王 薇,秦明強(qiáng),葉志坤

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430040)

塞爾維亞多瑙河大橋?yàn)橹袊M(jìn)出口銀行貸款項(xiàng)目，中國單位設(shè)計(jì)施工總承包，為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，2014年12月建成通車。該工程一個(gè)顯著的特點(diǎn)為采用天然卵石來配制全橋的樁基、承臺(tái)、墩身和預(yù)應(yīng)力梁等結(jié)構(gòu)混凝土。在塞爾維亞國內(nèi)，礦山資源較少，但流經(jīng)塞爾維亞的多瑙河底有豐富的卵石資源可打撈供使用。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，該國一直使用天然卵石來配制水泥混凝土，服役70余年的柏系卡橋?yàn)楣F兩用橋，至今仍然發(fā)揮著重要作用，其混凝土骨料均采用天然卵石。

目前，絕大部分混凝土采用碎石或破碎卵石作為粗骨料。有研究表明[1,2]，與碎石相比，天然卵石顆粒級配差、空隙率高、表面棱角少、與水泥漿體結(jié)合性差，因而對于高強(qiáng)或有抗?jié)B要求的混凝土，天然卵石應(yīng)用較少。但由于近年來大規(guī)模土木工程建設(shè)，良好的石材資源日益枯竭；國家對環(huán)境保護(hù)日益重視，提倡可持續(xù)發(fā)展，走“綠色經(jīng)濟(jì)、綠色產(chǎn)業(yè)、綠色建筑”之路?；诖耍芯恳远噼Ш哟髽?yàn)楣こ桃劳?，探討使用全天然卵石配制C50箱梁混凝土，對比研究全天然卵石混凝土與碎石混凝土力學(xué)特性的差異。

1 試驗(yàn)原材料

擬配制的箱梁混凝土抗壓強(qiáng)度等級為C50，坍落度要求為160～220 mm，初凝時(shí)間不小于10 h，混凝土所用骨料粒徑為0～16 mm。試驗(yàn)用原材料如下：

1)水泥：拉法基PC42.5R水泥，比表面積400 m3/kg，28 d抗壓強(qiáng)度57.8 MPa。

2)細(xì)集料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.3，表觀密度2 667 kg/m3，堆積密度1 840 kg/m3，含泥量0.92%，泥塊含量0.1%。

3)外加劑：西卡聚羧酸外加劑，固含量27.4%，減水率34.3%。

4)卵石：5～10 mm、10～20 mm兩種粒徑，經(jīng)試驗(yàn)室級配篩分試驗(yàn)，按3∶7混合后獲得孔隙率最低的卵石級配。試驗(yàn)用卵石物理性能指標(biāo)如表1所示。

5)對比試驗(yàn)用碎石。武漢江夏采石場5～20 cm連續(xù)級配碎石。物理性能指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)卵石物理性能指標(biāo)

2 同水膠比條件下的不同骨料混凝土性能差異對比

為對比卵石與碎石作為粗骨料配制混凝土的差異，選取固定膠凝材料用量和比例，不同水膠比混凝土，通過調(diào)節(jié)單方用水量和外加劑摻量達(dá)到接近的坍落度，測試配合比的擴(kuò)展度、含氣量、容重以及7 d和28 d抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)用配合比見表2，各配合比混凝土的性能見表3。

表2 卵石與碎石混凝土性能對比試驗(yàn)用配合比

表3 卵石與碎石混凝土性能對比

2.1 工作性能

在其他配合比參數(shù)相同的情況下，僅改變外加劑摻量時(shí)，碎石與卵石混凝土在水膠比為0.44情況下，卵石混凝土外加劑摻量較少時(shí)基本能達(dá)到與碎石相同的工作強(qiáng)度；在水膠比為0.40和0.36時(shí)與水膠比為0.44時(shí)規(guī)律一致，即在相同配合比下，卵石混凝土工作性能優(yōu)于碎石混凝土，主要有兩方面的原因：其一，卵石表面光滑、粒形圓潤，漿體流動(dòng)性較好，而碎石多棱角，漿體流動(dòng)時(shí)摩擦阻力大，流動(dòng)性較差；其二，卵石的吸水率小于碎石，在相同混凝土單方用水量情況下，卵石混凝土自由水量多于碎石混凝土。

