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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

某大橋主塔高性能混凝土的制備與性能研究

陳瓊，秦哲煥

［摘要］為保障某大橋所采用高性能混凝土的成功應(yīng)用，研究了防腐劑與纖維單摻以及雙摻下的混凝土力學(xué)性能、抗氯離子滲透性能以及早期抗裂性能，并對(duì)工程實(shí)際中的裂縫控制效果進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：?jiǎn)螕嚼w維可以大大提高混凝土的力學(xué)性能和早期抗裂性能，單摻防腐劑可以降低混凝土的氯離子滲透系數(shù)，兩者的復(fù)合使用不會(huì)相互產(chǎn)生負(fù)面影響。實(shí)際工程中復(fù)合使用防腐劑和纖維，混凝土的裂縫控制效果良好，裂縫降低系數(shù)可達(dá) 87.3%。

［關(guān)鍵詞］高性能混凝土；力學(xué)性能；抗氯離子滲透性能；抗裂性能；工程應(yīng)用

引言

混凝土作為建筑工程中的重要材料，其性能的優(yōu)劣將直接影響工程的質(zhì)量^[1,2]。尤其對(duì)于橋梁工程，設(shè)計(jì)使用年限長(zhǎng)，故對(duì)混凝土的耐久性能要求更為嚴(yán)格。水位的干濕交替，水中含有的腐蝕性離子侵蝕，都可能導(dǎo)致混凝土的劣化，從而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命^[3]。基于此，高性能混凝土應(yīng)運(yùn)而生，其具有工作性好、體積穩(wěn)定、耐久性優(yōu)異等特點(diǎn)，作為混凝土材料發(fā)展的新方向，已成功應(yīng)用于大跨徑橋梁工程中^[4]。目前不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了混凝土性能優(yōu)化方面的研究。裴巖等^[5]研究表明，采用混凝土防腐劑能夠提升混凝土的抗?jié)B性能和抗腐蝕性能；程立福等^[6]的研究表明，混凝土中摻入較低摻量的纖維可以提高其抗裂性能；秦哲煥等^[7]研究表明，膨脹劑和纖維可以復(fù)合使用，對(duì)混凝土的抗裂性能提高具有協(xié)同作用。

湖北某大橋的主塔結(jié)構(gòu)采用了C55高性能混凝土，為了提升混凝土的耐腐蝕性能和抗裂性能，技術(shù)人員選用了防腐劑和纖維配制高性能混凝土。因此，本文基于此大橋項(xiàng)目的主塔結(jié)構(gòu)，研究防腐劑與纖維對(duì)混凝土的力學(xué)性能、抗氯離子滲透性能、抗裂性能的影響，并驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)工程的實(shí)際應(yīng)用效果。

原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

水泥為華新水泥生產(chǎn)的II52.5，其主要性能指標(biāo)見表；粉煤灰為武漢青山發(fā)電廠的級(jí)粉煤灰；礦粉為武新新型建材有限公司生產(chǎn)的S95礦粉；粗骨料為25mm石灰?guī)r，壓碎值為10%；細(xì)骨料為當(dāng)?shù)睾由埃?xì)度模數(shù)2.88；減水劑為蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸緩凝高效減水劑（PCA），減水率27%；防腐劑為廣東巨三建材提供的多功能防腐劑（CPA），其性能指標(biāo)見表；纖維采用寧波時(shí)科新材料科技公司生產(chǎn)的溫縮抗裂纖維（AC-12），其性能參數(shù)見表；水為自來水。

1.2試驗(yàn)方法

混凝土力學(xué)性能按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 500812019測(cè)試?？孤入x子滲透性能和早期抗裂性能按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 500822009進(jìn)行，其中氯離子滲透試驗(yàn)采用RCM法，試件標(biāo)養(yǎng)28d

1.3試驗(yàn)配合比

為了控制混凝土的早期放熱集中，項(xiàng)目采用了低水膠比、高粉煤灰摻量、低砂率的設(shè)計(jì)思路，基于此，以水膠比0.30，砂率37%設(shè)計(jì)了組配合比，具體如表所示。各組通過控制減水劑的摻量保證混凝土出機(jī)坍落度控制在(18020)mm

原材料及試驗(yàn)方法

2.1混凝土力學(xué)性能

是各組配合比7d28d60d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)。由表可知，單摻防腐劑CPA替換39kg粉煤灰，對(duì)混凝土的力學(xué)性能幾乎沒有影響，其中抗壓強(qiáng)度7d28d60d的變化在±0.5MPa以內(nèi)，抗折強(qiáng)度的變化在±0.04MPa以內(nèi)，考慮到試驗(yàn)可能存在的操作誤差，此影響可忽略不計(jì)。單摻1.5kg/m的纖維AC-12，有利于混凝土力學(xué)性能的提高，相比于基準(zhǔn)組LM1LM37d28d60d抗壓強(qiáng)度分別提高了9.9%8.0%7.0%，抗折強(qiáng)度分別提高了11.3%9.9%9.6%。這是因?yàn)槔w維的加入使混凝土材料形成了纖維相、混凝土相、結(jié)合面相為一體的復(fù)合材料，高強(qiáng)度、低彈模的特性很好地彌補(bǔ)了混凝土的力學(xué)缺陷，以物理增韌的形式提高了混凝土力學(xué)性能。LM4相比于LM1，各齡期的強(qiáng)度均有所提升，相比于LM3，強(qiáng)度相差無幾，這說明在力學(xué)性能上，防腐劑和纖維同時(shí)摻入，相互之間并無負(fù)面影響。

