混合料組成設(shè)計(jì)對(duì)高性能鋼管混凝土的影響[權(quán)威資料]

混合料組成設(shè)計(jì)對(duì)高性能鋼管混凝土的影響 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要： 高性能混凝土采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項(xiàng)力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土，可用于鋼管拱橋填充鋼管。本文利用正交設(shè)計(jì)的 “ 均勻分散，齊整可比 ” 對(duì)高性能混凝土材料組成進(jìn)行探索。 Abstract： High-performance concrete is a kind of concrete which uses conventional materials and processes of production， have every required mechanical properties of concrete structure， high durability， high resistance and high dimensional stability. It can be used to steel pipe arch bridge to fill steel pipe. This paper explores the high-performance concrete material composition by using uniformly dispersed， neat comparable features of the orthogonal design. 關(guān)鍵詞： 鋼管混凝土；配合比；正交設(shè)計(jì) Key words： steel pipe concrete； mixing ratio；orthogonal design TU74 A 1006-4311（ 2013） 08-0125-03 1 高性能鋼管混凝土概述 鋼管混凝土拱橋是我國(guó)近年來(lái)橋梁建筑發(fā)展的新技術(shù)，具有自重輕、強(qiáng)度大、抗變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，它比較好地解決了修建橋梁所需求的用料省、安裝重量輕、施工簡(jiǎn)便、承重能力大的諸多矛盾，是大跨度拱橋的一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。 1990 年在四川旺蒼建成了跨度 115m 的國(guó)內(nèi)第一座鋼管混凝土拱橋以來(lái)，發(fā)展迅猛，短短幾年之問(wèn)，全國(guó)各地相繼建成的鋼管混凝土拱橋約 100 座。 鋼管混凝土是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)，它介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之 間的一種新型結(jié)構(gòu)。它的基本原理是： 借助內(nèi)填混凝土增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性； 鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和變形能力。通過(guò)二者的組合，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，使承載力得以提高。為使鋼管混凝土能夠發(fā)揮強(qiáng)度高、重量輕、塑性好、耐疲勞、耐沖擊、易于施工等優(yōu)點(diǎn)，必須使用高性能混凝土對(duì)鋼管進(jìn)行填充 1。 2 材料 混凝土由水泥、水、砂、粗骨料組成，鋼管混凝土一般還要添加礦質(zhì)超細(xì)粉如磨細(xì)礦渣粉和高性能減水劑、膨脹劑等成分。由于新拌混凝土的流 動(dòng)性受到水泥漿的性能、骨料的特性、數(shù)量和尺寸的影響；而硬化混凝土的性能主要是強(qiáng)度特性和耐久性?；炷恋膹?qiáng)度，受骨料、水泥石或界面的強(qiáng)度影響很大、耐久性也受骨料下面數(shù)微米處界面的影響2。 2.1 水泥 水泥的性能取接于水泥礦物組成和顆粒級(jí)配，對(duì)一般鋼管高性能混凝土主要是選擇硅酸鹽水泥。我們對(duì)昆明水泥廠(chǎng)及云南水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的熟料、水泥進(jìn)行了比較，兩種水泥均為旋窯生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定、水泥熟料的化學(xué)成分、礦物組成及水泥物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果分別列于表 1。 