周敏，楊騰宇，邱冰，郭立賢，宋普濤，王良波，王晶，冷發(fā)光

（1.佛山市交通科技有限公司，廣東 佛山 528042；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；3.佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站有限公司，廣東 佛山 528042）

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是大跨徑橋梁建設(shè)中常用的一種結(jié)構(gòu)體系，具有施工操作簡便、受力合理、造價經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，但國內(nèi)外在橋梁長期運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)剛構(gòu)，尤其是大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁存在主跨長期下?lián)?、梁體開裂兩類通病。研究發(fā)現(xiàn)[1-6]，導(dǎo)致大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁出現(xiàn)跨中下?lián)吓c開裂病害的原因有很多，因混凝土自身收縮徐變大導(dǎo)致混凝土橋梁長期預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)而導(dǎo)致橋梁下?lián)霞伴_裂病害是當(dāng)前橋梁發(fā)生跨中下?lián)吓c開裂病害首要因素。調(diào)研發(fā)現(xiàn)[7-10]，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁下?lián)吓c開裂問題在大跨徑橋梁密集的廣東地區(qū)尤為突出（如虎門大橋、南海金沙大橋、順德水道特大橋），除結(jié)構(gòu)設(shè)計差異及原材料、施工等導(dǎo)致混凝土自身徐變性能差異外，較大的交通密度及較多的重載超載情況進(jìn)一步加劇了大跨度橋梁的跨中下?lián)霞伴_裂破壞問題。

進(jìn)行低徐變混凝土的配制及應(yīng)用是目前實(shí)現(xiàn)混凝土橋梁下?lián)霞伴_裂病害控制的常用技術(shù)措施。國內(nèi)關(guān)于基于混凝土配合比參數(shù)優(yōu)化的低徐變混凝土配制方面的研究較多，關(guān)于混凝土用原材料基本性能控制方面的研究較少。黃海生等[11]研究了摻合料對再生混凝土徐變性能的影響，結(jié)果表明，粉煤灰摻量分別為40%、30%時，對再生混凝土的總徐變和基本徐變抑制效果最優(yōu)，粉煤灰和礦粉復(fù)摻與粉煤灰單摻相比具有相似的規(guī)律，且對再生混凝土徐變的抑制效果更佳。李蒙等[12]研究了石灰石粉摻量對混凝土徐變系數(shù)的影響，結(jié)果表明，混凝土徐變系數(shù)隨著石灰石粉摻量的增加而增大，實(shí)際應(yīng)用中石灰石粉摻量不宜超過10%。楊騰宇等[13]研究了水膠比、膠凝材料用量、砂率、摻合料的摻用比例、混凝土含氣量、骨料種類對混凝土徐變性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，各因素對90 d徐變度影響順序?yàn)椋翰粨綋胶狭?增加膠凝材料用量>單摻粉煤灰>采用砂巖骨料>低膠凝材料用量=降低砂率>提高混凝土含氣量。

混凝土用原材料特別是骨料的種類、空隙率等對混凝土力學(xué)性能及耐久性能影響很大[14-16]，骨料的基本特性對混凝土力學(xué)性能及耐久性能產(chǎn)生影響的同時勢必會影響到混凝土的徐變性能。本項(xiàng)目針對廣東地區(qū)典型粗骨料狀況，以廣佛肇北江大橋主橋115+215+115 m連續(xù)剛構(gòu)現(xiàn)澆梁C60混凝土工程為依托，配制出性能滿足要求的現(xiàn)澆梁C60混凝土，研究了粗骨料種類、公稱粒徑、針片狀顆粒含量及空隙率對C60混凝土徐變性能的影響規(guī)律，為該項(xiàng)目工程建設(shè)及其他相關(guān)科研及工程應(yīng)用項(xiàng)目提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：廣東某水泥廠，P·O52.5，3、28d抗壓強(qiáng)度分別為32、59 MPa；粉煤灰：廣東某電廠，Ⅰ級，燒失量3.2%，45μm篩篩余5%，需水量比93%；礦粉：S95級，7、28 d活性指數(shù)分別為78%、95%，流動度比97%；外加劑：聚羧酸系高性能減水劑，含固量35%，減水率33%；細(xì)骨料：廣東某地河砂，含泥量1.8%，細(xì)度模數(shù)3.0；粗骨料：采用3種不同巖性粗骨料，其中花崗巖母巖、石灰?guī)r母巖、砂巖母巖的軸壓強(qiáng)度分別為122、129、115MPa。

