机制砂超高性能混凝土在湿接缝中的应用研究

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我国交通行业发展日益迅速,装配式预制板桥梁以其施工便捷、性能优良等优点而倍受青睐,为更好地传递桥梁剪应力,梁体之间采用湿接缝连接。桥梁湿接缝在建设时存在混凝土界面分离且钢筋配置不连续的情况,导致接缝混凝土易出现开裂等病害,影响接缝的力学性能、耐久性能,增大交通安全隐患。超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC))是一种新型水泥基复合材料,其强度高、韧性好、耐久性高,可有效地降低接缝处病害的发生。UHPC所用集料多为石英砂、天然砂,其造价昂贵,且对环境不利。本文采用机制砂配制湿接缝用UHPC,达到降本增效、保护环境的目的。主要研究内容与研究成果如下:(1)基于最紧密堆积理论,采用半经验半理论法设计UHPC配合比,获得湿接缝用机制砂UHPC的合理配合比为:水胶比为0.18,砂1155kg/m~3,水198 kg/m~3,水泥870kg/m~3,钢钎维157kg/m~3,硅灰、粉煤灰及矿渣粉掺量分别为水泥用量的14.6%、6.8%及4.0%,减水剂掺量为水泥用量的1.5%。(2)探究不同水胶比、石粉含量、钢纤维掺量对机制砂UHPC收缩性能的影响;分析不同水胶比对UHPC水化放热、微应变的影响。结果表明:石英砂UHPC收缩值与石粉含量为3%—5%的机制砂UHPC接近;机制砂石粉含量控制在5%以下,对混凝土收缩有利;随着水胶比增大,水化放热速率加快,放热峰值升高,收缩值降低,水胶比对UHPC微应变影响较小。(3)对机制砂、石英砂UHPC分别进行3、7、28、56、90、180、270d抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉、弹性模量试验,比较分析两种砂对UHPC力学性能的影响规律;通过5种不同石粉含量的机制砂UHPC力学性能试验,探究不同石粉含量对其性能的影响规律;测定3%石粉含量的机制砂UHPC长龄期力学性能,揭示其强度随龄期的增长规律;通过荷载—挠度曲线探究不同钢纤维掺量对UHPC弯曲韧性的影响。结果表明:机制砂可良好代替石英砂配制UHPC;配制机制砂UHPC的石粉含量控制在3%—5%;机制砂UHPC弹性模量与抗压强度增长规律相似,180d时增长趋于平缓,劈裂抗拉强度与抗折强度增长相似,56d时增长趋于平缓;弯曲韧性随钢纤维掺量增加出现先增大后降低的趋势,掺量3%时UHPC弯曲性能最优。(4)采用ABAQUS对C50混凝土、UHPC湿接缝进行有限元模拟,比较湿接缝破坏时极限荷载的大小和位移,结果表明:机制砂UHPC湿接缝极限荷载远大于C50混凝土的,UHPC能有效提高湿接缝承受荷载的能力。(5)采用温度应变探测头测工程现场湿接缝用机制砂UHPC的水化温度及微应变,分析湿接缝温度与微应变发展规律,总结UHPC湿接缝施工工艺,现场取样进行UHPC的性能试验。结果表明:机制砂UHPC湿接缝浇筑后最高温度可达59.6℃;桥头处微应变峰值是桥中的2.1倍,现场取样的UHPC抗压强度、抗折强度、收缩等性能与室内试验结果相近,均达到预期目标。建议采取蒸汽养护抑制UHPC的应变。
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