工程材料与设备器 粥搿ｉ 酶 蚺黝 姆 ｌ＆鞋ｑ ｉ ＠辨ｌ Ｃ７０抗扰动高性能混凝土的应用研究 田景松 ，杨荣俊 ，杨思忠 ，刘 峰。，韩 光 ，曾 波 ，李彦昌。，李 杰 （１．北京市政路桥建材集团有限公司，北京 １００１７６；２．北京首都公路发展集团有限公司，北京 １００１６１； ３．北京高强混凝土有限公司．北京 １０００７１） 摘 要：采用试验室研究、试验段检测评估等手段．分析了桥梁结构在正常通车条件下新建匝道与已有桥梁的连接部现 浇混凝土结构由于受交通荷载扰动而引起混凝土裂缝、钢筋握裹力不良以及强度下降等不利影响，揭示了扰动对混凝土 性能的影响规律。优选Ｃ７０抗扰动混凝土并进行工程应用研究和结构混凝土质量检测评估，证明混凝土耐久性优良、实 体结构质量可靠，技术方案切实可行。 关键词：桥梁；抗扰动混凝土；混凝土裂缝；钢筋混凝土握裹力；实体结构质量评估 中图分类号：＿ｒＬ ５２８．３１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７６７（２０１３）Ｏｌ—Ｏ１ １５—０４ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃ７０ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｔｉａｎ Ｊｉｎｇｓｏｎｇ，Ｙａｎｇ Ｒｏｎｇｊｕｎ，Ｙａｎｇ Ｓｉｚｈｏｎｇ，Ｌｉｕ Ｆｅｎｇ，Ｈａｎ Ｇｕａｎｇ，Ｚｅｎｇ Ｂｏ，Ｌｉ Ｙａｎｃｈａｎｇ，Ｌｉ Ｊｉｅ １工程背景 为４０￣６０ ｋｍ／ｈ，经２ ｍｉｎ的观测．流量基本为３５０ 针对上述情况，初步设计方案提出２ ｈ抗压强度达 新建的京包高速公路１号标匝道桥需要与北京 ４００辆车。 市北五环路箭亭桥贯通连接，但施工期间由于五环路 处于正常通车状态，通车荷载激发桥梁振动，会对桥 到２０ＭＰａ以上，２８ ｄ强度大于Ｃ４０的设计要求。抗扰 梁连接部现浇混凝土结构的钢筋握裹力以及混凝土 动混凝土技术指标见表１。 力学性能造成不可预知的影响，所以易出现裂缝、强度 下降等质量缺陷。 针对如何评估扰动对于现浇？昆凝土的影响以及 解决这一丁程难题，雷周、张永娟等学者ｌｌ＿ １对抗扰动 混凝土施Ｔ可行性及扰动对于混凝土性能的影响开 表ｌ 抗扰动混凝土技术指标 展了相关试验研究。由于国内外鲜见抗扰动混凝土工 程应用的相关报道，目前又尚无成熟的经验可以借鉴 和指导，而且试验室模拟的状况也难与实际丁况相符， ２技术难点 因此只能要求混凝土在较短的时间里达到免受扰动 即可满足轻型车辆通行要求）。 水泥混凝土从初凝到终凝是水泥水化产物形成 发生扰动，很容易破坏水泥水化产物的结构，降低混 破坏的强度（一般情况下混凝土强度达到２Ｏ ＭＰａ以上， 最快的阶段，也是强度增长较快的阶段。如果在该阶段 根据施Ｔ期间对北京市北五环路箭亭桥桥区交 凝土的强度：其次扰动有可能导致混凝土表面产生裂 通流量的统计和估算可知，一般情况下车辆平均时速 缝以及影响钢筋与混凝土的握裹力。 