表 1 中， C3S 含量約 60%、 C2S 含量約 8 18%、 C3A 約8%、 C4AF 約 12%，這樣的礦物組成有利于強(qiáng)度的形成。另外，水泥是由諸多級(jí)配的水泥顆粒組成的，水泥顆粒級(jí)配的結(jié)構(gòu)對(duì)水泥的水化硬化速度、需水量、和易性、放熱速度、特別是對(duì)強(qiáng)度有很大的影響。用本地熟料生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥可以滿(mǎn)足要求。 2.2 礦物摻合料 礦物摻合料是高性能混凝土的組成材之一，是改善新拌混凝土的工作性能以及提高硬化混凝土的耐久性能的重要措施。當(dāng)前，應(yīng)用較多摻合料主要是磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰及其復(fù)合物等 3。 2.3 外加劑 高性能減水劑是高性能混凝土中的一種 重要組成部分，隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，對(duì)混凝土耐久性越來(lái)越重視，而耐久性的提高，混凝土的水膠比往往需要降低，但混凝土的流動(dòng)性仍要求滿(mǎn)足泵送施工要求，因此減水劑除要求具有高的減水效果外，還需要能控制混凝土的塌落度損失，而一般的高效減水劑往往達(dá)不到要求 4。 2.4 膨脹劑 生威 UEA 膨脹劑是由硫鋁酸鈣熟料或硫鋁酸熟料、天然明磯石和石膏共同粉磨而成的硫鋁酸鹽類(lèi)膨脹劑。摻 UEA 的混凝土膨脹率隨其摻量的增加而提高。在 UEA-I摻量為 8 14%時(shí)，限制膨脹率為（ 2 6） 10 -4，相應(yīng)的自應(yīng)力值為 0.2 0.8MPa。摻 UEA-I 的混凝土，在水中養(yǎng)護(hù) 14天后置子相對(duì)濕度為 50%的空氣中的干縮值比普通混凝土的低30% 40%。當(dāng) UEA-I 摻量增加到 25% 30%時(shí)，可配制自應(yīng)力混凝土 5。 2.5 骨料 粗骨料的顆粒形狀及其表面織構(gòu)（表而的光滑和粗糙程度）是影響新拌混凝土工作性的主要因素；對(duì)粗骨料而言，由于它還與機(jī)械咬合力有關(guān)，因此粗骨料的表而織構(gòu)不僅影響新拌混凝土的工作性，還影響硬化混凝土的力學(xué)性能。理想的骨料應(yīng)是表而比較光滑、顆粒外形近于球形且粗砂的顆粒級(jí)配適當(dāng)。鑒于石灰?guī)r碎石在云南有廣泛的分布 ，課題選擇了昆明昌泰石廠(chǎng)的石灰?guī)r碎石及石灰?guī)r制成的碎石作為骨料壓碎值 10% 、針片狀含量 2% ，該材料滿(mǎn)足鋼管混凝土要求。 砂的質(zhì)量主要影響混凝土的用水量，從而影響混凝土拌和物的工作性。砂應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒形狀近似于球形、級(jí)配良好、潔凈的天然河砂或人工砂，含泥量不應(yīng)大于1.0%。配制 C50 及以上等級(jí)的混凝土?xí)r，含泥量不宜大于1.0%，應(yīng)嚴(yán)格控制泥塊含量，其他指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法的規(guī)定。 砂子的細(xì)度模數(shù)不宜小于 2.8，尤其當(dāng)石子級(jí)配較差時(shí)砂子以偏粗為好。試驗(yàn)證明，砂 子細(xì)度模數(shù)約等于 3.0 時(shí)，混凝土的工作性最好，抗壓強(qiáng)度最高。應(yīng)嚴(yán)格控制砂中粉細(xì)顆粒的含量和石子的含泥量，并限制粒徑 4.75mm 以上和 0.30mm 以下的顆粒含量，其中 0.6mm 篩的累計(jì)篩余應(yīng)大于 70%， 0.30mm 篩的累計(jì)篩余為 85% 95.0%而 0.15mm 的累計(jì)篩余應(yīng)大于 98%。 3 鋼管混凝土配合比試驗(yàn)的正交設(shè)計(jì) 高性能混凝土的性能指標(biāo)與摻加材料之間不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。在多因素影響下，很難找到混凝土性能隨外摻材料性能的不同和摻量的改變而變化的規(guī)律。采用正交試驗(yàn)的規(guī)格化表格（正交表）安 排多因素試驗(yàn)，在理論上和應(yīng)用中已經(jīng)被證明是一種科學(xué)的方法。