陶粒混凝土在昌九高速桥梁工程中的应用

1、陶粒混凝凝土在昌昌九高速速桥梁工工程中的的应用张扬江11 胡曙曙光2(1、江江西省南南昌公路路桥梁工工程有限限公司 南昌昌 33300035)（2江江西赣粤粤高速公公路股份份有限公公司 南昌 33300003）摘 要要：以南南昌至九九江高速速公路桥桥梁改造造为例，介绍了了轻骨料料陶粒混混凝土配配合比设设计与施施工。通过试验验研究和和工程实实践，提提出了适适合昌九九高速公公路桥梁梁改造维维修中轻轻骨料陶陶粒混凝凝土的施施工技术和质质量控制制，对今今后旧桥桥梁桥面面铺装改改造轻骨骨料陶粒粒混凝土土的推广广使用有有着积极极的现实实意义。关键词：桥梁工工程；旧旧桥梁改改造；轻轻骨料陶陶粒混凝凝土；配配

2、合比设设计；施施工0 前前 言言南昌至九九江高速速公路（简称昌昌九高速速）为江江西南北北出省过过境大通通道，截截止目前前昌九路路营运时时间已长长达111年至114年之之久，对对推动江江西区域域经济的的发展做做出了巨巨大的贡贡献。昌昌九高速速公路全全长1333kmm，共有有8499处桥涵涵构造物物，昌九九高速公公路自开开通以来来，桥梁梁涵洞等等结构物物的养护护基本上上以日常常小修维维护为主主，一直直未进行行专项的的结构物物加固，随着营营运时间间的延伸伸、交通通量的增增长、轴轴载的加加重，路路面损坏坏日益严严重，桥桥梁局部部外观破破损较多多，占到到了总数数量的773.44%，已已经成为为一个影影响

3、昌九九高速公公路运营营安全的的潜在隐隐患。鉴于此，江西赣赣粤高速速公路股股份有限限公司决决定对昌昌九高速速公路进进行大规规模的综综合技术术改造。桥涵构构造物改改造的的的原则是是：安全全、可靠靠、经济济。改造造后的桥桥梁结构构应满足足原设计计汽-超超20、挂-1120设设计荷载载标准及及正常使使用功能能的要求求。桥梁梁加固改改造尚属属世界性性的难题题。就加加固改造造而言，国内外外目前均均无明显显优越的的方法，大多采采取结构构加固法法；对于于新材料料应用在在加固改改造中并并不多见见。昌九高速速公路技技术改造造首次采采用轻骨骨料陶粒粒，对主主线桥梁梁进行铺铺装。本本文将重重点介绍绍轻骨料料陶粒混混凝

4、土在在旧桥梁梁改造维维修中的的应用。1 轻轻骨料陶陶粒混凝凝土基本本概念用陶粒、砂、水水泥、水水、外加加剂配制制而成的的混凝土土称为陶陶粒式混混凝土，其容重重约为117000/mm3-118000/mm3。它它除了和和普通混混凝土一一样牵涉涉到粗、细集料料、水泥泥和水以以外，还还涉及到到表观密密度(原原称容重重)的最最大限值值和最小小的强度度等级限限值，骨骨料中存存在大量量空隙，使之具具有轻质质、高强强等性能能，且变变形性能能良好，弹性模模量较低低，在一一般情况况下，其其收缩和和徐变也也较大。昌九高速速公路技技改选用用以页岩岩为原材材料，其其堆积密密度为8800级级，最大大粒径20mmm、颗颗

5、粒密度度14450 kg/m3、松堆密密度8800 kg/m3、颗粒级级配要求求见表11，筒压压法测定定强度2.55MPaa，（筒筒压强度度与松堆堆密度的的经验关关系为FFt=00.488s。式中 Ft筒压密密度MPPa，PPs松堆堆密度kkg/mm3）11h吸水水率225%，15次次冻融循循环（DD15）质量损损失115%。安定性性试验煮煮沸法平平均质量量损失0.227，有有害杂质质含量要要求见表表2，粒粒型系数数要求见见表5。表1 8000级页岩岩陶粒颗颗粒级配配要求品种名称称粒级划分分（mmm）粒型不同筛孔孔累计筛筛余（按按质量%）空隙率（%）Dminn1/2DDminnDmaxx2Dm