對比其他配合比參數(shù)相同情況下，卵石混凝土的含氣量、容重與碎石混凝土無明顯差異。

2.2 力學(xué)性能

圖1為同水膠比下碎石混凝土與卵石混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度。由圖可知，分別選用碎石、卵石兩種骨料時(shí)，在配合比相同情況下(水膠比分別為0.44、0.40和0.36)，碎石組(LS01、LS04、LS07)7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均高于卵石組(LS02、LS05、LS08)抗壓強(qiáng)度。分析原因?yàn)椋核槭谋缺砻娣e大于卵石、碎石表面粗糙而卵石表面較為光滑，使得水泥水化產(chǎn)物與碎石骨料顆粒間更好接觸，并且水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣更容易與碎石表面反應(yīng)成生成水化硅酸鈣并附著在表面粗糙的碎石上，從而使膠凝材料跟骨料更好地粘接[3-5]。

從表3可以看出，對比LS01、LS02、LS03、LS06組，當(dāng)卵石混凝土水膠比相比碎石混凝土降低0.06時(shí)兩者28 d抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)；對比LS04、LS05、LS06、LS09組與LS07、LS08、LS09、LS10組，水膠比分別降低0.06與0.04時(shí)兩者28 d抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)；橋梁混凝土常用的強(qiáng)度等級一般為C35～C50，與該研究所示的抗壓強(qiáng)度范圍一致，為配制相同的抗壓強(qiáng)度混凝土，卵石混凝土與碎石混凝土相比，水膠比需有一定程度的降低，降低幅度約為0.04～0.06。

3 同抗壓強(qiáng)度條件下骨料類型對混凝土力學(xué)特性的影響

同水膠比條件下，卵石混凝土抗壓強(qiáng)度低于碎石混凝土；而通過使用高性能減水劑、改善水膠比及提高膠凝材料用量，混凝土抗壓強(qiáng)度可大幅提高。通過配合比調(diào)整優(yōu)化，使用卵石配制出與碎石混凝土抗壓強(qiáng)度相同，滿足設(shè)計(jì)要求的箱梁混凝土。同抗壓強(qiáng)度混凝土配合比如表4所示。

表4 同強(qiáng)度混凝土試驗(yàn)配合比

使用LS11、LS12配合比進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)，以研究同抗壓強(qiáng)度條件下，碎石與天然卵石混凝土的力學(xué)特性。試驗(yàn)結(jié)果對比如圖2～圖5所示。

由圖2～圖5可見，不同齡期的碎石混凝土抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度與卵石混凝土相近，屬于同強(qiáng)度配合比。而同強(qiáng)度條件下卵石混凝土的抗折強(qiáng)度、彈性模量均稍低于碎石混凝土，相比碎石混凝土分別降低為4.8%和6.3%，兩者差異基本可忽略。

使用LS11、LS12配合比，針對卵石混凝土和碎石混凝土，分別開展10組抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以研究不同骨料對混凝土力學(xué)性能離散性影響，并對比不同骨料混凝土的拉壓比。試驗(yàn)結(jié)果見圖6、圖7。

試驗(yàn)配合比的28 d抗壓強(qiáng)度最大值、最小值、均值與標(biāo)準(zhǔn)差以及平均拉壓比如表5所示。

表5 抗壓強(qiáng)度值、標(biāo)準(zhǔn)差及平均拉壓比

由表5可見，在抗壓強(qiáng)度相近的情況下，碎石混凝土的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于卵石混凝土，表明卵石混凝土的抗壓強(qiáng)度離散性更小，有利于混凝土質(zhì)量控制。

4 結(jié) 語

a. 配制卵石混凝土?xí)r水膠比較碎石混凝土有一定程度的降低，對于C50箱梁混凝土而言，水膠比約降低0.04～0.06；容重根據(jù)骨料的松散堆積密度或容重實(shí)測值進(jìn)行調(diào)整。

b.同抗壓強(qiáng)度情況下，卵石混凝土的抗折強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量基本與碎石混凝土相當(dāng)、拉壓比低于碎石混凝土，抗壓強(qiáng)度偏差小于碎石混凝土。

[1] 徐 欣,劉金才,顏萬軍,等.用卵石配制高強(qiáng)高性能混凝土的探討[J].混凝土,2001(5):51-53.

[2] 陳積光,肖四喜,曾文德,等.碎石混凝土與卵石混凝土雙向拉伸強(qiáng)度研究[J].混凝土,2007(8):61-64.

[3] 李樹山,高丹盈.粗骨料粒徑對卵石混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土,2013(2):59-63.

[4] 秦明強(qiáng),陳夢義,葉志坤,等. 天然卵石集料配制C50梁混凝土研究[J].建材世界,2015, 36(6):25-28.

[5] 邢 斌,張戎令.高性能混凝土粗骨料碎卵石破碎面研究[J].混凝土,2011(12):90-93.