桥梁工程混凝土强度影响因素分析

文摘 2024-11-01 07:02 河南

0 引言

混凝土作为一种重要的建筑材料，强度是评价其质量和性能的重要指标之一。混凝土强度受原材料性质、配合比、施工工艺、养护条件等多种因素影响,其稳定性和可靠性对工程质量和安全具有重要影响。因此，深入分析混凝土强度的影响因素，对于优化设计、施工和养护工艺，以及提高混凝土结构的质量和耐久性，具有重要意义。

目前，已有多位学者针对不同因素对混凝土强度的影响开展了相关研究，濮俊缘等采用中心复合试验法进行了配合比试验，发现强度随废石占比先升后降，随水泥掺量增加、水灰比减小而提高，建立了强度回归模型，并进行了强度优化分析，结果表明模型极显著,具有统计学意义。栗培龙等测试了不同条件下的喷射混凝土28d抗压强度，研究了速凝剂掺量、养护温度及砂率对喷射混凝土抗压强度的影响，并分析了综合因素作用下的强度发展规律。周玉玲等研究了不同橡胶粉掺量对透水混凝土抗压强度和透水性能的影响，结果表明，橡胶粉掺量为25%时，可提高透水混凝土抗压强度，且对透水性能影响不大。

在现有研究中,多数学者针对不同因素对混凝土抗压强度的影响开展研究，少数人对混凝土抗折强度进行研究，鉴于此，本文以桥梁工程中混凝土材料为研究对象，采用不同搅拌工艺及不同掺量粉煤灰、硅灰、矿渣粉，配制混凝土试块，并对其进行抗压强度及抗折强度测试，以探究不同因素对混凝土力学性能的影响。

1原原材料性能

水泥需具备良好的黏聚性、保水性和均匀性，以避免出现泌水离析的现象，且制备出的水泥浆会四处流尚，在浇筑时能将钢筋空隙填满，使结构密实且均匀。试验用水泥部分指标见表1。

粉煤灰作为掺合料可与水泥一起使用，部分替代水泥使用，有助于减少水泥用量，降低混凝土的成本，粉煤灰中的细微颗粒可填充混凝土基体空隙，减少混凝土的孔隙率，从而提高混凝土的抗渗性能。

适量的粉煤灰掺人可改善混凝土的可塑性和流动性,粉煤灰中的硅酸盐和铝酸盐与水泥中的Ca(OH)₂反应生成较稳定的水化产物,增强混凝土的致密性和耐久性。粉煤灰主要指标如表2所示。

细集料选择吸水率低、质量稳定且级配良好的河砂，粗集料选择级配良好、变形较小且强度较高的碎石。外加剂可改善混凝土的工作性能,通常在搅拌时加，本试验主要采用的外加剂有减水剂、消泡剂和引气剂。河砂及碎石的主要指标如表3所示。

2 不同因素对混凝土强度的影响

2.1 粉煤灰掺量的影响

不同粉煤灰掺量下，混凝土7d及28d的抗压强度变化情况如图1所示。

由图1可知，混凝土7d及28d的抗压强度随着粉煤灰掺量的增大呈现出先增大后降低的趋势，以28d抗压强度为例，在粉煤灰掺量为0、10%、20%和30%时，抗压强度分别为32.11、36.00、33.83和29.31MPa，当粉煤灰掺量由0增大至10%时，28d抗压强度有所增大；当粉煤灰掺量增大至30%，28d抗压强度低于粉煤灰掺量为0时的抗压强度。这是由于粉煤灰的掺可填充混凝土中的微孔和细缝，增强混凝土的密实性，在一定程度上提高其抗压强度。然而，当粉煤灰掺量过高时，其细小颗粒可能会影响混凝土的胶凝体系，导致水泥水化反应速率降低，减弱了水泥石和骨料之间的黏结力，从而降低了混凝土整体的抗压强度。在粉煤灰掺量为10%时，混凝土抗压强度达到最大值，其7d和28d的抗压强度最大值分别为20.87和 36.00 MPa。

不同粉煤灰掺量下混凝土抗折强度变化如图2所示。由图2可知，在粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%时，7d抗折强度分别为4.68、6.08、5.99和4.37MPa;28d抗折强度分别为6.94、8.60、8.38、6.90MPa，表明7d和28d混凝土抗折强度随着粉煤灰掺量的增大均呈现出先增大后减小的趋势。其中，在10%粉煤灰掺量下，7d和28d混凝土抗折强度最大；在20%掺量下，抗折强度略有降低，但仍高于0粉煤灰掺量；在30%掺量下，抗折强度低于无粉煤灰混凝土。粉煤灰作为混凝土掺合料，其掺量的增加能填充混凝土中的孔隙，从而提高混凝土的密实性，有利于提高混凝土的抗压强度和抗折强度。因此，在一定范围内，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗折强度会逐渐增加。但当粉煤灰掺量超过一定比例时，粉煤灰掺量过多，混凝土的孔隙被大量填充，导致混凝土内部的水泥浆体减少，影响了水泥的水化反应，从而降低了混凝土的抗折强度。

