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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

某大橋主塔高性能混凝土的制備與性能研究

陳瓊，秦哲煥

［摘要］為保障某大橋所采用高性能混凝土的成功應用，研究了防腐劑與纖維單摻以及雙摻下的混凝土力學性能、抗氯離子滲透性能以及早期抗裂性能，并對工程實際中的裂縫控制效果進行對比分析。研究結果表明：單摻纖維可以大大提高混凝土的力學性能和早期抗裂性能，單摻防腐劑可以降低混凝土的氯離子滲透系數，兩者的復合使用不會相互產生負面影響。實際工程中復合使用防腐劑和纖維，混凝土的裂縫控制效果良好，裂縫降低系數可達 87.3%。

［關鍵詞］高性能混凝土；力學性能；抗氯離子滲透性能；抗裂性能；工程應用

引言

混凝土作為建筑工程中的重要材料，其性能的優劣將直接影響工程的質量^[1,2]。尤其對于橋梁工程，設計使用年限長，故對混凝土的耐久性能要求更為嚴格。水位的干濕交替，水中含有的腐蝕性離子侵蝕，都可能導致混凝土的劣化，從而影響結構的使用壽命^[3]。基于此，高性能混凝土應運而生，其具有工作性好、體積穩定、耐久性優異等特點，作為混凝土材料發展的新方向，已成功應用于大跨徑橋梁工程中^[4]。目前不少學者已經進行了混凝土性能優化方面的研究。裴巖等^[5]研究表明，采用混凝土防腐劑能夠提升混凝土的抗滲性能和抗腐蝕性能；程立福等^[6]的研究表明，混凝土中摻入較低摻量的纖維可以提高其抗裂性能；秦哲煥等^[7]研究表明，膨脹劑和纖維可以復合使用，對混凝土的抗裂性能提高具有協同作用。

湖北某大橋的主塔結構采用了C55高性能混凝土，為了提升混凝土的耐腐蝕性能和抗裂性能，技術人員選用了防腐劑和纖維配制高性能混凝土。因此，本文基于此大橋項目的主塔結構，研究防腐劑與纖維對混凝土的力學性能、抗氯離子滲透性能、抗裂性能的影響，并驗證現場工程的實際應用效果。

原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥為華新水泥生產的II52.5，其主要性能指標見表；粉煤灰為武漢青山發電廠的級粉煤灰；礦粉為武新新型建材有限公司生產的S95礦粉；粗骨料為25mm石灰巖，壓碎值為10%；細骨料為當地河砂，細度模數2.88；減水劑為蘇博特新材料股份有限公司生產的聚羧酸緩凝高效減水劑（PCA），減水率27%；防腐劑為廣東巨三建材提供的多功能防腐劑（CPA），其性能指標見表；纖維采用寧波時科新材料科技公司生產的溫縮抗裂纖維（AC-12），其性能參數見表；水為自來水。

1.2試驗方法

混凝土力學性能按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 500812019測試。抗氯離子滲透性能和早期抗裂性能按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T 500822009進行，其中氯離子滲透試驗采用RCM法，試件標養28d

1.3試驗配合比

為了控制混凝土的早期放熱集中，項目采用了低水膠比、高粉煤灰摻量、低砂率的設計思路，基于此，以水膠比0.30，砂率37%設計了組配合比，具體如表所示。各組通過控制減水劑的摻量保證混凝土出機坍落度控制在(18020)mm

原材料及試驗方法

2.1混凝土力學性能

是各組配合比7d28d60d的抗壓強度和抗折強度數據。由表可知，單摻防腐劑CPA替換39kg粉煤灰，對混凝土的力學性能幾乎沒有影響，其中抗壓強度7d28d60d的變化在±0.5MPa以內，抗折強度的變化在±0.04MPa以內，考慮到試驗可能存在的操作誤差，此影響可忽略不計。單摻1.5kg/m的纖維AC-12，有利于混凝土力學性能的提高，相比于基準組LM1LM37d28d60d抗壓強度分別提高了9.9%8.0%7.0%，抗折強度分別提高了11.3%9.9%9.6%。這是因為纖維的加入使混凝土材料形成了纖維相、混凝土相、結合面相為一體的復合材料，高強度、低彈模的特性很好地彌補了混凝土的力學缺陷，以物理增韌的形式提高了混凝土力學性能。LM4相比于LM1，各齡期的強度均有所提升，相比于LM3，強度相差無幾，這說明在力學性能上，防腐劑和纖維同時摻入，相互之間并無負面影響。

2.2抗氯離子滲透性能

是各組混凝土試件的氯離子滲透性能試驗結果。從圖可以看出，相比于基準組LM1LM2LM3LM4的氯離子滲透系數分別降低了54.1%2.7%59.5%。這說明纖維的摻入對混凝土的抗氯離子滲透性能有一定提高，但影響較小；防腐劑中含有一定的密實組分和微膨脹組分，可以引起體積微膨脹，填充堵塞混凝土中毛細孔道，減少了氯離子入侵混凝土的通道，從而降低了氯離子滲透能力，并且其應用于鋼筋混凝土結構中，還可以在鋼筋表面形成一道保護膜，有效延緩水分、氯離子的滲透，進一步提高混凝土結構的抗侵蝕能力。

