重质混凝土在桥梁工程中的应用

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摘要：对重质混凝土的配合比进行探索，不仅能从理论上填补国家标准和行业规范对于重质混凝土配合比设计的空白，同时也为重质混凝土在桥梁中的应用奠定基础。论文将重质混凝土应用于桥梁配重领域，配置满足容重要求的重质混凝土，能够在保证混凝土性能的同时，保证配重合龙施工质量，促进桥梁领域新材料的应用与发展。

关键词：配重；重质混凝土；桥梁工程

重质混凝土是指干表观密度大于2600kg/m3的混凝土，多用于结构配重和防护[1-5]。采用配重质混凝土这种高密度特殊混凝土作压载、配重，其最大的优点是可替代铸铁配重，降低成本，而且可以满足各种形状结构的配重，目前已被广泛应用于桥梁及建筑机械配重以及铁路高密度混凝土等领域。重质混凝土除了应用于桥梁配重领域之外，现大多应用于防辐射领域，因此对于重质混凝土大多理解为防辐射混凝土。防辐射混凝土是一种能有效屏蔽对人体有害射线辐射的新型混凝土，其表观密度要求较高，目前国内外对于重质混凝土的研究大多集中于防辐射混凝土领域，而对于配重质混凝土领域的研究相对有限。

1配重混凝土的研究意义及必要性

重质混凝土是近年来新兴的特种材料，目前尚无国家标准和行业规范，配合比也需根据实际需要特别研究。重质混凝土的主要特点就是重度大，其配合比的设计需要在考虑提高重度的前提下，保证混凝土的强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求，获得最经济和适用的混凝土。重质混凝土的配合比设计以容重为主要设计目标，因此选择合适的原材料是配置重混凝土的关键。用钢厂废料（钢渣）作为配重细集料、铁砂为配重粗集料、普通河沙调整和易性、水泥为胶结材料、外加剂和水可以配置出容重大于3000kg/m3的C50配重混凝土；采用级配良好的重晶砂作为细骨料，连续级配重晶石作为粗骨料，水泥、外加剂和水可以配置出容重不低于3500kg/m3的C30重质混凝土；充分利用重集料较大的表观密度，以单方混凝土中最多能掺入量为原则，将铁砂作为混凝土的主要骨料，细矿砂作为细骨料，水泥用量以满足和易性为主，选用小用水量，配制出容重达4000-4500kg/m3的重质混凝土[1-5]。由此可见选择合适的原材料不仅可以达到容重要求的目标，同时也可以有效地保证施工质量，获得良好的经济效益。常见的配重施加方法有水箱配重和沙袋配重，水箱配重施加和卸载较方便，但需要较大水箱，没有水箱的情况下可采用沙袋配重，但在一些实际情况中受各种条件制约，水箱配重和沙袋配重都有较大困难，这时就需要采用重质混凝土配重来解决合龙过程中导致的偏载平衡问题。重质混凝土可以设置在边跨梁端箱内进行配重，来抵消边跨支座处产生的负反力。另外，重质混凝土还可应用在钢箱梁中桥墩附近的配重设置，以增大支座正反力，克服支座处因弯扭造成扭矩较大和自重轻而出现的支座脱空甚至倾覆的现象。无论是应用于悬臂桥梁的合龙配重还是钢箱梁的支座配重，重质混凝土都是配重的关键材料。重质混凝土作为近年来新兴的特种材料，在桥梁配重领域有广阔的发展前景。因此，对重质混凝土的配合比进行探索，不仅能从理论上填补国家标准和行业规范对于重质混凝土配合比设计的空白，同时也为重质混凝土在桥梁中的应用奠定基础。将重质混凝土应用于桥梁配重领域，配置满足容重要求的重质混凝土，能够在保证混凝土性能的同时，保证配重合龙施工质量，促进桥梁领域新材料的应用与发展。