6、aax页岩陶粒粒10-220普通型混混合级配配9030-77010050注：摘自自页岩岩陶粒和和陶砂（GBB28440-881）。表2 8000级页岩岩陶粒有有害物质质含量的的规定 品种名称称硫酸盐(按SOO3%计计）氯盐（按按CL-%计）含泥量%烧失量%有机质杂杂质页岩陶粒粒0.55-23不深于标标准色表3 页岩陶陶粒粒型型系数的的规定 骨料名称称粒型系数数大于规定定粒型系系数的允允许含量量（%）页岩陶粒粒3.00202 轻轻骨料陶陶粒混凝凝土配合合比设计计2.1 配合合比设计计要求昌九高速速公路技技术改造造工程项项目轻骨骨料陶粒粒混凝土土使用部部位为桥桥涵桥面面铺装层层混凝土土浇筑。配合比

7、比设计的的任务在在于确定定能获得得预期性性能而又又最经济济的混凝凝土各组组成材料料的用量量，它和和普通混混凝土配配合比设设计的目目的是相相同的，即在保保证结构构 HYPERLINK /search.asp?keyword=%E5%AE%89%E5%85%A8&Types=News&Condition=title 安全使用用的前提提下，力力求使混混凝土具具有较理理想的技技术经济济指标，应考虑虑以下44项基本本要求进进行配合合比设计计：(1)陶陶粒混凝凝土的设设计强度度等级与与堆密度度等级。(2)满满足施工工要求的的和易性性。(3)陶陶粒混凝凝土的性性能。(4)节节约水泥泥、合理理降低成成本。2.

8、2 配合合比设计计特点(1)除除强度、和易性性、耐久久性、经经济性要要求外，还要考考虑堆密密度要求求。(2)陶陶粒混凝凝土的堆堆密度主主要取决决于骨料料的松堆堆密度和和在混凝凝土中体体积含量量。陶粒粒混凝土土的强度度不仅取取决于水水灰比，而且骨骨料强度度和体积积含量对对其具有有很大的的影响。所以，在陶粒粒混凝土土配合比比设计中中，必须须考虑骨骨料性质质这个重重要影响响因素。(3)陶陶粒呈多多孔结构构，必须须考虑其其吸水性性能的影影响。若若使用干干燥骨料料，则加加到混凝凝土中的的总水量量分为两两部分：有效用用水量即即与水泥泥形成水水泥浆的的水，其其多少决决定了灰灰浆的强强度。附加用用水量即即考虑

9、到到被陶粒粒在1hh内吸走走的水量量。因此，陶陶粒混凝凝土的水水灰比也也分为两两种： 总水灰灰比即总总用水量量与水泥泥用量之之比。 有效水水灰比即即有效用用水量与与水泥用用量之比比。若预预先将陶陶粒作饱饱水处理理，则计计算配合合比时只只需考虑虑有效用用水量即即可。2.3 配合合比设计计原则陶粒混凝凝土的强强度等级级与水泥泥灰浆和和陶粒的的强度有有关。提提高陶粒粒混凝土土强度的的措施：(1)选选用圆球球形的、颗粒级级配较好好的、筒筒压强度度较高的的陶粒作作粗骨料料。(2)采采用普通通中砂作作细集料料。（昌昌九高速速公路技技术改造造采用江江西丰城城细度模模数2.64的的河砂）(3)选选用最大大粒径

10、20mmm的陶陶粒作粗粗骨料。（昌九九高速公公路技术术改造采采用北京京北京新新桥技术术发展有有限公司司8000级普通通型页岩岩陶粒粗粗集料。视密度度g=13880Kgg/m33、1hh吸水率率gS=3.22%。）(4)采采用较高高标号的的普通硅硅酸盐水水泥。（昌九高高速公路路陶粒混混凝土采采用的水水泥为安安徽产PP.0442.55海螺牌牌水泥。）(5)正正确选择择混凝土土水灰比比，使之之具有符符合施工工所要求求的和易易性指标标的最小小水灰比比。(6)选选择与混混凝土拌拌合物的的和易性性相适应应的成型型与养护护制度。(7)掺掺入提高高混凝土土密实性性的化学学外加剂剂。（昌昌九高速速公路技技术改造

