王曉山

摘 要： 為在保證橋梁承載力和耐久性要求的前提下降低材料成本，本文選取強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)水泥，通過雙摻粉煤灰和礦粉的方式降低膠材用量，并加入聚羧酸減水劑來配置C50標(biāo)號(hào)高性能橋用混凝土，室內(nèi)試驗(yàn)表明混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足實(shí)體工程要求。采用本文配合比所配置的混凝土制作了單梁，通過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)對(duì)比了試驗(yàn)梁控制截面處的應(yīng)變和撓度，結(jié)果表明，該梁的實(shí)際承載力滿足設(shè)計(jì)要求。在靜載過程中對(duì)梁體裂縫情況進(jìn)行了觀測(cè)，未見裂縫出現(xiàn)，表明該梁在抗裂性方面也滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞： 靜載試驗(yàn)；高性能混凝土；單梁；應(yīng)變；撓度

1、引言

高性能混凝土（High Performance Concrete-HPC）最早由美國(guó)于1980年代末1990年代初基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)概念而提出的。高性能混凝土與普通混凝土相比有很多優(yōu)勢(shì)，具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性，而且可節(jié)約料源，保護(hù)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。高性能混凝土大量使用粉煤灰等礦物攙合料，不僅改善混凝土性能，而且利用了工業(yè)廢料，形成良好的生產(chǎn)循環(huán)。高性能混凝土的使用也是許多基礎(chǔ)設(shè)施耐久性設(shè)計(jì)中最為省力和投資最少的方法。

2、配合比及材料性能

本文采用原材料有水泥、粉煤灰、礦粉、細(xì)骨料、粗骨料和聚羧酸外加劑。對(duì)粉煤灰、礦粉、細(xì)骨料、粗骨料和聚羧酸外加劑等進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足公路橋梁規(guī)范要求。同時(shí)，對(duì)施工用水也按照技術(shù)要求進(jìn)行了檢測(cè)，選取用水滿足混凝土拌合用水的技術(shù)要求。通過反復(fù)試配，本文確定高性能混凝土的配合比如表1所示。

通過室內(nèi)試驗(yàn)得到上述配合比下拌合物的性能，如表2所示。

經(jīng)過不同齡期的抗壓試驗(yàn)，確定了混凝土在不同齡期的抗壓強(qiáng)度，如表3所示。

表3表明，在28天以后混凝土的強(qiáng)度為58.9MPa，超過了預(yù)期設(shè)定的50MPa目標(biāo)，而隨著齡期的發(fā)展，混凝土的強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。

經(jīng)過試驗(yàn)確定了混凝土的彈性模量、凍融質(zhì)量損失、凍融相對(duì)動(dòng)彈模量和電通量等指標(biāo)，如表4所示。

表4表明，本文所配的C50高性能混凝土的彈性模量、凍融質(zhì)量損失，凍融相對(duì)動(dòng)彈模量和電通量等指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

3、單梁靜載試驗(yàn)及分析

上述材料試驗(yàn)結(jié)果表明，按照本文配制的高性能混凝土在工作性能、強(qiáng)度和耐久性方面均可滿足C50混凝土的要求。為進(jìn)一步驗(yàn)證所配制的混凝土能否滿足公路橋梁實(shí)體工程的要求，應(yīng)用本文所配置的混凝土制作箱梁?jiǎn)瘟哼M(jìn)行靜載試驗(yàn)，該試驗(yàn)在某一級(jí)公路項(xiàng)目的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

3.1 橋梁基本概況

橋梁位于某一級(jí)公路處，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面寬度為12.0m。該橋上部采用4-20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單梁?jiǎn)为?dú)預(yù)制、簡(jiǎn)支安裝、現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡(jiǎn)支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，全幅4片主梁。

3.2試驗(yàn)依據(jù)

本試驗(yàn)按照《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）、和依托工程設(shè)計(jì)圖紙及施工資料等進(jìn)行。

3.3 試驗(yàn)內(nèi)容

為了驗(yàn)證本文所配置的C50高性能混凝土在橋梁工程中的適用性，通過靜載試驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁的實(shí)際承載能力、抗裂性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)荷載的確定