为８０ ｋｍ／ｈ，高峰时期为６０ ｋｍ／ｈ，以桥区长２ ｋｍ计算。 张永娟等人ｌ ３１分析认为，现浇混凝土在凝结硬化 车辆通过需１．５～２．０ｒａｉｎ。因此，确定通过桥区观测点 中期（初、终凝至一定强度足够抵御扰动的阶段），抗扰 的交通流量时间为２ｒａｉｎ。在该时问内３条车道可通过 动性能最差，应尽量减小对该阶段的扰动。在无法中断 ４００ ５００辆车（３ ｄ观测统计通过的重车为１０％～ 交通、降低交通荷载带来扰动的情况下，只有提高混 ２０％），而在施工期间，按照交通导改方案．需要占用１条 凝土性能、缩短凝结硬化中期时间，才能实现抗扰动 车道，只有２条车道可通行，因此交通平均速度会下降 的设计目标 ２０１３￣－Ｉ期（１一）第３１卷瘩ｊ５：技术１１５ 器工程材料与设备 甏 Ｉ。０。０ 毯ｌ姆０蘸 ◆◆ ３高强混凝土拌和方案和技术选择 ３．１预拌硫铝酸盐水泥快硬混凝土 能够根据施工进度．实现混凝土多次、零星供应或连 续大批量的供应。 经对上述技术方案的比较，笔者认为普通硅酸盐 预拌硫铝酸盐水泥快硬混凝土是采用快硬硫铝 ３．４混凝土技术方案的确定 酸盐水泥和专用缓凝剂及早强促硬剂配制的快硬混 凝土．采取预拌方式生产，需要兼顾控制缓凝时间和浇 水泥高强快硬抗扰动混凝土更适于该Ｔ程。 筑后早期强度发展的矛盾，才能既保证运输又保证早 ４试验研究及工程应用 强。该种｝昆凝土一般加水后２～３ ｈ可保持流动性，加入 根据既定的技术方案，配制高强度等级混凝土，除 早强促硬剂后．Ｉ～２ ｈ初凝，３ ｈ强度达到２０￣３０ ＭＰａ。 了优选水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂、石等原材料外，还掺 但针对该Ｔ程施Ｔ特点。其质量控制和组织供应存在 加了优质的增密硅灰和ｊ号门配制的复合型聚羧酸高 较大难度，主要体现在： １）Ｔ程量少、次多，不同批次的水泥和施Ｔ温度 对混凝土质量易带来较大的影响： ２）硫铝酸盐水泥快硬混凝土与普通混凝土生产 供应存在较大的冲突，在目前混凝土搅拌站生产量饱 满的情况下，组织生产难度较大。 ３．２现场搅拌硫铝酸盐水泥快硬混凝土 采取现场搅拌丁艺，胶凝材料及砂石集料均按包 装计量，拌和水使用定量水桶计量，施Ｔ现场只需计 量用水量，便可确保计量和配比的准确性。 现场搅拌Ｔ艺适合小批量混凝土的浇筑，在满足 操作时间的要求条件下，同时也能满足快速通车及Ｔ 程质量的要求 现场搅拌存在的技术问题如下： １）现场多采用滚筒式搅拌机，混凝土质量匀质性 较差： ２）每次搅拌方量小，难以满足施Ｔ用量要求： ３）施工现场粉尘飞扬、机械噪声较大，不利于环保。 ３．３普通硅酸盐水泥高强快硬抗扰动混凝土 普通硅酸盐水泥与优质硅灰、粉煤灰等矿物掺合 料组合用于配制具有一定黏度的低水胶比、高强混凝 土，再掺用超早强高性能聚羧酸减水剂便可以加速混 凝土强度的发展 因为现浇混凝土在初凝之前还处于 塑性状态，即使受到扰动，也具备自愈合的能力，而在 凝结硬化后期，混凝土已具备较高的强度，足以抵抗 扰动对其产生的破坏：但在凝结硬化中期（初、终凝至 一定强度），抗扰动性能最差。