1、王安辉等 : 板梁桥铰缝 混凝土材 料优化试验研究 DO : 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i a w j z 2 0 1 6 0 4 0 9 板梁桥铰 缝混凝土材料优化试验研 究 王安辉 , 张衡 , 吴炫 ( 1 商丘工学 院土木 1 - 程学院 , 河南商丘4 7 6 0 0 0; 2 江苏省交通规划设计 院。 南京2 1 0 0 9 8) 【 摘要】 针对板梁桥铰缝开裂、 渗水、 游离石灰等病害问题, 以常见铰缝混凝土强度标号( C A 0 ) 为基准, 通 过比较普通混凝土、 不同掺量的粉煤灰混凝土之间的工作性能、 抗拉强度提升程度和收缩性能等 , 优选符合工程 需要的
2、铰缝混凝土配合比组成。结果表明, 采用细骨料对铰缝混凝土质量提升没有显著作用, 而以2 5 c m最大粒 径骨料进行配置较为合适; 在铰缝混凝土中宜掺入适量的粉煤灰, 粉煤灰的掺量控制在 1 0 1 5 , 可有效降低 混凝土的干燥收缩。 【 关键词】 铰缝混凝土; 劈裂抗拉强度; 粉煤灰; 白收缩 ; 干燥收缩 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 6 ) 04 0 0 2 3 0 2 0 引言 对于空心板梁桥, 铰缝底部 常出现勾缝开裂脱 落、 渗水、 游离石灰等病害, 甚至单板受力桥面铺装产 生纵向
3、裂缝。目前认为其根本原因是板梁铰缝混凝 土开裂 , 导致 板梁 之 间的横 向联 系破 坏 。这些 病 害形式会降低桥涵的承载能力, 使得上部主要承重构 件处于非常不利的受力状态, 加速了桥涵上部结构病 害发展 , 达到一定程度将导致铰缝混凝土逐步松散而 脱落 , 严重时形成一条破碎带 。 目前关于铰缝混凝土的质量控制存在两个问题, 一 是 , 对铰缝混凝土工作性能认识不到位, 仅仅以抗 压强度指标进行控制, 比较单一, 无法全面反应出铰 缝混凝土服役要求。二是 , 从功能要求上来看 , 铰缝 混凝土应具备较好的抗拉强度和 自密实性能, 但这两 者之间存在一些矛盾 , 目前抗拉强度的提升主要依
4、靠 特殊材料的添加( 如钢纤维) 来实现, 但是混凝土的流 动性又将随着掺量的增加而降低 。铰缝空间小 , 已 经难以振捣, 要强调 自密实性能必须在一定程度上增 加混凝土的流动性。 在我 国现有 的各类规 范或 指导 意见 中, 很 少见 到 对于板梁桥铰缝混凝土材料的配合 比要求。为了明 确铰缝混凝土材料配合 比的控制指标 , 提高板梁铰缝 的协同工作性能, 文中对板梁桥铰缝混凝土材料配合 比进行了优化试验研究。 1 试验方 案 试验方案设计的混凝土强度等级为 C A 0 , 试验研 究分为两个阶段。第一阶段: 通过试验确定不同水灰 比情况下, 石子最大粒径对铰缝混凝土力学性能、 长 期性
5、能的影响, 优选合适的水灰 比及石子最大粒径 , 其混凝土配合比如表 1 所示。第二阶段: 在优选出合 适的水灰比和石子的最大粒径的基础上, 研究粉煤灰 掺量对铰缝混凝土工作性能、 力学性能和长期性能 的 影响, 其混凝土配合比如表 2所示。综合两个阶段的 成果 , 提出铰缝混凝土的配合比设计控制要求。 表 1 第一阶段试 验配合比 编号 水灰 比 石子粒径砂 率 m m 水 泥 粉煤灰 石子 k g m k g m一 I 【 g m一 2 试验 结果与分析 2 1 第一阶段试验结果与分析 不同配合 比的铰缝混凝土 3 d 、 7 d和 2 8 d的抗压强 度、 劈裂抗拉强度及2 8 d自收缩
6、值如表 3所示。 8组不 同配合比的铰缝混凝土试件的 3 d抗压强 度 可达到 2 8 d强 度 的 5 0 以上 , 7 d抗 压强 度 发展 到 8 0 以上。3 d 劈裂抗拉强度可达到 2 8 d强度的 5 0 一 7 0 , 7 d 劈裂抗拉强度可达到 7 0 一 9 0 , 劈裂抗 拉强度在 7 d龄期的发展程度略低于抗压强度。从受 力情况来看, 铰缝混凝土主要以劈裂抗拉为主, 早期 劈裂抗拉强度的增长相对于抗压强度而言来得更为 咖 咖 咖 咖 3 2 5 7 4 5 6 8 l 2 9 7 9 8 6 4 3 3 3 3 2 2 2 2 4 4 4 4 O O O O 5 5 5
7、5 2 2 2 2 8 8 8 8 3 3 3 3 O O O O 9 m 一 一 一 一 低温建筑技术 2 0 1 6年第 4期( 总第 2 1 4期 ) 缓慢 , 因此尤其应避免重物等引起的剪力荷载在早期 的受 力作用 。 表3 第一阶段试验结果 最 大 粒 径 为 2 0 m m 的 骨 料 相 对 于 最 大 粒 径 为 2 5 m m骨料 而 言, 可使 得抗 压 强度 提 高 约 2 6 4 8 9 1 MP a , 而最 大粒 径 为 2 0 ra m 的骨料 相 对 于最 大粒 径为2 5 m m骨料 , 其对劈裂抗拉强度的影响不大。从 试验结果来 看 , 最 大粒径 为 2