11、造采用昌昌特牌FFDN-2缓凝凝超塑化化剂）2.4 试验验依据(1)轻骨料料及轻骨骨料混凝凝土技术术规定和和试验方方法（J788-2）(2)粘土陶陶粒和陶陶砂（GB228399-811）(3)普通混混凝土配配合比设设计规范范（JJGJ555-220000）(44)公公路桥涵涵施工技技术规范范（JJTJ0041-20000）(5)公路工工程水泥泥混凝土土试验规规程（JTJJ0533-20000）(6)公路工工程水质质分析操操作规程程（JJTJ0056-84）(7)公路工工程集料料试验规规程（JTJJ0588-20000）2.5 试配配参数的的选择2.5.1水泥泥品种和和标号 由于于陶粒表表面粗糙

12、糙多孔，要求较较多的水水泥浆包包裹其表表面，才才能满足足混凝土土拌合料料和易性性要求。对高强强度陶粒粒混凝土土，宜采采用422.5级级或以上上标号水水泥，水水泥品种种和标号号可按表表4选择择。表4 陶粒混混凝土对对水泥的的要求 陶粒混凝凝土等级级较合理的的水泥标标号水泥品种种C4042.55级硅酸盐水水泥、普普通硅酸酸盐水泥泥2.5.2陶粒粒的松堆堆密度 陶粒粒松堆密密度是影影响混凝凝土堆密密度和强强度的最最重要的的因素，在进行行配合比比设计时时必须考考虑其作作用。松松堆密度度取决于于颗粒密密度、颗颗粒大小小及粒型型等，陶陶粒含水水率也有有很大影影响，因因此，在在配合比比设计过过程中，采用绝绝

13、对干燥燥时陶粒粒的松堆堆密度。对于桥桥面铺装装这种结结构轻骨骨料混凝凝土，松松堆密度度应为7700 kg/m3-8000kg/m3。2.5.3最小小、最大大水泥用用量 陶粒混混凝土的的水泥用用量与陶陶粒品种种规格关关系见表表5。对对某一品品种的轻轻骨料其其混凝土土强度等等级和水水泥用量量都有一一定限度度。考虑虑混凝土土水化热热、收缩缩、徐变变等影响响，陶粒粒混凝土土最大水水泥用量量不超过过5500 kgg/m33。表5 陶粒混混凝土最最小水泥泥用量 陶粒混凝凝土等级级不同松堆堆密度陶陶粒的水水泥用量量（kgg/m33）600700800C40-420-5000410-49002.5.4用水水量

14、 陶粒混混凝土配配合比的的用水量量以有效效用水量量表示时时，根据据混凝土土不同用用途、及及其施工工要求的的和易性性，参照照表6选选用。表6 陶粒混混凝土有有效用水水量 序号用途和易性有效用水水量（kkg/mm3）工作度（S）坍落度（MM）1预制混凝凝土构件件300-300155-20002现浇混凝凝土1机机械振捣捣2人工工振捣或或钢筋较较密-30-55050-880165-2100200-2200注：本表表值采用用普通砂砂。2.5.5水灰灰比 陶粒混混凝土配配合比中中的水灰灰比一般般用有效效水灰比比表示。由于水水灰比对对陶粒混混凝土的的性能特特别是耐耐久性能能有很大大影响。水灰比比太大将将使混

15、凝凝土的密密实度大大大降低低，在周周围介质质长期作作用下，会导致致混凝土土或钢筋筋混凝土土内部结结构的破破坏，最最终使整整个结构构物遭受受破坏。所以，对最大大水灰比比必须加加以限制制。为满满足耐久久性的要要求，根根据公公路桥涵涵施工技技术规范范（JJTJ0041-20000)的的要求，其最大大水灰比比应符合合表7的的规定。表7 陶粒混混凝土最最大水灰灰比 混凝土所所处环境境条件不受风雪雪影响受风雪影影响、位位于水中中及水位位升降范范围内、潮湿环环境严寒地区区水位升升降范围围内、受受水压作作用寒冷地区区水位升升降范围围内最大水灰灰比-0.7000.6550.6002.5.6粗细骨骨料总体体积 粗