因此改善混凝土抗扰动 性能，最行之有效的办法是使用快硬混凝土，通过缩短 初、终凝时问，加快混凝土强度发展，使扰动的不利影 响最小化。 采用该方案的优点有： １）能够达到混凝土性能设计目标； ２）普通硅酸盐水泥混凝土易于预拌化生产供应， １１６，；｝教技术２０１３ Ｎｏ．１（Ｊａｎ．）Ｖｏ１．３１ 性能减水剂 ４．１混凝土配合比设计（见表２） 表２ Ｃ７０抗扰动混凝土配合比 水胶 水／ 水泥， 硅灰，粉煤灰／矿渣粉，砂率 外加 比 （ｋ ／ｍ ）（ｋｇ／ｍ￣）（ｋ ｍ３）（鬣 蕊 ）（ ＿／ｍ ） ％ 剂，％ ０．２４ １４５ ３５０ ５Ｏ ８０ １２０ ４０ １．８ ４．２混凝土性能 Ｆｄ薹 蹬坦辗 ４．２．１拌合物性能（温度２０￣３０ ｏ鲫加的∞Ｃ条件下）∞如加 ｍ Ｏ １） 机混凝土坍落度为２２０～２４０ ｎｌｍ，１ ｈ后为 ２００￣２２０ ｌｌｌｍ，流动性好，无泌水、离析等和易性不良 情况。 ２）加水４～５ ｈ后完成初终凝。 ４．２．２力学性能（见图１） 罔１ 不同温度条件下的混凝土强度发展曲线 ４．２．３耐久性能 １）混凝土早期收缩情况 试验使用非接触式早期收缩测定仪测定，测定龄 期为０～３ ｄ，并与Ｃ５０｝昆凝土比较，其结果见网２。 ２）混凝土耐久性指标（见表３） ４．３混凝土施工组织及连接部施工 综合考虑混凝土生产、运输、浇筑以及成型和交 通导改时间等各环节，基本确定按照以下Ｔ序安排： ｇ４ｄ，褂嫱 伽 瑚 咖 啪 鲫 栅 瑚 ｏ ——Ｃ５０干缩率１ ——Ｃ５０干缩率２ ——Ｃ５０干缩率３ ——Ｃ７０干缩率 ＿一２罱导 客兰鸯兰至三墨蔑 詈 数据采集次数（１５ ｍｉｒｄ次） 冈２ Ｃ７０混凝土与Ｃ５０混凝土干缩率对比 表３ Ｃ７０抗扰动混凝土耐久性指标 施Ｔ现场准备就绪后及时通知混凝土公司，一般在 甘ｄ 、 嗵 甘ｄＷ， 黼 ２２：３０左右开始生产混凝土．运输时间为５０￣７０ ｍｉｎ， 最晚混凝土出站时间控制在２４：００￣００：３０．以确保浇 筑混凝土时间在凌晨ｌ：００～１：３Ｏ前完成，使混凝土在 早高峰时间交通流量产生较大扰动前已经凝结并产 生足够强度。 ２０１１年６～７月期间，首先进行了试验段施Ｔ和 试验段结构检测分析，后续连接部混凝土结构共分 ８次浇筑桥面板、横隔梁，约５００ ＩＴＩ 。到达现场的混凝 土拌和物和易性良好．施工浇筑完毕进行表面拉毛及 覆盖，同时按照检测方案留置混凝土试块和预留若干 平整面以进行超声、回弹、钻芯取样等检测。经多次 结构检测表明，混凝土结构内部致密、无缺陷，外观 质量优良，未出现裂缝等缺陷，新旧接茬部结合紧密， 整体结构评定优良：目前已经完成结构验收、实现 通车。 ５试验分析 ５．１结构强度 １）混凝土早期强度发展较快。但随着环境温度降 低，早期强度有所降低：２８ ｄ标养强度达到设计要求。 ２）耐久性各项指标优良，属于高耐久、高密实度 混凝土 ３）早期收缩试验证明，混凝土体积稳定性良好。 ４）同条件养护试块强度＞实体回弹强度＞实体取 芯强度（３ ｄ芯样强度已达到设计强度的１０９％。２８ ｄ强 度超过１５０％）。 