其優(yōu)點(diǎn)是從多種試驗(yàn)條件中，選出有代表性的幾個(gè)試驗(yàn)，通過(guò)這些試驗(yàn)，獲得比較多的信息資料，然后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得到最優(yōu)或較優(yōu)的試驗(yàn)方案 6。 工作性?xún)?yōu)良的鋼管高強(qiáng)膨脹混凝土初始坍落度一般宜控制在 200-240mm，倒塌流下時(shí)間宜控制的 -158，擴(kuò)展度宜控制在 550-700mm； 2h后坍落度宜在 180mm 以上。為實(shí)際工程混凝土的工作性能設(shè)計(jì)與配制提供了依據(jù)。 3.1 試驗(yàn)指標(biāo)的確定 主拱肋是大橋的主要承重結(jié)構(gòu)，管內(nèi)混凝土的 配合比設(shè)計(jì)除要求高強(qiáng)、早強(qiáng)以及良好的可泵性外，還須特別考慮混凝土的自密性和收縮性。?？诖髽蜾摴芑炷恋木唧w性能指標(biāo)要求如下： 鋼管混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C50， 3d 強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 80%。 混凝土具有良好的可泵性，即坍落度大、和易性好、不泌水、不離析、自密性好，設(shè)計(jì)要求坍落度在 20cm；擴(kuò)展度 60cm。 混凝土具有補(bǔ)償收縮性，其自由膨脹率為 0.02%-0.04%，自應(yīng)力為 0.6-1.5MPa。 3.2 制定因素水平表 通過(guò)試驗(yàn)，摸清在不同水灰比和砂率的情況下，礦摻料、膨脹劑的摻量對(duì)新拌混凝土的性能（以坍落度的大小表示優(yōu)劣）和硬化混凝土強(qiáng)度的影響，確定礦摻料、膨脹劑、水灰比、砂率的最佳搭配。考核指標(biāo)為坍落度和 28天抗壓強(qiáng)度。 在因素水平的確定中，一般選取對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有直接、內(nèi)在、必然影響的可控因素作為考察因素。根據(jù)以有的經(jīng)驗(yàn)和資料，選擇水灰比、粉煤灰摻率及減水劑作為考察因素。該試驗(yàn)采用了三個(gè)試驗(yàn)位級(jí)（水平）。因素水平表見(jiàn)表 8?；炷猎囼?yàn)配合比見(jiàn)表 9。 3.3 混凝土配合比試驗(yàn)程序與試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)設(shè)計(jì)的位級(jí)數(shù)，選用同位級(jí)正交表中的 L9（ 34）正交表，在正交表中對(duì)應(yīng)位置安排好因素和位級(jí)， 形成了配合比試驗(yàn)計(jì)劃表，見(jiàn)表 10。試驗(yàn)中不允許隨意更改試驗(yàn)計(jì)劃，對(duì)每組試驗(yàn)均隨機(jī)進(jìn)行，準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 10。 4 試驗(yàn)結(jié)果分析 4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的極差分析 按正交試驗(yàn)結(jié)果，分別算出各相應(yīng)水平的三次試驗(yàn)結(jié)果之和和平均強(qiáng)度及極差 R，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 10。 將各因素的極差分析結(jié)果繪成趨勢(shì)圖如圖 1圖 3。各因素對(duì)坍落度的影響趨勢(shì)如圖 1 所示，各因素對(duì)混凝土 R3強(qiáng)度的影響趨勢(shì)如圖 2 所示，各因素對(duì)混凝土 R28 強(qiáng)度的影響趨勢(shì)如圖 3 所示。 從極差計(jì)算結(jié)果和趨勢(shì)圖可以直觀(guān)看出， 對(duì)于混凝土的坍落度，因素的影響順序?yàn)椋核冶?A-減水劑 C-粉煤灰 B-空列（誤差） D；對(duì)于混凝土 R3抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序?yàn)椋核冶?A-粉煤灰 B-空列（誤差） D-減水劑 C；對(duì)于混凝土 R28 抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序?yàn)椋核冶?A-粉煤灰 B-空列（誤差） D-減水劑 C。 4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析 方差計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)混凝土拌和物坍落度的影響主要來(lái)自水灰比 A 和減水劑 C，其次是粉煤灰 B，并隨著它們摻量的增加坍落度也相應(yīng)增大，影響非常顯著。