1.2 試驗(yàn)方法

本研究對比設(shè)置了不同碎石種類、空隙率、公稱粒徑及針片狀顆粒含量幾個典型骨料性能指標(biāo)，不同粗骨料種類及關(guān)鍵性能參數(shù)見表1。

表1 粗骨料種類及關(guān)鍵性能參數(shù)

根據(jù)設(shè)計要求，混凝土應(yīng)具有良好的泵送性能，混凝土初始坍落度為（230±20）mm，7 d抗壓強(qiáng)度≥54 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度≥69.9 MPa；7 d彈性模量≥2.9×104MPa；C60低徐變混凝土90 d徐變度≤30×10-6MPa-1。

C60低徐變混凝土基準(zhǔn)配合比為：膠凝材料由75%水泥+15%粉煤灰+10%礦粉組成，總用量為490 kg/m3，水膠比0.3，砂率37%，設(shè)計濕表觀密度2450 kg/m3。通過調(diào)整混凝土外加劑摻量使得混凝土坍落度滿足設(shè)計要求，各組配合比參數(shù)及對應(yīng)的混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 配合比及混凝土性能

由表2可知，通過調(diào)整外加劑摻量可使各組混凝土的坍落度滿足設(shè)計要求，混凝土的7、28 d抗壓強(qiáng)度及7 d彈性模量均符合設(shè)計文件要求。

對上述各組配合比開展徐變性能試驗(yàn)。徐變混凝土試塊的制備及試驗(yàn)方法參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能及耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室溫度20℃，相對濕度60%。徐變試驗(yàn)用混凝土試塊拆模后先標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d，而后移至徐變室內(nèi)繼續(xù)干燥養(yǎng)護(hù)至28 d，按照GB/T 50082—2009的規(guī)定加載后測試混凝土不同齡期的收縮值及徐變值，計算混凝土1、3、7、14、28、56、90d的徐變度。

2 結(jié)果與分析

2.1 粗骨料種類對低收縮混凝土徐變度的影響（見圖1）

圖1 粗骨料種類對C60混凝土徐變度的影響

由圖1可見，對比1-1A、1-1B及1-1C混凝土，粗骨料為砂巖時C60混凝土的徐變度最大，粗骨料為花崗巖的次之，粗骨料為石灰?guī)r的最低。0～14d齡期內(nèi)各混凝土徐變度增長最快，14 d后混凝土徐變度增長速度變緩。粗骨料為砂巖的C60混凝土90 d徐變度最大為19×10-6MPa-1，粗骨料為花崗巖和石灰?guī)r的C60混凝土90 d徐變度較粗骨料為砂巖的分別降低了47%、53%?；炷列熳兪艽止橇蠌椥阅Ａ康挠绊懞艽?，混凝土強(qiáng)度等級相當(dāng)時，粗骨料的彈性模量越高，加載后徐變應(yīng)變越小，在徐變應(yīng)變基本相當(dāng)時，由此計算出的徐變度越低。3種粗骨料母巖中，石灰?guī)r的軸壓強(qiáng)度最高，石灰?guī)r次之，砂巖最低，骨料的彈性模量與軸壓強(qiáng)度成正比，因此3種粗骨料彈性模量由高到低為石灰?guī)r>花崗巖>砂巖，采用3種粗骨料配制混凝土的徐變度由高到低為砂巖混凝土>花崗巖混凝土>石灰?guī)r混凝土。