16、细骨骨料总体体积是指指配制11m3陶陶粒混凝凝土所需需粗细骨骨料松散散体积的的总和。它是用用松堆密密度法设设计配合合比时的的一个重重要参数数。粗细细骨料总总体积主主要与粗粗骨料的的粒型、细骨料料的品种种有关。密实结结构陶粒粒混凝土土粗细骨骨料总体体积，可可按表88选用。表8 粗细骨骨料总体体积 粒型细骨料品品种总体积（m3）普通型页页岩陶粒粒普通砂1.300-1.402.5.7砂率率 砂砂率混凝凝土和易易性及硬硬化后的的堆密度度、强度度与变形形性能等等有较大大影响。采用普普通砂时时的砂率率（体积积比）见见表9。表9 陶粒混混凝土砂砂率（体体积比） 用途细骨料品品种砂率(%)现浇混凝凝土普通砂4

17、0-6602.5.8外加加剂 陶粒混混凝土允允许采用用外加剂剂（如减减水剂、泵送剂剂、引气气剂等），其掺掺量通过过试验确确定。2.6 配合合比设计计方法陶粒混凝凝土的配配合比设设计，一一般采用用松散体体积法，以干堆堆密度为为基础，即假定定1m33混凝土土的干堆堆密度为为其各组组成材料料的干质质量之总总和，以以此为依依据通过过试验调调整配合合比。2.7 配合合比设计计要点基本和普普通混凝凝土相似似，但须须注意: 必须须考虑陶陶粒对混混凝土一一系列性性能的影影响，其其中最重重要的是是对混凝凝土堆密密度的影影响,必必须考虑虑陶粒吸吸水率对对混凝土土用水量量的影响响。2.8 配合合比设计计步骤（1）根

18、根据原材材料性能能和陶粒粒混凝土土的设计计强度、堆密度度、和易易性要求求，参照照表6-表111,选择择有关参参数（水水泥用量量、有效效用水量量、砂率率、或确确定总用用水量）。（2）根根据表110选择择粗细骨骨料总体体积Vqq+s；（3）根根据粗细细骨料总总体积及及砂率，求出11m3陶陶粒混凝凝土中细细骨料用用量：VVs=VVq+ss*Spp（M33） S=Vs*S（kg）式中：VVs-砂砂体积MM3； Spp-砂率率（%）； S-细骨料料质量kkg； SS-细骨骨料松堆堆密度（kg/m3）。（4）计计算1MM3陶粒粒混凝土土中陶粒粒用量： Vqq=Vqq+sVs（m3） Q=Vq*q（kg）式

19、中：VVq-陶陶粒体积积（m33）；q-陶陶粒松堆堆密度（kg/m3）；Q-陶粒粒质量（m3）；q-陶陶粒松堆堆密度（kg/m3）。（5）根根据施工工要求和和易性选选择用水水量：根根据表88，再根根据陶粒粒1h的的吸水率率计算附附加水，则总用用水量为为 Wz=W+QQ*gSS（kgg）式中：WWz-总总用水量量（kgg）； W-有效用用水量（kg）； Q-陶粒用用量（kkg）； ggS-陶陶粒1hh吸水量量（%）。（6）根根据计算算材料用用量估算算混凝土土干密度度g。 g=1.115C+Q+SS（kgg/m33）式中：CC水泥泥用量（kg）。估算出的的干堆密密度应符符合设计计要求，误差5%，否