8、0 m m 的骨料对 劈 裂抗拉 强度增长的贡献并不是很显著 , 在某些条件下甚至出 现负增 长的情 况 , 说 明细 骨料混凝 土并不 一定 对劈裂 抗拉强度有改善作用。在凿毛质量相同的前提下, 增 强混凝土劈裂抗拉强度对于提高铰缝质量有重要意 义 , 细骨料混凝土有利于抗压强度的提高, 对于劈裂 抗拉 强度 的提升作用 不显著 。因此 , 从 力学性 能 的角 度来 看 , 采 用细骨料混凝 土对铰缝 混凝 土质量 提升 没 有显 著作用 。 从 自收缩试 验结果 中可 以看 出 , 骨料 最 大粒径 为 2 5 m m的混凝土, 其收缩量小于最大粒径为 2 0 m m的混 凝 土 , 自
9、收缩 总量 与骨 料最 大粒 径有 明显 关 系 , 在级 配合理的前提下, 大粒径骨料对于收缩起到较好的限 制作用。自身收缩总量与水灰比也有着一定 的关系, 通过调整配合 比, 可实现收缩值减少 5 0 。因此, 对 于铰缝混凝土的配合比优化设计 , 应考虑 自身收缩的 测定 。通过科 学的优化方 案 , 可实 现铰缝 混凝 土收缩 量的大幅降低。 2 2 第 二阶段试验结果与分析 不同粉煤灰掺量( 0 、 1 0 、 1 2 、 1 5 和 2 0 ) 的 铰缝混凝土 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d的抗压强度试验结果如 图 1 所 示。由图 1 可知 , 7 d抗压强度随粉煤灰掺量
10、的增加而降 低 , 而 5 6 d抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而增加, 因 此, 粉煤灰对混凝土后期强度的贡献较大。不同粉煤灰 掺量的混凝土 1 8 0 d 干燥收缩值见表4 。表4看出, 适量 掺加粉煤灰可有效降低混凝土的干燥收缩; 粉煤灰掺量 为 1 0 的铰缝混凝土可降低收缩率 1 2 8 , 粉煤灰掺 量为2 0 的铰缝混凝土可降低收缩率 2 3 5 。 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 l O 0 J F一 2 J F一 9 J F一 1 0 J F 一1 1 J Fl 2 组别 图l 不同粉煤灰掺量的铰缝混凝土抗压强度结果 表 4 1 8 0 d干燥收
11、 缩结果 3结 语 通过两个阶段对铰缝混 凝土 的试验 研究 , 得 出 的 主要结论 如下 : ( 1 ) 铰缝混凝 土的制备 过程 中应 重点考察 的指 标 包括力 学性 能 ( 抗 压 强度 和劈裂 抗拉 强度 ) 和 收缩 变 形性 能( 自收缩 和干燥 收缩 ) 。 ( 2 ) 铰缝混凝土的制备不必采用细骨料混凝 土, 以 2 5 c m最大粒径骨料进行配置较为合适, 但应重 点解决好混凝土的工作性能。 ( 3 ) 铰缝混凝土中宜掺入适量的粉煤灰, 粉煤 灰 的掺量 可控制 在 1 0 1 5 ; 掺 量过 低 , 其 干 燥 收 缩过大, 加快铰缝混凝土在后期服役 中的劣化; 掺量
12、 过高不利 于铰缝 混凝土 早期强度 的提升 , 同时也 增加 混凝土养生难度 。 参考文献 1 盛昌 , 周群美 , 陈晓刚 某 市政桥 梁铰缝 构造 病害 防治 J 工业建筑 , 2 0 1 0 , 4 ( S 1 ) : 1 0 3 01 0 3 1+ 9 9 8 2 卫军 , 李沛 , 徐岳 , 董荣珍 , 等 空心板铰缝协同工作性能影响 因素分析 J 中国公路学报 , 2 0 1 l , 2 4 ( 2) : 2 93 3 3 王渠 , 吴庆雄 , 陈宝春 装配式空心板桥铰缝破坏模式试验研 究 J 工程力学 , 2 0 1 4, 3 l ( S 1 ) : l l 51 2 0 4
13、叶见曙, 刘九生, 俞博, 等 空心板混凝土铰缝抗剪性能试验 研究 J 公路交通科技 , 2 0 1 3, 3 0 ( 6 ) : 3 33 9 5 王银辉 , 罗征 , 周怀治 , 等 型钢 一混凝 士组合加 固装配式板 梁桥铰缝试验 J 中国公路学报 , 2 0 1 5, 2 8 ( 9) : 3 84 5 6 张永宏 , 王挺 , 高公略 钢纤维混凝土铰接缝的抗剪试验研究 J 中外公 路 , 2 0 1 3 , 3 3 ( 5 ) : 2 8 5 2 8 9 收稿日期 2 0 1 6 - 0 1 1 1 作者简介 王安辉( 1 9 8 9一) , 男, 河南商丘人, 硕士, 研究方 向 : 新 型建筑材料 。 匿 誓墨J疆疆 厂 上 , r r rr p r E Il疆疆 , J l 厂 上 囝 L 厂 馐 F d 罢 慧龃