大摻量粉煤灰混凝土在風機基礎工程中的應用
2006-05-02 00:00
摘要：粉煤灰是冶金、電力工業(yè)廢料之一。粉煤灰做為一種礦物摻合料加入到混凝土中，可以使混凝土具有需水量低，燒失量小，抗壓強度高等優(yōu)點，并能提高混凝土各項物理力學性能，改善混凝土結構的抗凍性和抗?jié)B性。本文通過分析大摻量粉煤灰混凝土在基礎工程中實際試驗和應用情況，探討了大摻量粉煤灰混凝土配合比設計，生產(chǎn)過程中的質量控制，并分析了在施工過程中所遇到的問題的原因。
關鍵詞：大摻量粉煤灰混凝土； 混凝土配合比； 質量控制
1 引言
當今社會是注重生態(tài)環(huán)境，合理利用資源，發(fā)展綠色產(chǎn)品，大力提倡可持續(xù)發(fā)展的時代?；炷磷鳛榻ㄖこ讨杏昧孔疃?，應用最廣的建筑材料，其成本和各項技術性能對于降低工程成本，提高混凝土的性能，有效利用資源，維護生態(tài)平衡都起著重大的作用。近年來，有學者將功能摻合料列為混凝土的第六組分。在混凝土中摻加礦物摻合料和研究礦物摻合料對于混凝土性能的影響已成為材料科學研究領域的研究熱點。
我國有豐富的煤炭資源，近代電力工業(yè)的發(fā)展也仍然以燃煤火力發(fā)電為主。由于燃煤機組的不斷增加，電廠規(guī)模的不斷擴大，導致了粉煤灰排放量的急劇增長。如何利用和處置好粉煤灰是我們面臨的一個非常重要的問題。如今，把粉煤灰做為一種混凝土礦物摻合料已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用。加入了以粉煤灰為主的摻合料的混凝土具有需水量小，燒失量小，抗壓強度高等突出優(yōu)點，并能提高混凝土各項物理力學性能，改善混凝土結構的抗凍性和抗?jié)B性。
在現(xiàn)有的試驗研究成果的基礎之上，結合工程實際，基于普通強度混凝土高性能化的設計理念，我們在某風力發(fā)電廠二期擴建工程的風機基礎工程中采用了大摻量粉煤灰混凝土。本文通過分析大摻量粉煤灰混凝土在此工程中實際試驗和應用情況，探討了大摻量粉煤灰混凝土配合比設計，生產(chǎn)過程中的質量控制，并分析了在施工過程中所遇到的問題的原因。
2 工程概況
本工程為風力發(fā)電廠二期擴建工程的風機基礎，用于安裝塔筒高為55m 的發(fā)電機組。由于基礎混凝土強度等級要求較高，故混凝土強度等級采用C40 。
本工程地處偏僻山區(qū)，地形復雜，道路陡峭，每個獨立基礎相距較遠，故施工采用現(xiàn)場攪拌混凝土。另從經(jīng)濟性和耐久性方面考慮，風機基礎混凝土采用大摻量粉煤灰混凝土。
3 混凝土用原材料及配合比設計
3.1 配合比設計原則
該工程采用西班牙建筑混凝土施工規(guī)范( EHE) ，要求基礎混凝土體積較大且強度較高，所以混凝土水化熱不能過大且不能過于集中，并要保證其良好的工作性。另外由于該基礎工程中混凝土的用量較大，在滿足規(guī)范要求和混凝土的技術性能指標的同時，應盡量考慮降低混凝土的成本。故采用大摻量粉煤灰混凝土不但可以改善混凝土的性能，提高混凝土的耐久性，還可以最大限度的提高經(jīng)濟效益和社會效益。該工程所采用的大摻量粉煤灰混凝土配合比的設計原則為：
(1) 調整粗骨料的級配，使空隙率達到可能的最低值。
(2) 合理的選擇砂率。
(3) 控制單方混凝土的用水量[1 ] 。
(4) 采用大摻量粉煤灰作為混凝土的礦物摻合料。
(5) 采用新型高效外加劑。
3.2 配合比設計
3.2.1 原材料
水泥：選用沈陽冀東水泥廠生產(chǎn)的3215 級普通硅酸鹽水泥。其性能指標見表1 。