2.3早期抗裂性能

是各組混凝土平板試件的裂縫觀測結果，圖是試件單位面積上的總開裂面積。分析圖表可知，基準組LM1不僅開裂時間最早，且裂縫數量、最大長度、最大寬度，單位面積上的總開裂面積均為四組中最大；LM2的裂縫各項信息相比于LM1有所好轉；LM3LM4的裂縫數量、寬度、長度明顯降低，相比于LM1，裂縫降低系數分別達到了76.8%79.4%。防腐劑中含有的少量密實組分和微膨脹組分，改善了混凝土的孔隙結構，減少混凝土的內部含水量，可在一定程度上改善失水干縮引起的開裂風險，但單摻防腐劑的抗裂性能改善有限。纖維的摻入，增加了漿體、骨料之間的連接，提高了開裂所需要的拉力，此外，纖維還可以大大降低混凝土表面的析水速率，從而延緩裂縫出現的時間以及阻止已產生裂縫的進一步擴張。雙摻防腐劑和纖維，一方面可以保證防腐劑中密實組分的抗裂作用，另一方面纖維的抗裂提升作用同樣得以保障，從而更好地提高了混凝土的抗裂性能。

工程應用

在該大橋兩側主塔分別進行對比試驗，選擇第十節塔柱進行，塔柱結構為6.6m3.3m，空白段、試驗段的配合比分別為LM1LM4。經過4d的帶模養護，拆模后的混凝土表面情況見圖和圖。統計各面的裂縫信息，并以四個大面為總面積計算單位面積上的總開裂面積，結果見表

從圖3、4和表7可以看出，空白段四個大面的裂縫均較為嚴重，多為縱橫交織的網狀裂縫，最大裂縫寬度達到0.35mm。摻入防腐劑和纖維的試驗段裂縫數量較少，僅爬錐和倒角處存在處細微裂縫，且最大裂縫寬度降低到了0.2mm，整體的裂縫控制效果較為良好。相比于空白段，試驗段的裂縫降低系數達到了87.3%，說明防腐劑和纖維雙摻調控方法可以大大提高混凝土的實體混凝土結構的抗裂性能。

結論

）單摻防腐劑對混凝土的力學性能影響較小；單摻1.5kg/mAC-12纖維，混凝土7d28d60d抗壓強度分別提高了9.9%8.0%7.0%，抗折強度分別提高了11.3%9.9%9.6%；防腐劑和纖維相互直接對混凝土的力學性能無相互的負面影響。

）防腐劑可以大大改善混凝土的抗氯離子滲透性能，單摻防腐劑的氯離子滲透系數可以降低54.1%，防腐劑與纖維雙摻組的裂縫降低系數可以降低59.5%

）防腐劑和纖維均能改善混凝土的早期抗裂性能，其中防腐劑的改善效果較小，可忽略不計。以平板開裂方法進行評價，單摻纖維的混凝土裂縫降低系數可以達到76.8%

）實體結構混凝土中同時摻入防腐劑和纖維，比未摻的空白段裂縫數量大大減少，且裂縫降低系數可達87.3%，在腐蝕性環境的橋梁主塔高性能混凝土中應用效果良好。

參考文獻

[1] 溫東北，李強，曾勝，等．混凝土澆筑過程中溫度裂縫控制技術研究[J]．新型建筑材料，2022,49(10): 55- 58

[2] 孫美燕，王永興．摻抗裂硅質防水劑的大體積混凝土熱學性能研究[J]．西部交通科技，2022(09): 198-201

[3] 陳娜，臧家偉，葉碩，等．濱海環境下混凝土結構裂縫防護與修復的研究進展[J]．環境保護與循環經濟，2021,41(06): 30-35+66

[4] 李偉，管融寧，姜海東，等．聚羧酸高性能減水劑在滬蘇通長江大橋超高主塔混凝土中的應用[J]．混凝土世界，2020(11): 82-85

[5] 裴巖，陳波，夏京亮，等．內摻抗侵蝕防腐劑對海工混凝土性能的影響研究[J]．水道港口，2021,42(03): 345-351

[6] 程立福，何偉，楊建新，等．低摻量纖維混凝土增強抗裂性能試驗研究[J]．混凝土，2008,23(7): 67-68

[7] 秦哲煥，毛建國，尹道道，等．雙摻膨脹劑和纖維的混凝土裂縫控制技術及應用研究[J]．中國建筑防水，2021(10): 13-17

供稿人：陳瓊，秦哲煥

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業創新發展與廢棄物資源再生技術交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續發展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務】

科技成果評價

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高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢

課題研究

研發中心建設

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綠色建材產品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等

【建材“雙碳”業務】

低碳膠凝材料研發與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術

建筑垃圾再生輕粗骨料技術

碳化再生骨料制備技術

【期刊著作】

《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書

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