 或胶水 比) 和胶凝材料 对海洋混凝土 , 为保证混凝土 的强度和耐久性 , 使之 获得更高 的耐腐蚀性能 , 将大掺量矿物细掺料 当作胶凝材 料 的一部分
11、 , 因此 , 普通混凝 土设计 中计算 的水灰 比在这 转为水胶 比( 或胶水比) 。 当混凝 土 强 度 等级 不 大 于 C 6 0等 级 时 , 水 胶 比按 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 4 0 5 基 金项 目 : 国家 自然科学 基金 项 目 ( 5 1 1 6 8 0 0 6) ; 广 西高 等 学 校科 研 项 目 ( 2 0 1 3 I X 0 9 3)( L X 2 0 1 4 6 7 1 ) ; 广 四高校 大 学 生 创 新 创 业计 划 项 目 ( 2 0 1 4 1 3 6 3 9 0 2 6 ) 26 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c
12、 o m 式( 2 ) 计算 : 百 W= a J b ( 2 ) B 0+ 、 一 式 中 : 詈 混 凝 土 水 胶 比 。 a , a b 回归 系数 , 采用 碎 石粗 骨 料取 值 分 别为 0 5 3, 0 2 0。 I厂 h 胶凝材料 ( 水泥与矿 物掺合 料按使用 比例混 合) 2 8 d 实测的胶砂强度 , MP a 。 也可按式( 3 ) 计算 : 厂 b =F f r 。 式 中: 。 水泥 2 8 d实测胶砂强度值 , MP a 。 如无实测值时 , 也可按式( 4 ) 计算 : , c e : 味 。 。 式 中: 。 水泥强度等级值 , MP a 。 表 2 ( 3
13、 ) ( 4) , 水泥强等级值的富余系数, 通常取值 1 1 2 1 1 6 。 r f , r k 分别 为粉煤灰和矿渣粉 的影响系数 , 按表 1 选用 。 表 1 粉煤灰 和矿 渣粉 的影 响 系数 注 : ( 1 ) 采用 I I 级 以上粉煤灰 ; ( 2 ) 采用 $ 9 5级矿渣粉。 采 用 S 1 0 5矿渣粉宜取上限加 0 0 5 。 经多次试验 , 工程采用 4 2 5等级水泥 , 掺加 I I 级以上 粉煤灰及 $ 9 5以上矿 渣微粉 的混凝 土水胶 比也可按表 2 和表 3经验值选用 : 不同等级掺加矿物掺合料混凝土水胶 比经验值 从耐久 性考 虑 , 掺合料掺 量
14、 与总胶材 之 比应不 少于 3 0 , 也不宜大于 7 0 。 确定掺合料占胶凝材料的比例及 每立方米混凝土的水泥用量 。 粉煤灰在混凝土中与矿渣粉 具有同等的耐腐蚀效果 , 但粉煤灰成本 较矿渣粉低 , 且粉 煤灰 自身不会凝固 , 需要从水泥中吸收一定量的碱才能凝 固 , 所 以粉煤灰掺量与水 泥用量有关 。 粉煤灰和矿渣 粉 的掺量按下式计算 : ( 5 ) mk =BCg n f ( 6 ) 式 中: f 粉煤灰用量 , k g ; C 水泥用量 , k g ; m k 矿渣粉用量 , k g ; 曰胶凝材料用量 , k g ; 粉煤灰取代水泥系数 , 按表 4选用 。 表 4 掺粉
15、煤灰取代水泥 系数 ( a ) 注 : 表中下限适用于 I 级灰 ; 上限适用于 I I 级灰。 1 3用水量和外加 剂 ( 1 ) 每立方米混凝土单位用水量 混凝土的用水量取决于骨料最大粒径和混凝土的坍 落度 。 但高性能混凝土 由于骨料最大粒径和坍落度波动范 围不大 , 而且坍落度可通过调整高效减水剂用量来控 制。 最主要 的还是考虑 高效减 水剂的 品质和用量 以及胶凝材 料的关系。 掺加高效减水剂的高性能混凝 土单位用水量按式 ( 7 ) 计算 : m =mb 。W B ( 7) 式中 : m 掺外加剂时每立方米混凝土用水量 , k g ; m 。 每立方米混凝土胶凝材料用量 , k
16、g ; W B水胶 比。 ( 2 ) 外加剂用量 每立方米混凝 土中外加剂用量按下式计算 : m 。 =mb 。 ( 8 ) 式中: m 混凝土 中外加剂用量 , k g m ; m 。 混凝土 中胶凝材料用量 , k g m ; 外加剂掺量 ( 应经混凝土试验确定) 。 在做混凝 土配合 比设计 时 , 应考虑 到不 同混凝土 等 级 、 不同用水量和不 同坍落度 确定 所需减水剂 的减 水率。 混凝土减水剂的减水率主要与每立方米混凝土的用水量和 需要坍落度 的大小有关。 可按式 ( 9 ) 计算 : l o o ) ( 9) 式 中: 掺 外 加 剂 混 凝 土 需 要 外 加 剂 达 到
17、 的减 水 率 , ; 1 z 掺外加剂混凝土需要达到 的坍落度 , m m; m 掺外加剂 时每立方米混凝土用水量 , 。 ( 3 ) 初步砂率 。 可按 普通混凝土配合比设计规程 混凝土的砂率查 得 ; 也可根据实际施工凭经验取值 。 ( 4 ) 胶浆量 即: 胶凝材料( 水泥 十 矿物掺合料) 加水和含气量的体积。 V J : + +m +a ( 1 0 ) T = + +m + ( ) c F 27 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式 中: 每立方米混凝土胶浆体积 ; m 每立方米混凝土中水泥用量 , k g ; m 每立方米混凝土中矿物掺合料用量 ,
18、k g ; P 。 、 P F 分别为水泥和矿物掺合料 的密度 ; m 每立方米混凝土用水量 , k g; a 每立方米混凝土中含气量 , L 。 ( 5 ) 初算骨料用量 ( m + m G ) =( 1 0 0 0一 V j ) P s S P p G ( 1 一 S P ) ( 1 1 ) ms =( ms+r n G )X S P ( 1 2 ) m。=( ms +mG )( 1一 ) ( 1 3 ) ( 6 ) 配合 比 ( 水泥 + 掺合料) : 砂: 石 : 水: 外加剂 = ( mc+mF ) : ms : mG : m : 卢 ( 1 4 ) 每个级别的混凝土应作 3个不 同
19、水胶 比和不 同掺合 料用量试配试验 , 择优选用。 配合 比试配经试拌校正后 , 测 定混凝土拌合物 的坍落度 、 含气量 、 泌水率 、 凝 结时间 、 密 度 , 并制作试件。 试件处于室内养生 1 d , 拆模后处于标养 室养生至龄期 试验。 2 工 程 实例 2 1 概 况 某海上大桥连接线 海底隧道工程 , 属海 域环境 , 海水 成分 为氯钙 镁型 ( C 1 一C a Mg ) 或氯 镁钙 型 ( C 1 一 Mg C a ) , 对混凝土及钢筋混凝土具有强腐蚀性, 主 要腐蚀介质为 s 0 、 C 1及侵蚀 C O 。 工程设计使用年 限 1 0 0 年 。 混凝土等级 C
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