工程材料与设备器 鞲舱 ｌ辩龉 ｌ 《鼢 黜《最鲑锶 《 船 鼋 ５．２扰动对强度的影响（见图３、４） 冈３扰动对试验段混凝土强度的影响 罔４扰动对实体结构混凝土强度的影响 １）从试验段（２０￣３０ ｏＣ）各龄期结构抽样测试可 知．强度平均损失５～７ ＭＰａ： ２）从实体结构（２５～３９ ｏＣ）各龄期结构抽样测试 可知，强度平均损失２．５～４ ＭＰａ 研究认为，混凝土结构受环境温度影响，温度越 高，扰动损失强度减小；扰动主要对混凝土早期影响 较大，强度发展越快，影响越小。 ５．３扰动对混凝土的钢筋握裹力影响（见图５） 一－ ｌ ｊ 一非扰动试件 试验龄期／ｄ 图５试验段混凝土钢筋握裹力试验 由图５可知： １）１ ｄ钢筋握裹力。扰动试件低于非扰动试件约 ２５％： ２）随着混凝土强度的发展，扰动试件与非扰动试 件的３ ｄ钢筋握裹力相同： ３）后期钢筋握裹力并无明显下降。 （下转第１２０页） ２０１３￣１期（１一）第３１卷席荭故ｊＩ：１１７ 器工程材料与设备 ｉ 酶髓％《 氆稿 臻 妻雏｛； ｜ 嚣 …＇ｔ７１：（； ｉｉ：Ｅ 魏 ｌ｜ 面，２种沥青混合料的残留马歇尔稳定度、冻融劈裂强 可以充分发挥低标号沥青的抗车辙优势。从通车后几 度比均相差不大，几乎相当。因此，按照现行规范的技术 个月的运营情况看，该路段路用性能良好。要求，５０号沥青的混合料可以在Ｔ程建设中使用，其 另外，从技术经济性考虑，５０号沥青混合料价格约 抗车辙性能优异，尤其适用于道路中、下面层巾，在有 为５７０元／ｔ，若用改性沥青．混合料价格将达６２０元／ｔ， 表面层保护的条件下，可以发挥其抗高温变形性能ｌ 。 ４ ５０号沥青在阜石路二期工程中的应用 按照１个车道宽度３．７５ １ＴＩ，长度１ ｋｍ，厚度７ ｃｍ计算， 大约需要６５６．３ ｔ沥青混合料．用５０号沥青混合料造价 根据阜石路一期（西四环路一两五环路）运营１年 约为３７．４万元，改性沥青混合料造价约为４０．７万元， 多时间的验证结果．总结近几年北京市道路Ｔ程中采 可以节约３．３万／（ｋｒｎ・车道・层），若按１０个车道、２层 用新材料、新Ｔ艺的经验，结合同家节能减排、保护环 结构计算，可以节约建设资金约６６万／ｋｉｎ。凶此，低标 境、低碳经济的方针，进行 石路二期沥青路面设计。 （印尼布敦岩沥青）： 号沥青的应用具有明显的经济性优势，在保证路面性 １）高架桥一般路段：４ ＣＦｎ ＳＭＡ一１３＋４ ｃｍ ＡＣ一１６Ｃ 能的同时，可以大大节约投资。 ５ 结语 ２）桥上公交车站、大纵坡段：４ ｃｍ ＳＭＡ一】３（４‰ ＰＲ）＋４ ｏｍ ＡＣ一１６Ｃ（６％。ＰＲ）； ５０号沥青在北京市城市快速路建设中的应月＝ｊ，探 索了低标号沥青在北方地 应用的经验，开启了低标 ３）快速路主路坡段：４［３Ｉｌｌ ＳＭＡ一】３ｆ４‰ＰＲ）＋６ ｔｉｌｌ 号沥青在丁程应用中新的一页，将推动我固低标号沥 ＡＣ一２０Ｃ（７０号沥青＋６％。