2.2抗氯離子滲透性能

是各組混凝土試件的氯離子滲透性能試驗(yàn)結(jié)果。從圖可以看出，相比于基準(zhǔn)組LM1LM2LM3LM4的氯離子滲透系數(shù)分別降低了54.1%2.7%59.5%。這說明纖維的摻入對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能有一定提高，但影響較??；防腐劑中含有一定的密實(shí)組分和微膨脹組分，可以引起體積微膨脹，填充堵塞混凝土中毛細(xì)孔道，減少了氯離子入侵混凝土的通道，從而降低了氯離子滲透能力，并且其應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，還可以在鋼筋表面形成一道保護(hù)膜，有效延緩水分、氯離子的滲透，進(jìn)一步提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力。

2.3早期抗裂性能

是各組混凝土平板試件的裂縫觀測(cè)結(jié)果，圖是試件單位面積上的總開裂面積。分析圖表可知，基準(zhǔn)組LM1不僅開裂時(shí)間最早，且裂縫數(shù)量、最大長(zhǎng)度、最大寬度，單位面積上的總開裂面積均為四組中最大；LM2的裂縫各項(xiàng)信息相比于LM1有所好轉(zhuǎn)；LM3LM4的裂縫數(shù)量、寬度、長(zhǎng)度明顯降低，相比于LM1，裂縫降低系數(shù)分別達(dá)到了76.8%79.4%。防腐劑中含有的少量密實(shí)組分和微膨脹組分，改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，減少混凝土的內(nèi)部含水量，可在一定程度上改善失水干縮引起的開裂風(fēng)險(xiǎn)，但單摻防腐劑的抗裂性能改善有限。纖維的摻入，增加了漿體、骨料之間的連接，提高了開裂所需要的拉力，此外，纖維還可以大大降低混凝土表面的析水速率，從而延緩裂縫出現(xiàn)的時(shí)間以及阻止已產(chǎn)生裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)張。雙摻防腐劑和纖維，一方面可以保證防腐劑中密實(shí)組分的抗裂作用，另一方面纖維的抗裂提升作用同樣得以保障，從而更好地提高了混凝土的抗裂性能。

工程應(yīng)用

在該大橋兩側(cè)主塔分別進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，選擇第十節(jié)塔柱進(jìn)行，塔柱結(jié)構(gòu)為6.6m3.3m，空白段、試驗(yàn)段的配合比分別為LM1LM4。經(jīng)過4d的帶模養(yǎng)護(hù)，拆模后的混凝土表面情況見圖和圖。統(tǒng)計(jì)各面的裂縫信息，并以四個(gè)大面為總面積計(jì)算單位面積上的總開裂面積，結(jié)果見表

從圖3、4和表7可以看出，空白段四個(gè)大面的裂縫均較為嚴(yán)重，多為縱橫交織的網(wǎng)狀裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.35mm。摻入防腐劑和纖維的試驗(yàn)段裂縫數(shù)量較少，僅爬錐和倒角處存在處細(xì)微裂縫，且最大裂縫寬度降低到了0.2mm，整體的裂縫控制效果較為良好。相比于空白段，試驗(yàn)段的裂縫降低系數(shù)達(dá)到了87.3%，說明防腐劑和纖維雙摻調(diào)控方法可以大大提高混凝土的實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

結(jié)論

）單摻防腐劑對(duì)混凝土的力學(xué)性能影響較??；單摻1.5kg/mAC-12纖維，混凝土7d28d60d抗壓強(qiáng)度分別提高了9.9%8.0%7.0%，抗折強(qiáng)度分別提高了11.3%9.9%9.6%；防腐劑和纖維相互直接對(duì)混凝土的力學(xué)性能無相互的負(fù)面影響。

）防腐劑可以大大改善混凝土的抗氯離子滲透性能，單摻防腐劑的氯離子滲透系數(shù)可以降低54.1%，防腐劑與纖維雙摻組的裂縫降低系數(shù)可以降低59.5%

）防腐劑和纖維均能改善混凝土的早期抗裂性能，其中防腐劑的改善效果較小，可忽略不計(jì)。以平板開裂方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，單摻纖維的混凝土裂縫降低系數(shù)可以達(dá)到76.8%

）實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土中同時(shí)摻入防腐劑和纖維，比未摻的空白段裂縫數(shù)量大大減少，且裂縫降低系數(shù)可達(dá)87.3%，在腐蝕性環(huán)境的橋梁主塔高性能混凝土中應(yīng)用效果良好。

參考文獻(xiàn)

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供稿人：陳瓊，秦哲煥

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國(guó)混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國(guó)建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會(huì)暨中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國(guó)商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國(guó)商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

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建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

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中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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