2.2 粗骨料粒徑對低收縮混凝土徐變度的影響（見圖2）

圖2 粗骨料公稱粒徑范圍對C60混凝土徐變度的影響

由圖2可見，對比1-1A、1-2A及1-2B混凝土，隨公稱粒徑中最大顆粒尺寸的增加，C60混凝土徐變度先減小后增大，公稱粒徑為5～20 mm時C60混凝土徐變度最大，公稱粒徑為5～25 mm時C60混凝土徐變度最小。各組C60混凝土14d內(nèi)徐變度增長最快，14 d后徐變度增長減緩。公稱粒徑為5～20 mm的C60混凝土90 d徐變度最大為17×10-6MPa-1，公稱粒徑為5～31.5 mm及5～25 mm的C60混凝土90 d徐變度較公稱粒徑為5～20mm的分別降低了40%、70%。

2.3 粗骨料針片狀顆粒含量對低收縮混凝土徐變度的影響（見圖3）

圖3 針片狀顆粒含量對C60混凝土徐變度的影響

由圖3可見，對比1-3A及1-3B混凝土，粗骨料空隙率相近時，針片狀顆粒含量越小時C60混凝土的徐變度越小。2組C60混凝土14 d內(nèi)徐變度增長最快，14 d后徐變度增長減緩。針片狀顆粒含量為8%時C60混凝土徐變度最大，90 d徐變度為17×10-6MPa-1，針片狀顆粒含量由8%降低到5%，C60混凝土90 d徐變度降低了12%。在混凝土中粗集料中針片狀顆粒大多傾向于水平排列，這使得針片狀顆粒下部表面容易出現(xiàn)因氣泡阻滯產(chǎn)生的氣孔及微裂縫等缺陷，進(jìn)而劣化骨料與漿體界面過渡區(qū)形貌，降低混凝土的密實(shí)度，降低混凝土的彈性模量，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土徐變應(yīng)變增大。

2.4 空隙率對低收縮混凝土徐變度的影響（見圖4）

圖4 空隙率對C60混凝土徐變度的影響

由圖4可見，對比1-3B、3-1A及3-1B混凝土，粗骨料針片狀顆粒含量（16～19 mm）相同時，空隙率越低，C60混凝土徐變度越小。3組C60混凝土14 d內(nèi)徐變度增長最快，14 d后徐變度增長減緩?？障堵蕿?6.3%時C60混凝土90 d徐變度最大，為17×10-6MPa-1，空隙率由46.3%降至44.1%、43.4%時，C60混凝土的90 d徐變度分別降低了5%、11%。

綜合以上研究結(jié)果可知，各因素對徐變度影響大小的順序分別為公稱粒徑≈粗骨料種類>針片狀顆粒含量≈空隙率。因此為降低廣佛肇北江大橋梁體徐變度，提高橋體的抗變形性能，進(jìn)行項(xiàng)目用C60低徐變混凝土配制時應(yīng)重點(diǎn)優(yōu)選粗骨料種類，篩選骨料最佳公稱粒徑范圍，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)選骨料的針片狀顆粒含量及空隙率。

3 結(jié)語

（1）粗骨料種類、公稱粒徑、針片狀顆粒含量及空隙率對C60混凝土徐變性能影響的順序?yàn)椋汗Q粒徑≈粗骨料種類>針片狀顆粒含量≈空隙率。

（2）粗骨料為砂巖的C60混凝土90d徐變度最大，為19×10-6MPa-1，粗骨料為花崗巖和石灰?guī)r的C60混凝土90 d徐變度較粗骨料為砂巖的分別降低了47%、53%。

（3）公稱粒徑為5～20 mm的C60混凝土90 d徐變度最大，為17×10-6MPa-1，公稱粒徑為5～31.5 mm及5～25 mm的C60混凝土90 d徐變度較公稱粒徑為5～20 mm的分別降低了40%、70%。

（4）針片狀顆粒含量為8%的C60混凝土90 d徐變度最大，為17×10-6MPa-1，針片狀顆粒含量由8%降低到5%時，C60混凝土90 d徐變度降低了12%。

（5）空隙率為46.3%時C60混凝土的90 d徐變度最大，為17×10-6MPa-1，空隙率由46.3%降低到44.1%、43.4%時，C60混凝土90 d徐變度分別降低了5%、11%。