ＰＲ）＋７ ｃｍ ＡＣ一２５Ｃ（５０号 青在性能评价、材料设计方面向更深的层次发展 ≯ 沥青）： ４）桥下道路主路：４（３１１１钢渣ＳＭＡ一１３＋６ Ｃ１ＴＩ ＡＣ一２０Ｃ 参考文献：（５０号沥青）＋７ ｃｍ ＡＣ一２５Ｃ（５０号沥青）： ５）桥下交叉口、公交站：４ ｃｍ钢渣ＳＭＡ一１３（４‰ ［１】陈忠达，袁万杰，薛航，等．沥青混合料高温性能评价指标【Ｊ１． 长安大学学报：自然科学版，２００６，２６（５）：１—４． ＰＲ）＋６ ｏｍ ＡＣ一２０Ｃ（７０号沥青＋６％Ｄ ＰＲ）＋７ ｃｍ ＡＣ一２５Ｃ ［２］吴传付，下苹．硬质沥青及其混合料路 忡能的试验研究ｆＪ１． （５０号沥青）： ６ ｏｍ ＷＡＣ一２０Ｃ（５０号沥青）。 Ｔ程与建设，２００９，２３（２）：２２８—２３０． 验研究『Ｊ１．石浦沥青，２００８，２２（２）：７—１ ３． ３１刘朗晖，沙庆林，李振科．Ａ一３０碗质沥青及其混合料性能试 ６）桥下道路辅路：４ｃｔｎＷＡＣ—ｌ３Ｃ（７０号基质沥青）＋ ［【４】罗立．硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究【Ｄ］．长沙： 长沙理Ｔ大学，２００９：６５—７２． 这些结构层材料中包括了改性沥青、岩沥青、低标 号沥青、抗车辙剂、优质集料等，主要目的就是解决该 路段沥青路面在重载作用下的抗车辙问题。阜石路快 【５】黄晓明，吴少鹏，赵永利．沥青与沥青混合料［Ｍ］．南京：东南 大学 版社，２００２：８８—９２． 速路主路上下坡路段、桥下道路主路、桥下平面交叉 【６１交通部公路科学研究所．ＪＴＧ Ｆ４０—２００４公路沥青路面施Ｔ 口、公交站及前后、桥下道路辅路等路段道路荷载作 技术规范［Ｓ】．北京：人民交通 版礼，２００４． 用最复杂，沥青路面处于 维受压缩和剪切状态下， 坡段的慢速、路口和公交车道的复杂剪切作用，都给 收稿日期：２０１２—０８—２８ 基金项目：交通运输部科技项目（２００９３５３３１ １０２０） 沥青路面高温性能带来了不利影响，凶此，将５０号沥 作者简介：黄建强，男，高级Ｔ 程师，学上，主要从事道桥建设与管理 青混合料ＡＣ一２０、ＡＣ一２５应用于这些特殊荷载路段， ｒ作。 （上接第１ １７页） 参考文献： 【１】需周，张永娟．不中断交通桥梁修补混凝土的可行性分析【Ｊ１． 广东建材，２００８（６）：５６—５８． ６结论 试验研究和实体混凝土质量检测证明，采用普通 硅酸盐水泥高强快硬抗扰动混凝土和现有施ＴＴ艺， 『２１张永娟，张悦然，张雄．改善混凝上抗扰动性能的三种途径 在目前桥梁通车状况下： 『Ｊ｛．建筑材料学报，２０１ １（２）：２６—２９． ３ｌ张永娟，张悦然，张雄．混凝士凝结硬化阶段抗扰动性能研 １）钢筋握裹力以及混凝土内外部质量不受扰动 【影响，但混凝土强度有一定程度的降低。 ２）采用超 设计强度等级的早强抗扰动混凝土， 聩量、 ． 究 １．混凝土与水泥制品，２００９（５）：１—３． 收稿日期：２０１２—０９—２１ 发及混凝土耐久性能评估、检测和技术管理等Ｌ 作。 可以有效保证混凝土达到设计强度，获得良好的１＿程 作者简介：田景松，男，岛级Ｔ 程师，硕Ｌ，主要从事高性能混凝ｔ研 １２０，；｝教投求２０１３ Ｎｏ．１（Ｊａｎ．）Ｖｏ１．３１
