【工程档案】某大桥主塔高性能混凝土的制备与性能研究

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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第4期

某大桥主塔高性能混凝土的制备与性能研究

陈琼，秦哲焕

［摘要］为保障某大桥所采用高性能混凝土的成功应用，研究了防腐剂与纤维单掺以及双掺下的混凝土力学性能、抗氯离子渗透性能以及早期抗裂性能，并对工程实际中的裂缝控制效果进行对比分析。研究结果表明：单掺纤维可以大大提高混凝土的力学性能和早期抗裂性能，单掺防腐剂可以降低混凝土的氯离子渗透系数，两者的复合使用不会相互产生负面影响。实际工程中复合使用防腐剂和纤维，混凝土的裂缝控制效果良好，裂缝降低系数可达 87.3%。

［关键词］高性能混凝土；力学性能；抗氯离子渗透性能；抗裂性能；工程应用

引言

混凝土作为建筑工程中的重要材料，其性能的优劣将直接影响工程的质量^[1,2]。尤其对于桥梁工程，设计使用年限长，故对混凝土的耐久性能要求更为严格。水位的干湿交替，水中含有的腐蚀性离子侵蚀，都可能导致混凝土的劣化，从而影响结构的使用寿命^[3]。基于此，高性能混凝土应运而生，其具有工作性好、体积稳定、耐久性优异等特点，作为混凝土材料发展的新方向，已成功应用于大跨径桥梁工程中^[4]。目前不少学者已经进行了混凝土性能优化方面的研究。裴岩等^[5]研究表明，采用混凝土防腐剂能够提升混凝土的抗渗性能和抗腐蚀性能；程立福等^[6]的研究表明，混凝土中掺入较低掺量的纤维可以提高其抗裂性能；秦哲焕等^[7]研究表明，膨胀剂和纤维可以复合使用，对混凝土的抗裂性能提高具有协同作用。

湖北某大桥的主塔结构采用了C55高性能混凝土，为了提升混凝土的耐腐蚀性能和抗裂性能，技术人员选用了防腐剂和纤维配制高性能混凝土。因此，本文基于此大桥项目的主塔结构，研究防腐剂与纤维对混凝土的力学性能、抗氯离子渗透性能、抗裂性能的影响，并验证现场工程的实际应用效果。

原材料及试验方法

1.1原材料

水泥为华新水泥生产的II52.5，其主要性能指标见表；粉煤灰为武汉青山发电厂的级粉煤灰；矿粉为武新新型建材有限公司生产的S95矿粉；粗骨料为25mm石灰岩，压碎值为10%；细骨料为当地河砂，细度模数2.88；减水剂为苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸缓凝高效减水剂（PCA），减水率27%；防腐剂为广东巨三建材提供的多功能防腐剂（CPA），其性能指标见表；纤维采用宁波时科新材料科技公司生产的温缩抗裂纤维（AC-12），其性能参数见表；水为自来水。

1.2试验方法

混凝土力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 500812019测试。抗氯离子渗透性能和早期抗裂性能按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 500822009进行，其中氯离子渗透试验采用RCM法，试件标养28d

1.3试验配合比

为了控制混凝土的早期放热集中，项目采用了低水胶比、高粉煤灰掺量、低砂率的设计思路，基于此，以水胶比0.30，砂率37%设计了组配合比，具体如表所示。各组通过控制减水剂的掺量保证混凝土出机坍落度控制在(18020)mm

原材料及试验方法

2.1混凝土力学性能

是各组配合比7d28d60d的抗压强度和抗折强度数据。由表可知，单掺防腐剂CPA替换39kg粉煤灰，对混凝土的力学性能几乎没有影响，其中抗压强度7d28d60d的变化在±0.5MPa以内，抗折强度的变化在±0.04MPa以内，考虑到试验可能存在的操作误差，此影响可忽略不计。单掺1.5kg/m的纤维AC-12，有利于混凝土力学性能的提高，相比于基准组LM1LM37d28d60d抗压强度分别提高了9.9%8.0%7.0%，抗折强度分别提高了11.3%9.9%9.6%。这是因为纤维的加入使混凝土材料形成了纤维相、混凝土相、结合面相为一体的复合材料，高强度、低弹模的特性很好地弥补了混凝土的力学缺陷，以物理增韧的形式提高了混凝土力学性能。LM4相比于LM1，各龄期的强度均有所提升，相比于LM3，强度相差无几，这说明在力学性能上，防腐剂和纤维同时掺入，相互之间并无负面影响。

2.2抗氯离子渗透性能

是各组混凝土试件的氯离子渗透性能试验结果。从图可以看出，相比于基准组LM1LM2LM3LM4的氯离子渗透系数分别降低了54.1%2.7%59.5%。这说明纤维的掺入对混凝土的抗氯离子渗透性能有一定提高，但影响较小；防腐剂中含有一定的密实组分和微膨胀组分，可以引起体积微膨胀，填充堵塞混凝土中毛细孔道，减少了氯离子入侵混凝土的通道，从而降低了氯离子渗透能力，并且其应用于钢筋混凝土结构中，还可以在钢筋表面形成一道保护膜，有效延缓水分、氯离子的渗透，进一步提高混凝土结构的抗侵蚀能力。