20、则需需重新调调整计算算。（7）试试拌调整整配合比比。根据试模模大小和和组数计计算试样样体积，乘以11.055系数，作为试试配实际际用量体体积，进进行混凝凝土试配配。为选择较较优的配配合比，可根据据基准配配合比水水泥用量量，另选选相邻22个水泥泥用量（300 kgg/m33）同时时进行试试配。最最后选定定满足设设计需求求的水泥泥用量最最小的配配合比。（8）确确定施工工配合比比。根据试验验室配合合比、各各种骨料料湿堆密密度调整整配合比比，即得得施工配配合比。昌九高高速公路路技术改改造桥涵涵加固维维修页岩岩陶料混混凝土材材料有量量（kgg/m33）为：水泥4450 kg/m3、细集料料8133 kg

21、g/m33、粗集集料6118 kkg/mm3、水水1700 kgg/m33、外加加剂111.255 kgg/m33。3dd的抗压压强度为为38.64MMPa,达到配配制强度度的777.4%。 图113 陶陶粒混凝凝土施工工陶粒混凝凝土的施施工工艺艺基本与与普通混混凝土相相似。但但由于陶陶粒的堆堆密度小小和多孔孔结构吸吸水的特特性，在在施工过过程中务务必注意意，才能能保证工工程质量量。3.1 配料料要求陶粒混凝凝土各组组份配料料计量允允许误差差见表110。在在生产前前及生产产过程中中，应经经常性检检测粗细细骨料中中的含水水量并及及时相应应调整加加水量。建议陶陶粒在拌拌和混凝凝土前预预先浇水水湿润

22、，以利于于混凝土土强度的的增长。表10 陶粒粒混凝土土配料计计量允许许误差 序号材料名称称允许误差差（%）1陶粒、砂砂32水泥、水水、外加加剂23.2 设备备采用带电电子称重重装置、自动称称水系统统的7550型以以上的强强制式混混凝土搅搅拌机，若配合合比中有有外加剂剂，宜采采用液体体外加剂剂溶于水水中搅拌拌混凝土土。混凝土运运输车宜宜选择泵泵送混凝凝土输送送车，同同时要经经可能减减少倒运运时间，避免混混凝土在在浇筑前前出现初初凝现象象。宜选择低低频低幅幅混凝土土振捣器器，不宜宜采用振振捣功率率强大的的机械设设备，避避免使混混凝土发发生离析析情况。3.3 混凝凝土搅拌拌采用强制制式搅拌拌机的加加

23、料顺序序及搅拌拌时间见见图2: 图2使用外加加剂时，优先选选择液体体外加剂剂。使用用粉剂时时，建议议先将外外加剂溶溶化在水水中，待待混合溶溶液均匀匀后一起起加入混混合料中中搅拌均均匀。3.4 混凝凝土运输输陶粒混凝凝土搅拌拌后，宜宜经可能能快地运运至施工工现场并并立即浇浇筑入模模。如在在停放或或运输过过程中出出现和易易性损失失，宜在在浇筑前前进行人人工或机机械二次次搅拌恢恢复混凝凝土和易易性。在未采取取缓凝措措施时，混凝土土从搅拌拌机卸出出后到浇浇筑完成成，一般般不宜超超过600minn。3.5 混凝凝土的浇浇筑与成成型陶粒混凝凝土桥面面铺装浇浇筑成型型参数见见表111。使用用插入式式振捣棒棒

24、时，振振捣时间间要比普普通混凝凝土时间间短，避避免混凝凝土过振振离析。表11 陶粒粒混凝土土桥面铺铺装浇筑筑成型参参数 构件类型拌和物类类型构件厚度度（cmm）浇筑方式振捣方式振捣时间间（S）板式桥面面铺装普通砂+陶粒20一次成型型表面振捣捣30-660注：振捣捣时间上上限，适适用于配配筋较密密的结构构。3.6 混凝凝土的养养护陶粒内部部吸收的的水分，随着混混凝土表表面水分分的蒸发发，会从从陶粒内内部不断断向灰浆浆中转移移。在一一定时间间内能自自动供给给水泥水水化用水水，造成成良好的的养护条条件。在在温暖和和潮湿的的气候条条件下，陶粒混混凝土中中的水分分就可以以保证水水泥的水水化，可可不需覆覆盖和喷喷水养护护。但在在夏季炎炎热干燥燥的气候候条件下下，仍必必须进行行覆盖和和洒水养养生