對(duì)混凝土 3d強(qiáng)度的影響主要來(lái)自水灰比 A，有一定影響，粉煤灰 B 和減水劑 C 影響不明顯。混凝土 R28 天的強(qiáng)度，水灰比 A、粉煤灰 B、減水劑 C 影響不明顯。因此，方差分析結(jié)果與直觀(guān)分析結(jié)果基本上一致。 5 混凝土初始配合比的確定 通過(guò)上述對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的直觀(guān)分析和方差分析，對(duì)于混凝土的考核指標(biāo)坍落度 A，從表 8， 9 和趨勢(shì)圖可以看出，取水平 2、水平 3 都能滿(mǎn)足混凝土泵送要求，從設(shè)計(jì)要求和混凝土強(qiáng)度來(lái)看，取水平 2 較為合適，水灰比取 0.38；對(duì)考核指標(biāo)粉煤灰 B 從表 8， 9 和趨勢(shì)圖可以看出，水平 1、 2 都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，考慮到粉煤灰的早期強(qiáng)度增漲較慢，粉煤灰摻量太多，會(huì)影響混凝土的 3d強(qiáng)度 ，取水平 1，即粉煤灰摻量取15%（水泥重量的）；對(duì)于考核指標(biāo)減水劑 C 從表 8， 9 和趨勢(shì)圖及方差分析，隨著減水劑的摻量不斷增加，混凝土的坍落度、 3d 強(qiáng)度和 28d 強(qiáng)度都隨著增長(zhǎng)，因此減水劑 C 取水平3，即取 2.6%（混凝土重量的）。通過(guò)上述分析，因此，最終方案確定為 A2B1C3，具體如下： W： C： SW： RW：砂：碎石=180： 450： 50： 15： 699： 935。 用上述確定的試驗(yàn)條件進(jìn)行配合比試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其指標(biāo)是否穩(wěn)定、可靠，試驗(yàn)結(jié)果其指標(biāo)基本在預(yù)期范圍內(nèi)。 6 微膨脹高性能混凝土配合比的確定 在確定高性能普通粉煤灰混凝土配合比的基礎(chǔ)上，通過(guò)摻加膨脹劑（ 8%-12%），進(jìn)行高性能微膨脹混凝土的試配。 膨脹劑的摻量：設(shè)計(jì)要求的混凝土單向膨脹率為0.02% 0.1%，在保持坍落度、水灰比、減水劑摻量不變的情況下，隨著內(nèi)摻 HEA-E 型膨脹劑的增加，混凝土的限制膨脹率增加，混凝土強(qiáng)度下降，而坍落度損失增大，所以根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，選擇合適的膨脹劑摻量是極其重要的。 鋼管拱橋混凝土一般都是在限制條件下膨脹，如果膨脹值小，鋼管中混凝土?xí)c鋼管間產(chǎn)生空隙，受力下降，達(dá)不到設(shè) 計(jì)要求；如膨脹過(guò)大，則在鋼管內(nèi)部形成很大的自應(yīng)力，就會(huì)破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，膨脹混凝土應(yīng)有一個(gè)宜于控制的較大的膨脹值范圍。根據(jù)成功的事例證明，認(rèn)為鋼管混凝土設(shè)計(jì)微應(yīng)力時(shí)，膨脹混凝土限制膨脹率 28d 控制在（ 2-6） 10 -4 的膨脹值是合理的。 參考文獻(xiàn)： 1胡曙光，丁慶軍 .鋼管混凝土 M.人民交通出版社， 2007. 2CECS207： 2006.高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 S. 3GB/T 18736-2002.高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑S. 4GB 50119-2003.混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 S. 5GB 23429-2009.混凝土膨脹劑 S. 6 Montgomery， D.C，傅鈺生等譯，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析（第六版） M.人民郵電出版社， 2009. 閱讀相關(guān)文檔 :可燃冰的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)展 工薪族證券理財(cái)策略分析 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