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轻骨料混凝土在桥梁中的应用及展望

日期:2015-3-20 15:01:15 来源:互联网 浏览数:
 
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 一、轻骨料混凝土的概念
用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水,必要时加入化学外加剂配置而成的,干表观密度不大于 1950kg/m3 的混凝土,成为轻骨料混凝土。轻骨料可以使用天然轻骨料(如浮石、凝灰岩等)、工业废料轻骨料(如炉渣、自燃煤矸石等)、人造轻骨料(页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀珍珠岩等)等。由于工业废料轻骨料的性能指标不易控制,所以轻骨料混凝土中常用人造轻骨料。
二、轻骨料混凝土的特征
(一)轻质、高强明显 LC30 以上的轻骨料混凝土的干表观密度通常介于 1500~1900kg/m3之间,比相同强度等级的普通混凝土轻 25%~40%。特别是表观密度在 1850~1950kg/m3 轻骨料混凝土完全可以满足高强混凝土 LC40~LC50 的要求。轻骨料混凝土的这种高强、轻质特性为建筑工程带来了显著的经济效益和社会效益。特别是对于恒载占大比例的桥梁来说,使用轻骨料可以减轻自身重量,增大跨径,不仅可以满足通航能力日益增大的需求。同时跨径的增大,减少了下部结构基础的数量,降低了人工和原材料的使用费用。
(二)耐久性能好。轻骨料混凝土使用的轻骨料为多孔结构。混凝土在非饱和状态下,轻骨料的多孔性可以缓解水结冰而产生的膨胀压力,使轻骨料混凝土具有良好的抗冻性能。同时轻骨料的“双微孔”微泵性能,使骨料 - 水泥浆界面粘结非常好,堵住了水路,改善了抗渗性能,研究表明,与轻骨料混凝土相比,普通混凝土抗折耐侵蚀系数只有轻骨料混凝土的 66.3%。
在碱骨料反应方面,尽管轻骨料也是一种碱活性骨料,因其表面含有大量 SiO2 玻璃体,具有一定的火山灰活性。但因为轻骨料的多孔性可以缓解碱骨料反应形成的应力,从而使混凝土结构免遭破坏。
(三)良好的耐火性能。建筑物发生火灾时,普通密度混凝土耐火时间大约为 1h,而轻骨料混凝土的耐火时间可达 4h。在 600℃高温下,轻骨料混凝土能保持常规强度的85%,而普通混凝土只能保持 35%~75%。
(四)抗震性能强。地震力和梁桥的自重成正比关系。当桥梁梁体采用了轻骨料混凝土后,桥梁会因为其自重下降,降低地震力,且轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低,梁体的自振周期将变长,其自振频率将变慢,从而消耗更大的外来能量。因而,采用轻骨料混凝土桥梁抗震性能更好。
(五)综合技术经济效果好。尽管高强轻骨料混凝土单方造价比同强度等级的普通密度混凝土高,但由于其减轻了建筑物的自重、降低基础处理费用,缩小结构断面和增加使用面积,可降低工程造价 5% ~ 10%,因而具有显著的综合经济效益。
三、轻骨料混凝土施工工艺
(一)轻骨料混凝土配合比。首先根据设计图纸确定合理的轻骨料混凝土配合比 , 在轻骨料混凝土强度、和易性、密度满足设计要求的前提下,混凝土的出盘坍落度控制在 210~220mm、运输到现场在入泵口坍落度不小于150~160mm,混凝土从出厂到施工现场运输时间不宜超过30 分钟。
(二)轻骨料在使用前 24 小时要采用水池浸泡的方法进行预湿处理,浸泡用水应采用干净的自来水,控制水位高出轻骨料 10cm。轻骨料在使用时应提前从水中捞出,检测材料含水量调整施工配合比。
(三)轻骨料混凝土搅拌。轻骨料混凝土搅拌时,投料顺序及搅拌时间应按下列顺序严格执行。陶粒 + 砂 + 水泥 +粉煤灰 ( 干拌 30 秒 )+ 水 ( 搅拌 60 秒 )+ 减水剂 ( 搅拌 90 秒 )。
(四)轻骨料混凝土浇注 :轻骨料混凝土浇注时采用从低到高的浇注顺序,振捣应采用 50 振捣棒,插入点间距10cm,振捣时间控制在 10 秒左右。分层高度控制在 30cm左右,“振动时间短,振动间距短”是轻骨料混凝土振动成型时的操作原部砂浆的阻挡不会浮上来,只有面层的陶粒容易产生露面现象,当出现露面现象时,可用木拍及时将浮在表层的轻粗骨料颗粒压入混凝土内。若颗粒上浮面积较大,可采用表面振动器复振,使砂浆返上,再做抹面。
(五)轻骨料混凝土养护。混凝土浇筑成型后应及时覆盖和喷水养护。严格控制拆模时间,保证24小时后拆除模板,拆模后也应加强养护,湿养护时间不应少于 14 天。
四、在工程中的应用
发达国家在轻骨料混凝土应用上已取得了丰富的成就和经验。美国已经用轻骨料混凝土修建了几百座桥梁 ;挪威自1987 年以来用轻骨料混凝土修建了 11 座桥梁,其中 1998年建成的 2 座悬臂桥在当时是世界上最长的 2 座悬臂桥,主跨分别为 301m 和 298m ;法国 Ottmarsheim 桥在 172m 主跨中间 100m 使用轻骨料混凝土 ;德国从 1967 年以来使用轻骨料混凝土,如 Osnabrulck 的 85m 箱梁悬臂桥,1979 年建造的科隆跨域莱茵河的主跨 185m 的弓形箱梁桥。
五、应用方向及前景
正是由于轻骨料混凝土一些特点,在桥梁建设中有很好的发展前景,尤其是在多地震、松软土地区,轻骨料混凝土具有非常高的性能优势。同时应用在桥梁拓宽中,能在不改变下部基础的条件下加固、增加车道,具有非常广泛的市场前景。
 

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