砂：選用彰武產(chǎn)河砂，細度模數(shù)為218 ，表觀密度2650kg/ m3 ，堆積密度1570kg/ m3 ，含泥量1.2 % ，泥塊含量1.0 % ，空隙率40.8 %。
石子：選用彰武產(chǎn)碎石。性能指標如下：粒徑5mm～ 31.5mm ， 表觀密度2640kg/ m3 ， 堆積密度1530kg/ m3 ，針片狀顆粒含量10.7 % ，含泥量0.5 % ，空隙率42 % ，壓碎指標9.6 %。
外加劑：選用JL118 型外加劑。
粉煤灰：沈海電廠Ⅱ級粉煤灰
3.2.2 配合比設計結果
基于上述配合比設計原則，為了滿足混凝土的強度和耐久性等技術指標的設計要求，并且盡可能的減少水泥用量，降低水化熱，防止混凝土開裂，通過選用的原材料反復試配確定出該工程混凝土的基準配合比(見表2) 。
4 在混凝土的生產(chǎn)過程中的質量控制
4.1 原材料的質量控制
原材料質量的穩(wěn)定性是影響混凝土產(chǎn)品質量穩(wěn)定性的最重要的因素。保證混凝土產(chǎn)品質量穩(wěn)定的條件，就是要有穩(wěn)定的原材料質量和穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝參數(shù)(準確的生產(chǎn)計量和均勻的攪拌) 。在生產(chǎn)控制不變的情況下，原材料質量的波動必然引起產(chǎn)品質量的波動。因此，選擇質量良好而穩(wěn)定的原材料，對于生產(chǎn)質量控制是重要的[2 ] 。
本工程在保證水泥，砂，石，粉煤灰等原料出廠合格外還對已經(jīng)進場的原材料進行二次抽樣檢測，加強對骨料的含泥量、針片狀含量、級配的檢測是由于上述的三個性能指標的好壞決定著集料級配是否良好。集料的級配不僅決定著混凝土的和易性，而且直接影響到混凝土的強度和混凝土的經(jīng)濟性。加強對粉煤灰質量的檢測是由于把粉煤灰作為混凝土的組分加入到混凝土中，可以使粉煤灰的潛能得到充分的發(fā)揮。粉煤灰獨特的“形態(tài)效應”、“微集料效應”和“火山灰效應”，摻入粉煤灰可以代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球形，可起到潤滑作用，并且可改善混凝土的工作性、可泵性和抗?jié)B性。同時可以明顯降低水化熱。所以粉煤灰的質量穩(wěn)定對于混凝土產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性有著直接的影響。
基于上述原因，本工程采用二次檢驗的方法，保證配制混凝土的骨料級配良好，減小孔隙率，降低水灰比，提高混凝土的經(jīng)濟性。
4.2 水灰比控制
在本工程的實際施工過程中，為獲得良好的使用效果，并結合當?shù)氐臍庀髮嶋H情況，現(xiàn)場根據(jù)原材料及氣象情況及時測定砂石含水率并相應調整配比，嚴格控制水灰比，使施工配比符合設計的基準配比要求。
4.3 養(yǎng)護措施控制
粉煤灰在混凝土中發(fā)揮作用是在二次水化以后，強度在早期發(fā)展較慢。而混凝土在其強度發(fā)展過程中需要一定的溫度和濕度。因此，養(yǎng)護方法顯著地影響著大摻量粉煤灰混凝土的強度。經(jīng)試驗可知：蒸養(yǎng)- 蒸壓二次養(yǎng)護可以顯著的提高大摻量粉煤灰混凝土的強度[3 ] 。但此種養(yǎng)護方式并不適用于本工程的實際情況。本工程采用的是較大摻量的粉煤灰混凝土，采取自然養(yǎng)護，考慮到是秋季施工，在混凝土澆筑后，派專人定時淋水，保持混凝土表面濕潤，并在重要的部位覆蓋濕潤的草袋并適當延長支模時間，使混凝土的表面形成一層防水薄膜，以防止自由水分蒸發(fā)，避免因干縮而引起的混凝土的收縮裂縫，并在澆筑好的混凝土表面罩好塑料薄膜，保證養(yǎng)護期間混凝土周圍環(huán)境的溫度。