2研究方法及目标

研究方法如下：a.文献分析法。总结现有重质混凝土和桥梁配重的相关研究资料，保证项目研究内容处于国内外领先水平。b.正交设计法。采用相对较少的试验就能配置满足重质混凝土容重、强度和和易性等性能指标要求的配合比，使所设计的试验方案合理化。c.多目标优化法。使重质混凝土配合比设计中各组分在满足一定约束条件的基础上，能够获得高容重、高强度和经济性合理的重质混凝土。d.有限元分析法。根据杆系有限元原理，进行结构单元划分，同时设置边界条件及相关材料参数，建立配重重质混凝土的有限元分析模型，保证重质混凝土在桥梁配重领域应用的合理性。研究目标如下：a.应用合理原材料，配置新兴特种混凝土材料，实现混凝土新型材料设计的新设想；b.配置满足耐久性、和易性、经济性等各项指标的重质混凝土，根据实际需要进行重质混凝土配合比设计和优化研究，填补重质混凝土在混凝土标准和规范方面无据可依的空白；c.将重质混凝土应用于桥梁配重领域，实现重质混凝土配重的理论分析和实际应用，开辟重质混凝土应用新领域，完善混凝土应用体系。

3研究内容

3.1资料收集。收集国内外现有关于重质混凝土应用于桥梁工程配重领域的资料，保证项目研究的检测系统达到国内外领先水平。

3.2重质混凝土配合比设计研究。3.2.1原材料选取。选择不同的粗细骨料进行原材料的选取。细骨料拟选择重晶砂、铁砂和普通砂，粗骨料拟选择重晶石、铁矿石和普通石子，其他原材料正常选取。3.2.2配合比试验。根据体积法和质量法计算初步配合比，以不同的水胶比、砂率和外加剂掺量进行试验设计，试验设计不同粗细骨料正交设计，确定不同因素作用下，容重、和易性和强度的试验影响情况，确定合理的重质混凝土试验配合比。3.2.3优化设计。由不同材料影响下容重、和易性、强度和经济性等方面的统计分析，确定单目标和综合目标的配合比优化结果，从而从理论上验证不同目标的重质混凝土配合比优化设计结果。

3.3重质混凝土在桥梁配重中的应用。3.3.1配重原理的理论分析。依据“等弯矩配重”和“等位移配重”的原理，确定重质混凝土配重情况相关计算公式。3.3.2配重有限元分析。应用有限元分析软件进行重质混凝土配重的模拟，获得有限元分析结果。3.3.3结果对比分析。将理论结果与有限元分析结果进行对比，深入分析重质混凝土配重方法对桥梁主体结构线形和内力等因素的影响。将重质混凝土这种特种混凝土应用于桥梁配重领域，并利用重质混凝土的性能和配重的原理，对重质混凝土在桥梁配重领域的应用进行理论和有限元模拟，是重质混凝土应用研究的主要特色。并在重质混凝土配合比设计试验研究中充分考虑了原材料的使用情况，对比分析不同原材料对重质混凝土容重、强度及和易性的影响。通过对重质混凝土的配合比进行了优化设计研究，并进行了不同目标情况下重质混凝土的最优配合比设计。

4技术路线

在收集相关文献资料研究的基础上，进行重质混凝土的配合比设计和桥梁配重方面的应用，应用正交设计法进行容重、强度和和易性等指标的配合比试验，并应用优化设计的方法进行各指标的优化配比分析，将重质混凝土应用于桥梁配重领域，从理论和有限元模拟两方面进行对比分析，验证配重应用的合理性。综合国内外研究现状，现有研究大多集中于重质混凝土防辐射方面的应用，而对于应用于桥梁配重方面的研究相对较少，虽然中铁部分单位提出重质混凝土应用于桥梁配重方面的研究设想和相关应用，但缺少系统的理论研究和试验支撑，为此，项目提出将重质混凝土应用于桥梁配重领域，对重质混凝土的配合比进行相关试验研究，并从理论方面对重质混凝土在桥梁配重问题上进行相关结构分析，为重质混凝土这种特种混凝土材料开辟更广阔的领域，同时也为重质混凝土的发展奠定坚实的理论和试验基础。

参考文献

[1]崔嵩岭.浅谈配重混凝土的设计与应用[J].中国新技术新产品,2013,(4):16.

[2]张勇,鲁哓辉,谢慧东.钢渣粗集料在泵送配重混凝土中的应用试验研究[J].生态建材,2015,(2):18-21.

[3]谢洪雷,赵建佩,钱,欣等.骨料级配对配重混凝土密度及抗压强度影响的试验研究[J].石油工程建设,2013,39(3):13-16.

[4]邓长军,唐英、何跃军等.重混凝土配合比设计及其在城市桥梁中的应用[J].铁道建筑,2015,(3):24-26.

[5]王晓中.重混凝土性能的试验研究与应用[D].北京:北京工业大学,2012.

作者:哈娜 单位:辽宁省交通高等专科学校道桥系