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摘要：對(duì)重質(zhì)混凝土的配合比進(jìn)行探索，不僅能從理論上填補(bǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范對(duì)于重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)的空白，同時(shí)也為重質(zhì)混凝土在橋梁中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。論文將重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，配置滿足容重要求的重質(zhì)混凝土，能夠在保證混凝土性能的同時(shí)，保證配重合龍施工質(zhì)量，促進(jìn)橋梁領(lǐng)域新材料的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：配重；重質(zhì)混凝土；橋梁工程

重質(zhì)混凝土是指干表觀密度大于2600kg/m3的混凝土，多用于結(jié)構(gòu)配重和防護(hù)[1-5]。采用配重質(zhì)混凝土這種高密度特殊混凝土作壓載、配重，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可替代鑄鐵配重，降低成本，而且可以滿足各種形狀結(jié)構(gòu)的配重，目前已被廣泛應(yīng)用于橋梁及建筑機(jī)械配重以及鐵路高密度混凝土等領(lǐng)域。重質(zhì)混凝土除了應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域之外，現(xiàn)大多應(yīng)用于防輻射領(lǐng)域，因此對(duì)于重質(zhì)混凝土大多理解為防輻射混凝土。防輻射混凝土是一種能有效屏蔽對(duì)人體有害射線輻射的新型混凝土，其表觀密度要求較高，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于重質(zhì)混凝土的研究大多集中于防輻射混凝土領(lǐng)域，而對(duì)于配重質(zhì)混凝土領(lǐng)域的研究相對(duì)有限。

1配重混凝土的研究意義及必要性

重質(zhì)混凝土是近年來(lái)新興的特種材料，目前尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，配合比也需根據(jù)實(shí)際需要特別研究。重質(zhì)混凝土的主要特點(diǎn)就是重度大，其配合比的設(shè)計(jì)需要在考慮提高重度的前提下，保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。重質(zhì)混凝土的配合比設(shè)計(jì)以容重為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此選擇合適的原材料是配置重混凝土的關(guān)鍵。用鋼廠廢料（鋼渣）作為配重細(xì)集料、鐵砂為配重粗集料、普通河沙調(diào)整和易性、水泥為膠結(jié)材料、外加劑和水可以配置出容重大于3000kg/m3的C50配重混凝土；采用級(jí)配良好的重晶砂作為細(xì)骨料，連續(xù)級(jí)配重晶石作為粗骨料，水泥、外加劑和水可以配置出容重不低于3500kg/m3的C30重質(zhì)混凝土；充分利用重集料較大的表觀密度，以單方混凝土中最多能摻入量為原則，將鐵砂作為混凝土的主要骨料，細(xì)礦砂作為細(xì)骨料，水泥用量以滿足和易性為主，選用小用水量，配制出容重達(dá)4000-4500kg/m3的重質(zhì)混凝土[1-5]。由此可見(jiàn)選擇合適的原材料不僅可以達(dá)到容重要求的目標(biāo)，同時(shí)也可以有效地保證施工質(zhì)量，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。常見(jiàn)的配重施加方法有水箱配重和沙袋配重，水箱配重施加和卸載較方便，但需要較大水箱，沒(méi)有水箱的情況下可采用沙袋配重，但在一些實(shí)際情況中受各種條件制約，水箱配重和沙袋配重都有較大困難，這時(shí)就需要采用重質(zhì)混凝土配重來(lái)解決合龍過(guò)程中導(dǎo)致的偏載平衡問(wèn)題。重質(zhì)混凝土可以設(shè)置在邊跨梁端箱內(nèi)進(jìn)行配重，來(lái)抵消邊跨支座處產(chǎn)生的負(fù)反力。另外，重質(zhì)混凝土還可應(yīng)用在鋼箱梁中橋墩附近的配重設(shè)置，以增大支座正反力，克服支座處因彎扭造成扭矩較大和自重輕而出現(xiàn)的支座脫空甚至傾覆的現(xiàn)象。無(wú)論是應(yīng)用于懸臂橋梁的合龍配重還是鋼箱梁的支座配重，重質(zhì)混凝土都是配重的關(guān)鍵材料。重質(zhì)混凝土作為近年來(lái)新興的特種材料，在橋梁配重領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。因此，對(duì)重質(zhì)混凝土的配合比進(jìn)行探索，不僅能從理論上填補(bǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范對(duì)于重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)的空白，同時(shí)也為重質(zhì)混凝土在橋梁中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。將重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，配置滿足容重要求的重質(zhì)混凝土，能夠在保證混凝土性能的同時(shí)，保證配重合龍施工質(zhì)量，促進(jìn)橋梁領(lǐng)域新材料的應(yīng)用與發(fā)展。

2研究方法及目標(biāo)

