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钢筋混凝土构筑物的破坏往往不是设计不安全所致,而是由于混凝土的质量问题。混凝土就是钢筋骨架的保护伞,一方面能支撑承重,另一方面能保护钢筋防止锈蚀。当这第一道防线被突破后,即便是再牢固的结构也变得不可靠。目前在混凝土的配制技术上,强度已不再是难题,因此高性能混凝土的耐久性显得尤为重要。
本文结合苏通长江大桥的工程建设,提出高性能混凝土综合设计法,以抗裂性为前提,耐久性为主导,制备出满足连续刚构梁设计与施工要求的高性能混凝土,并系统地概括了高性能混凝土的制备工艺。同时研究了矿物掺合料种类及其掺量对高性能混凝土的工作性、力学性能、抗渗、抗冻、碳化和氯离子扩散系数等的影响,并重点研究了对混凝土护筋性的影响规律。
试验结果表明,所制备的连续刚构梁C60高性能混凝土工作性良好,力学性能均满足设计指标,抗渗等级达到P14,抗冻等级达到F100(快冻法),碳化寿命达到百年以上,氯离子扩散系数小于4.0×10<'-12>m<'2>/s,具有优良的耐久性。
掺入适量 I 级粉煤灰或S95级矿渣微粉,既能满足结构对混凝土的安全性要求,又改善了混凝土的工作性,降低了混凝土的氯离子扩散系数。混凝土渗水高度、抗碳化能力和抗冻性随着粉煤灰掺量的增加有所下降;适量粉煤灰的掺入能降低混凝土的收缩值,提高抗裂性。
利用加速腐蚀仪研究掺合料对钢筋表面氯离子临界浓度或临界[Cl<'->/OH<'->]值的影响。结果表明,对比混凝土临界氯离子浓度为0.49%,矿物掺合料的掺入降低了该临界浓度,并随着掺合料的增加而降低,掺30%粉煤灰或40%矿渣微粉的临界浓度下降至0.38%;双掺20%粉煤灰和20%渣微粉,临界值降至0.36%左右。对比混凝土临界[cl<'->/OH<'->]值为0.66,掺入矿物掺合料后,此值有所降低,掺20%~30%的粉煤灰试件的临界比值在0.62左右,掺入40%矿渣微粉后为0.51,双掺的临界比值为0.56。
矿物掺合料改善了砂浆的孔结构,降低了总孔隙率,减少了有害孔含量并细化了孔径。掺粉煤灰相比掺矿渣的情况,虽然总的孔隙率较大,但在孔径分布上更趋于小孔。
本论文研究成果在苏通大桥连续刚构梁的施工中得到了成功的应用。实践表明,所制备的连续刚构梁C60高性能混凝土具有良好的工作性、力学性和耐久性,为满足设计服役寿命打下坚实的根基。