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中的要求，并推廣應(yīng)用到單片梁試驗(yàn)，試驗(yàn)荷載根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的最不利效應(yīng)值和二期恒載產(chǎn)生的效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得[見（JTG/T J21-2011-8.1.2靜力荷載試驗(yàn)效率）]：

（1）

（1）式中：η— 靜力試驗(yàn)荷載效率；

Ss— 靜力試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最大計(jì)算效應(yīng)值；

S′— 設(shè)計(jì)汽車荷載作用下，同一加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最不利效應(yīng)計(jì)算值；

SG2 — 二期恒載作用下，同一加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最不利效應(yīng)計(jì)算值；

μ — 按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值。

（2） 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試斷面如圖3所示。為得到試驗(yàn)梁在試驗(yàn)載荷作用下混凝土的應(yīng)變情況，在梁的跨中及L/4截面，沿梁高不同位置粘貼電阻應(yīng)變片，如圖4所示。

（3）加載方案

加載步驟與方法如下：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，利用涵蓋板對(duì)試驗(yàn)梁施加集中均布荷載，首先，將過秤好的涵蓋板準(zhǔn)備好，并放置到現(xiàn)場(chǎng)，待儀器設(shè)備調(diào)試處于正常工作狀態(tài)后，按照試驗(yàn)荷載的50%、和100%分兩級(jí)緩慢加載。每級(jí)荷載穩(wěn)定后，觀察梁體有無裂縫出現(xiàn)，并將應(yīng)變和撓度的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，確信梁仍處于彈性工作狀態(tài)后再施加下級(jí)荷載，直至加載結(jié)束。

（4）裂縫觀測(cè)

加載過程中隨時(shí)觀測(cè)梁體底板和腹板是否有裂縫產(chǎn)生。若有裂縫產(chǎn)生，觀測(cè)裂縫的發(fā)展情況，并進(jìn)行量測(cè)和描繪。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

表5和表6列出了試驗(yàn)梁應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，表明在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)梁各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值小于計(jì)算應(yīng)變值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.58～0.78之間。表明試驗(yàn)梁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并有一定強(qiáng)度儲(chǔ)備。應(yīng)變計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較如圖6和圖7所示。

表7列出了試驗(yàn)梁撓度的理論計(jì)算值和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，撓度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較如圖8所示（實(shí)測(cè)撓度值已扣除支點(diǎn)沉降的影響）。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)梁的實(shí)測(cè)撓度小于計(jì)算值，且遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.73～0.88之間，試驗(yàn)梁的剛度滿足設(shè)計(jì)要求，并有一定剛度儲(chǔ)備。

在加載試驗(yàn)過程中，經(jīng)全面仔細(xì)觀察試驗(yàn)梁，未見裂縫出現(xiàn)，表明混凝土抗裂性滿足要求。

4、結(jié)論

本文采用42.5級(jí)水泥，雙摻粉煤灰和礦粉，添加聚羧酸外加劑進(jìn)行C50橋用高性能混凝土的性能及其在實(shí)體工程中的應(yīng)用研究，通過室內(nèi)材料試驗(yàn)和實(shí)體橋梁工程的靜載試驗(yàn)，得到以下主要結(jié)論：

（1）本文所選用的配合比配置的C50混凝土從拌合物性能、強(qiáng)度、彈性模量、凍融質(zhì)量損失、凍融相對(duì)動(dòng)彈模量和電通量等指標(biāo)均滿足公路橋梁工程的技術(shù)要求，在膠材中摻入粉煤灰和礦粉，降低了材料成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）對(duì)試驗(yàn)梁的靜載試驗(yàn)表明，試驗(yàn)荷載下，試驗(yàn)梁各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變小于計(jì)算應(yīng)變，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.58～0.78之間，表明本文配置的混凝土制作試驗(yàn)梁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，還有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。

參考文獻(xiàn)

[1]張譽(yù)，蔣利學(xué)，張偉平，屈文俊.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]同濟(jì)大學(xué)等.《混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)參數(shù)研究》工作大綱，西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目.同濟(jì)大學(xué)，2007.

[3]張偉平，張譽(yù).現(xiàn)有房屋耐久性等級(jí)評(píng)估.中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第九屆年會(huì)：工程安全性及耐久性論文集，浙江杭州，2000.