4.4 其它方面質量控制
當粉煤灰的摻量較大時，粉煤灰可以作為填充料填充到混凝土的空隙之中，這樣可以使混凝土更加密實。所以大摻量粉煤灰混凝土的攪拌時間要比普通混凝土的時間長。另外，大摻量粉煤灰混凝土要避免過振。這是因為粉煤灰相對密度輕，在振搗過程中很容易浮到混凝土表面，如果粉煤灰和水過于集中在澆筑層表面，混凝土層面之間就會形成薄弱環(huán)節(jié)，影響澆筑層面之間混凝土的強度。施工時注意混凝土振搗的控制，快插慢拔，不能過振使?jié){體集中表面，形成網(wǎng)狀裂縫； 不能漏振使混凝土不密實， 出現(xiàn)滲水裂縫[4 ] 。
5 對大摻量粉煤灰混凝土在應用過程出現(xiàn)的問題及原因分析
5.1 施工中出現(xiàn)的強度波動大的原因分析
在實際的施工過程中，通過對抽樣檢測(見表3) ，發(fā)現(xiàn)F21 ， F17 ， F20 ， F19 基礎的混凝土抗壓強度與其它基礎混凝土的強度相比波動較大。3d 的強度最大值和最小值之差為12.2MPa ，28d 的強度最大值和最小值之差則達到了5.4MPa 。根據(jù)以往的經(jīng)驗，原材料質量的波動，砂石含水率的波動，在控制范圍內(nèi)坍落度的波動等可以影響普通混凝土強度的波動也可引起大摻量粉煤灰混凝土的強度的波動。但這些原因一般不足以引起如此大的波動。
可能引起如此大的波動的原因可能是粉煤灰的品質不同引起的。經(jīng)查施工日志，證明了上述現(xiàn)象是由于施工過程中使用了不同品質的粉煤灰導致的結果。
5.2 在施工過程中出現(xiàn)的粉煤灰上浮的原因分析
對于粉煤灰上浮的原因，有學者認為是:
(1) 粉煤灰密度太小。不同電廠的粉煤灰品質差別較大，其密度相差也可能較大。密度越接近下限，混凝土振實過程中上浮的可能性越大[2 ] 。
(2) 混凝土用水量高，水膠比大，混凝土體內(nèi)自由水多，泌水量大，振實過程中砂石和水泥粒子沉降，就有可能致使粉煤灰上浮[2 ] 。
6 結論
(1) 本工程選用的是品質良好的Ⅱ級商品粉煤灰摻入混凝土中施工，采用超摻法，粉煤灰的取代量超過了30 % ，經(jīng)工程實際檢驗，各方面性能均達到技術要求，且使用情況良好。說明從工程應用角度而言，對于較大體積的混凝土工程，采用大摻量粉煤灰進行混凝土施工，是一項可行的實用技術。
(2) 本工程所配制的大摻量粉煤灰混凝土在施工時粘聚性、保水性好。坍落度損失小，硬化后外觀質量優(yōu)良，抗壓強度和抗?jié)B性均能滿足要求。
(3) 大摻量粉煤灰混凝土不僅可以改善混凝土的各項性能，延長混凝土結構的使用壽命，同時可以大幅度減小耗費能源多、污染環(huán)境嚴重的硅酸鹽水泥用量。
(4) 為使水泥混凝土材料盡快邁上“綠色化”軌道，大摻量粉煤灰混凝土的研究和應用是一個重要方面。
(5) 在大摻量粉煤灰混凝土的生產(chǎn)工程中，應注意從原材料、水灰比、養(yǎng)護方法等方面來控制混凝土的質量。
(6) 粉煤灰的品質對于大摻量粉煤灰混凝土的品質起著至關重要的作用。
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