2.3早期抗裂性能

是各组混凝土平板试件的裂缝观测结果，图是试件单位面积上的总开裂面积。分析图表可知，基准组LM1不仅开裂时间最早，且裂缝数量、最大长度、最大宽度，单位面积上的总开裂面积均为四组中最大；LM2的裂缝各项信息相比于LM1有所好转；LM3LM4的裂缝数量、宽度、长度明显降低，相比于LM1，裂缝降低系数分别达到了76.8%79.4%。防腐剂中含有的少量密实组分和微膨胀组分，改善了混凝土的孔隙结构，减少混凝土的内部含水量，可在一定程度上改善失水干缩引起的开裂风险，但单掺防腐剂的抗裂性能改善有限。纤维的掺入，增加了浆体、骨料之间的连接，提高了开裂所需要的拉力，此外，纤维还可以大大降低混凝土表面的析水速率，从而延缓裂缝出现的时间以及阻止已产生裂缝的进一步扩张。双掺防腐剂和纤维，一方面可以保证防腐剂中密实组分的抗裂作用，另一方面纤维的抗裂提升作用同样得以保障，从而更好地提高了混凝土的抗裂性能。

工程应用

在该大桥两侧主塔分别进行对比试验，选择第十节塔柱进行，塔柱结构为6.6m3.3m，空白段、试验段的配合比分别为LM1LM4。经过4d的带模养护，拆模后的混凝土表面情况见图和图。统计各面的裂缝信息，并以四个大面为总面积计算单位面积上的总开裂面积，结果见表

从图3、4和表7可以看出，空白段四个大面的裂缝均较为严重，多为纵横交织的网状裂缝，最大裂缝宽度达到0.35mm。掺入防腐剂和纤维的试验段裂缝数量较少，仅爬锥和倒角处存在处细微裂缝，且最大裂缝宽度降低到了0.2mm，整体的裂缝控制效果较为良好。相比于空白段，试验段的裂缝降低系数达到了87.3%，说明防腐剂和纤维双掺调控方法可以大大提高混凝土的实体混凝土结构的抗裂性能。

结论

）单掺防腐剂对混凝土的力学性能影响较小；单掺1.5kg/mAC-12纤维，混凝土7d28d60d抗压强度分别提高了9.9%8.0%7.0%，抗折强度分别提高了11.3%9.9%9.6%；防腐剂和纤维相互直接对混凝土的力学性能无相互的负面影响。

）防腐剂可以大大改善混凝土的抗氯离子渗透性能，单掺防腐剂的氯离子渗透系数可以降低54.1%，防腐剂与纤维双掺组的裂缝降低系数可以降低59.5%

）防腐剂和纤维均能改善混凝土的早期抗裂性能，其中防腐剂的改善效果较小，可忽略不计。以平板开裂方法进行评价，单掺纤维的混凝土裂缝降低系数可以达到76.8%

）实体结构混凝土中同时掺入防腐剂和纤维，比未掺的空白段裂缝数量大大减少，且裂缝降低系数可达87.3%，在腐蚀性环境的桥梁主塔高性能混凝土中应用效果良好。

参考文献

[1] 温东北，李强，曾胜，等．混凝土浇筑过程中温度裂缝控制技术研究[J]．新型建筑材料，2022,49(10): 55- 58

[2] 孙美燕，王永兴．掺抗裂硅质防水剂的大体积混凝土热学性能研究[J]．西部交通科技，2022(09): 198-201

[3] 陈娜，臧家伟，叶硕，等．滨海环境下混凝土结构裂缝防护与修复的研究进展[J]．环境保护与循环经济，2021,41(06): 30-35+66

[4] 李伟，管融宁，姜海东，等．聚羧酸高性能减水剂在沪苏通长江大桥超高主塔混凝土中的应用[J]．混凝土世界，2020(11): 82-85

[5] 裴岩，陈波，夏京亮，等．内掺抗侵蚀防腐剂对海工混凝土性能的影响研究[J]．水道港口，2021,42(03): 345-351

[6] 程立福，何伟，杨建新，等．低掺量纤维混凝土增强抗裂性能试验研究[J]．混凝土，2008,23(7): 67-68

[7] 秦哲焕，毛建国，尹道道，等．双掺膨胀剂和纤维的混凝土裂缝控制技术及应用研究[J]．中国建筑防水，2021(10): 13-17

供稿人：陈琼，秦哲焕

编辑员：李海亮

审核人：孙继成，宁夏

【标准规范】

《建筑固废再生砂粉应用技术规范》行标

《建筑物绿色拆除与建筑垃圾综合利用技术规程》CECS

《预拌混凝土使用说明书》团标

《砂浆和混凝土用石屑》团标

《预拌混凝土产品质量追溯规范》团标

【会议培训】

2025全国混凝土行业创新发展与废弃物资源再生技术交流大会

第十届全国建筑固废和余泥渣土处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会

2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会

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【咨询服务】

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高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询

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[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等

【建材“双碳”业务】

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复合掺合料和再生复合掺合料研发与制备

建筑垃圾处置与资源化利用

建筑垃圾再生砂粉应用技术

建筑垃圾再生轻粗骨料技术

碳化再生骨料制备技术

【期刊著作】

《新技术在混凝土中的应用》图书

《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书

《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书

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