某跨海大桥桥墩C45混凝土配合比优化试验研究

摘要

为适应经济建设的快速发展，建造跨海大桥以实现陆地与海岛连接。桥墩混凝土强度与耐久性直接决定了跨海大桥的安全和使用年限。桥墩混凝土特别是位于海水升降区域内时，不但受到海水中氯离子的侵蚀，而且还与大气中的CO2发生碳化反应。目前导致钢筋混凝土结构破坏的首要原因是钢筋锈蚀，混凝土碳化与氯离子侵蚀是造成钢筋锈蚀主要因素。工业化使大气中的CO2浓度持续升高，据此产生的全球变暖与城市“热岛效应”导致了混凝土碳化加速。因为水泥中掺入了较多的混合材料，而且预拌混凝土又掺加了大量矿物掺合料，使得混凝土中碱储备降低显著，导致了混凝土抗碳化性能性能降低。而跨海大桥投资巨大，若桥墩混凝土耐久性不良导致过早破坏，会给国家带来巨大经济损失。如能针对桥墩混凝土进行抗碳化性能和抗氯离子侵蚀性能研究，优化出耐久性良好且成本低的混凝土配合比，不仅可以延长跨海大桥使用年限，避免国家遭受经济损失，还可以给施工企业带来一定经济效益。因此，选题具有实际意义。
　　以我国南方某跨海大桥桥墩C45混凝土，根据现行海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范和现行普通混凝土设计规范设计出27个C45强度等级混凝土配合比。通过试验研究了掺合料掺量和复合比例对混凝土不同龄期抗压强度、加速碳化深度和28d氯离子迁移系数的影响，优选出12个抗碳化性（满足碳化Ⅳ级）和抗氯离子渗透性能好（满足氯离子渗透Ⅳ级），且满足C45强度等级的较优混凝土配合比。在27个编号配合比中，有5个编号配合比混凝土满足抗氯离子渗透性RCM-Ⅳ级要求，有10个编号配合比混凝土满足抗氯离子渗透性RCM-Ⅴ级要求。混凝土不同龄期加速碳化深度随着粉煤灰（或者矿粉）掺量的增加总体上变化规律一致，但是没有明确变化规律;某一区间内，混凝土不同龄期加速碳化深度变化趋势取决于混凝土碱储备降低幅度、水胶比降低幅度、掺合料微集料效应和活性效应等因素。当粉煤灰与矿粉复合掺量一定时，混凝土不同龄期加速碳化深度随着粉煤灰与矿粉复合比例增加变化规律基本上一致，但是没有明确的变化规律;某一区间内，混凝土不同龄期加速碳化深度变化趋势取决于水胶比降低幅度、掺合料微集料效应和活性效应等因素。随着粉煤灰（或矿粉）的增加，混凝土28d抗氯离子渗透性总体上在降低;当粉煤灰与矿粉复合掺量一定时，混凝土28d抗氯离子渗透性随着粉煤灰与矿粉复合比例增加总体上在降低。通过分析掺合料掺量和掺合料复合比例对混凝土28d加速碳化深度和氯离子迁移系数影响，优选出编号30F10S、编号40F10S、编号50F、编号30F30S、编号40F20S、编号50F10S、编号10F60S、编号20F50S、编号30F40S、编号40F30S、编号50F20S和编号30F50S等12较优配合比进行经济分析。在此基础上，综合分析12个配合比的抗压强度、抗碳化性能和抗氯离子渗透性能等技术指标与单方材料成本的关系，确定了最优的C45强度等级混凝土配合比。随着掺合料掺量增加，优选混凝土28d抗压强度、28d氯离子迁移系数和单方成本总体上在降低，而优选混凝土28d加速碳化深度总体上在增加;随着掺合料掺量增加，水胶比降低、掺合料微集料效应和活性效应使混凝土28d抗压强度降低值高于掺合料所取代水泥导致混凝土28d抗压强度增加值，混凝土28d抗压强度在降低;随着掺合料等量取代水泥量的增加，掺合料活性效应、微集料效应和水胶比降低等使混凝土28d加速碳化深度降低值，低于混凝土碱储备降低导致混凝土28d加速碳化深度增加值，混凝土28d加速碳化深度总体上在增加;随着掺合料等量取代水泥量的增加，掺合料活性效应、微集料效应和水胶比降低等使混凝土28d氯离子迁移系数降低，混凝土28d加速碳化深度总体上在降低;随着掺合料等质量取代水泥量增加，水胶比降低使混凝土单方成本增加值低于掺合料掺量增加导致混凝土单方成本降低值，混凝土单方成本总体上在降低。以混凝土28d抗压强度满足C45强度等级为原则，在混凝土抗氯离子渗透性价比高和抗碳化性价比高的编号20F50S、编号30F40S和编号30F50S等三个配合比中，综合分析技术经济指标，确定编号20F50S为最优配合比。

目录

声明

摘要

1引言

1．1研究背景及意义

1．2文献综述

1．2．1关于混凝土抗氯离子渗透性能

1．2．2关于混凝土抗碳化性能

1．2．3关于大桥桥墩耐久性能

1．3主要研究内容

1．3．1技术路线

1．3．2试验内容

2．1．1原材料

2．1．2试验方法

2．1．3试验设备

2．2混凝土配合比确定

2．2．1混凝土强度等级与水胶比确定

3混凝土抗压强度分析

3．1混凝土抗压强度试验结果

3．2掺合料对混凝土抗压强度影响

3．2．1掺合料掺量对同水胶比混凝土抗压强度的影响

3．2．2掺合料掺量对混凝土抗压强度影响

3．3本章小结

4混凝土耐久性分析

4．1混凝土耐久性试验结果

4．1．1混凝土碳化试验结果

4．1．2混凝土氯离子渗透试验结果

4．2试验结果分析

4．2．1掺合料对混凝土抗碳化性能的影响

4．2．2掺合料复合比例对混凝土28d加速碳化深度与氯离子扩散系数的影响

4．2．3粉煤灰掺量对混凝土28d加速碳化深度与氯离子扩散系数的影响

4．2．4矿粉掺量对混凝土28d加速碳化深度与氯离子扩散系数的影响

4．3本章小结

5．1混凝土技术分析

5．1．1优选混凝土技术指标

5．1．2优选混凝土28d加速碳化深度与28d抗压强度关系分析

5．1．3优选混凝土28d氯离子迁移系数与28d抗压强度关系分析

5．1．4优选混凝土28d氯离子迁移系数与28d加速碳化深度关系分析

5．2优选混凝土单方材料成本分析

5．2．1优选混凝土28d抗压强度与其单方材料成本关系分析

5．2．2优选混凝土28d加速碳化深度与其单方材料成本关系分析

5．2．3优选混凝土28d氯离子迁移系数与其单方材料成本关系分析

5．3本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

作者简介

致谢