研究方法如下：a.文獻(xiàn)分析法?？偨Y(jié)現(xiàn)有重質(zhì)混凝土和橋梁配重的相關(guān)研究資料，保證項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。b.正交設(shè)計(jì)法。采用相對(duì)較少的試驗(yàn)就能配置滿足重質(zhì)混凝土容重、強(qiáng)度和和易性等性能指標(biāo)要求的配合比，使所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案合理化。c.多目標(biāo)優(yōu)化法。使重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)中各組分在滿足一定約束條件的基礎(chǔ)上，能夠獲得高容重、高強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性合理的重質(zhì)混凝土。d.有限元分析法。根據(jù)桿系有限元原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐?，同時(shí)設(shè)置邊界條件及相關(guān)材料參數(shù)，建立配重重質(zhì)混凝土的有限元分析模型，保證重質(zhì)混凝土在橋梁配重領(lǐng)域應(yīng)用的合理性。研究目標(biāo)如下：a.應(yīng)用合理原材料，配置新興特種混凝土材料，實(shí)現(xiàn)混凝土新型材料設(shè)計(jì)的新設(shè)想；b.配置滿足耐久性、和易性、經(jīng)濟(jì)性等各項(xiàng)指標(biāo)的重質(zhì)混凝土，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)和優(yōu)化研究，填補(bǔ)重質(zhì)混凝土在混凝土標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范方面無(wú)據(jù)可依的空白；c.將重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)重質(zhì)混凝土配重的理論分析和實(shí)際應(yīng)用，開(kāi)辟重質(zhì)混凝土應(yīng)用新領(lǐng)域，完善混凝土應(yīng)用體系。

3研究?jī)?nèi)容

3.1資料收集。收集國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有關(guān)于重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁工程配重領(lǐng)域的資料，保證項(xiàng)目研究的檢測(cè)系統(tǒng)達(dá)到國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。

3.2重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)研究。3.2.1原材料選取。選擇不同的粗細(xì)骨料進(jìn)行原材料的選取。細(xì)骨料擬選擇重晶砂、鐵砂和普通砂，粗骨料擬選擇重晶石、鐵礦石和普通石子，其他原材料正常選取。3.2.2配合比試驗(yàn)。根據(jù)體積法和質(zhì)量法計(jì)算初步配合比，以不同的水膠比、砂率和外加劑摻量進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同粗細(xì)骨料正交設(shè)計(jì)，確定不同因素作用下，容重、和易性和強(qiáng)度的試驗(yàn)影響情況，確定合理的重質(zhì)混凝土試驗(yàn)配合比。3.2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)。由不同材料影響下容重、和易性、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等方面的統(tǒng)計(jì)分析，確定單目標(biāo)和綜合目標(biāo)的配合比優(yōu)化結(jié)果，從而從理論上驗(yàn)證不同目標(biāo)的重質(zhì)混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

3.3重質(zhì)混凝土在橋梁配重中的應(yīng)用。3.3.1配重原理的理論分析。依據(jù)“等彎矩配重”和“等位移配重”的原理，確定重質(zhì)混凝土配重情況相關(guān)計(jì)算公式。3.3.2配重有限元分析。應(yīng)用有限元分析軟件進(jìn)行重質(zhì)混凝土配重的模擬，獲得有限元分析結(jié)果。3.3.3結(jié)果對(duì)比分析。將理論結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，深入分析重質(zhì)混凝土配重方法對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力等因素的影響。將重質(zhì)混凝土這種特種混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，并利用重質(zhì)混凝土的性能和配重的原理，對(duì)重質(zhì)混凝土在橋梁配重領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行理論和有限元模擬，是重質(zhì)混凝土應(yīng)用研究的主要特色。并在重質(zhì)混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中充分考慮了原材料的使用情況，對(duì)比分析不同原材料對(duì)重質(zhì)混凝土容重、強(qiáng)度及和易性的影響。通過(guò)對(duì)重質(zhì)混凝土的配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了不同目標(biāo)情況下重質(zhì)混凝土的最優(yōu)配合比設(shè)計(jì)。

4技術(shù)路線

在收集相關(guān)文獻(xiàn)資料研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行重質(zhì)混凝土的配合比設(shè)計(jì)和橋梁配重方面的應(yīng)用，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行容重、強(qiáng)度和和易性等指標(biāo)的配合比試驗(yàn)，并應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行各指標(biāo)的優(yōu)化配比分析，將重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，從理論和有限元模擬兩方面進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證配重應(yīng)用的合理性。綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，現(xiàn)有研究大多集中于重質(zhì)混凝土防輻射方面的應(yīng)用，而對(duì)于應(yīng)用于橋梁配重方面的研究相對(duì)較少，雖然中鐵部分單位提出重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重方面的研究設(shè)想和相關(guān)應(yīng)用，但缺少系統(tǒng)的理論研究和試驗(yàn)支撐，為此，項(xiàng)目提出將重質(zhì)混凝土應(yīng)用于橋梁配重領(lǐng)域，對(duì)重質(zhì)混凝土的配合比進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，并從理論方面對(duì)重質(zhì)混凝土在橋梁配重問(wèn)題上進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)分析，為重質(zhì)混凝土這種特種混凝土材料開(kāi)辟更廣闊的領(lǐng)域，同時(shí)也為重質(zhì)混凝土的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。

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作者:哈娜 單位:遼寧省交通高等?？茖W(xué)校道橋系