2.2 矿渣粉掺量的影响

图3为不同矿渣粉掺量下混凝土抗压强度的变化。

由图3可知，在0、10%、20%、30%矿渣粉掺量下，7d抗压强度分别为20.45、21.77、19.49和17.61MPa,28d抗压强度依次为32.28、32.72、30.10和28.51MPa，说明混凝土抗压强度随着矿渣粉掺量的增加呈现出先小幅提升再逐渐降低的趋势，其中，在10%矿渣粉掺量下，7d和28d抗压强度值最大，20%和30%掺量均低于无矿渣的混凝土抗压强度。究其原因，一方面，高比表面积的矿渣粉在水泥中引起更多的化学反应,形成了额外的水泥基质，小幅增加了混凝土的强度；另一方面，随着矿渣粉掺量的继续增加,其玻璃体晶体内部结构的不均匀性和混凝土中的孔隙结构可能引起更多的微裂缝和孔隙,降低了混凝土的抗压强度。

图4为不同矿渣粉掺量下混凝土抗折强度的变化。由图4可知，在0、10%、20%、30%矿渣粉掺量下，7d抗折强度依次为4.62、4.61、4.46、4.10MPa,28d抗折强度分别为6.99、6.83、6.58、6.01,表明7d和28d抗折强度随着矿渣粉掺量的增大而逐渐减小。矿渣粉掺量由0增大至30%时，7d抗折强度降幅为11.26%,28d抗折强度降幅为14.02%。矿渣粉的掺人增加了混凝土的细孔体积,降低了混凝土的密实性，使得水泥凝胶的形成受到影响，从而降低了混凝土的抗折强度，矿渣粉中的玻璃体和活性硅酸盐等成分与水泥中的水化产物反应，形成新的水化产物，但这些新产物的强度不如水泥凝胶，导致混凝土整体的抗折强度降低。

2.3 硅灰掺量的影响

不同硅灰掺量下混凝土抗压强度变化如图5所示。

由图5可知，在0、10%、20%和30%硅灰掺量下，7d抗压强度分别为20.39、21.26、23.36、25.60MPa,28d抗压强度分别为32.18、32.47、34.64、38.55MPa，表明混凝土抗压强度随着硅灰掺量的增加而逐渐增大，在30%硅灰掺量下，7d和28d混凝土抗压强度最大。硅灰是一种细微颗粒的硅酸盐材料,其颗粒尺寸较小，能填充混凝土中的微观孔隙，提高混凝土的密实性，从而增加混凝土的抗压强度。硅灰与水中的游离钙离子反应生成硅酸钙胶凝,填充混凝土中的孔隙，改善了混凝土的内部结构,此外，硅灰还能与水泥中的氢氧化钙反应，生成硅酸钙凝胶,并与水化硅酸钙反应生成硅酸镁凝胶，填充混凝土中的孔隙，从而提高混凝土的抗压强度。

不同硅灰掺量下混凝土抗折强度的变化如图6所示。由图6可知，7d和28d混凝土抗折强度随硅灰掺量的变化与不同硅灰掺量下混凝土抗压强度变化一致，均随着硅灰掺量的增加逐渐增大，其中，在30%硅灰掺量下，7d和28d混凝土抗压强度最大,分别为6.11和10.66MPa。

2.4 搅拌工艺的影响

不同搅拌工艺下的混凝土抗压强度变化如图7所示。

由图7可知，采用普通搅拌工艺的7d和28d混凝土抗压强度分别为22.94和31.33MPa，采用水泥裹石搅拌工艺的7d和28d抗压强度分别为25.87和35.87MPa，采用两阶段工艺的7d、28d抗压强度依次为25.1、34.2MPa。其中，采用水泥裹石搅拌工艺的混凝土抗压强度最高，两阶段工艺次之，采用普通搅拌工艺混凝土抗压强度最低。水泥裹石工艺通过水泥对细石的包裹，形成高密实度结构，增强了混凝土的均质性和密实性，两阶段工艺在第一阶段搅拌中形成了高度分散的水泥浆体，然后在第二阶段再添加骨料和剩余水泥进行二次搅拌，这种分步搅拌的方法提高了混凝土的抗压强度，因此，相对于普通搅拌法，采用这两种搅拌工艺混凝土抗压强度有所提升。

3结语

本文通过对桥梁混凝土试块进行抗压及抗折强度试验，对粉煤灰、矿渣粉、硅灰及搅拌工艺对混凝土力学性能的影响开展研究，得出如下结论。

（1）混凝土抗压强度随着粉煤灰和矿渣粉掺量的增加先增大后降低，随着硅灰掺量的增加而逐渐增大，在10%粉煤灰掺量和矿渣粉掺量下，混凝土抗压强度最大；在30%粉煤灰掺量和20%、30%矿渣粉掺量下，抗压强度低于0掺量的抗压强度。

（2）混凝土抗折强度随着粉煤灰掺量的增加先增大后降低，随着矿渣粉掺量的增加逐渐降低，随着硅灰掺量的增加逐渐增大。

（3）采用水泥裹石搅拌工艺混凝土的抗压强度最大，两阶段法次之，普通搅拌法最小。（来源：《江西建材》2024.06）

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNjU1MTYwNw==&mid=2247520252&idx=5&sn=896c2322fa2ef60a83a979f8b3ef65d9

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