粉煤灰混凝土在墩臺施工中的應(yīng)用

摘要:以西柏坡電廠三期鐵路專用線工程為例,在混凝土橋墩臺中合理地應(yīng)用粉煤灰,不僅改善了混凝土的性能、提高工程質(zhì)量、增加混凝土后期強度、提高抗化學(xué)侵蝕的能力,而且節(jié)省了水泥,降低混凝土成本。

關(guān)鍵詞:粉煤灰　混凝土　強度

中圖分類號:TU52812 　文獻標識碼:B

1 　工程概況

　　西柏坡電廠三期鐵路專用線工程, 線路全長12.754 km。冶河特大橋(DK7 + 191.21) 位于平山縣東崗上村南,預(yù)應(yīng)力混凝土梁為25～32 m ,全橋長827.91m ,馬冢河大橋(DK4 + 800.95) 預(yù)應(yīng)力混凝土梁2 ×24m + 10 ×32 m ,橋全長388.1 m。設(shè)計強度等級墩臺身為C20 ,混凝土用量為8 183.81 m3 。

　　線路穿越坡度緩和的山坡,途經(jīng)一部分農(nóng)田,冶河和馬冢河常年流水,其中冶河水深0.5～1.5 m ,水面寬20～30 m; 馬冢河水深1.0～1.5 m ,水面寬5～10 m。溫度區(qū)屬暖溫帶亞濕潤氣候區(qū),最大凍結(jié)深度0．54m。地震烈度Ⅵ度。

2 　原材料的選擇

　　在混凝土橋墩臺中應(yīng)用粉煤灰,可以改善混凝土的性能。水泥選用32．5 普通硅酸鹽水泥28 d 強度為34．8 MPa ;細集料選用靈壽黨家莊中砂,細度模數(shù)2．8 ,含泥量< 1．8 %;粗集料選用5．0～31．5 mm碎石,連續(xù)級配;外加劑選用GK24A 高效緩凝減水劑;細摻料為育才建材有限公司Ⅰ級粉煤灰,技術(shù)指標如表1。

表1 　Ⅰ級粉煤灰的技術(shù)指標

3 　粉煤灰混凝土性能試驗

3．1 　粉煤灰混凝土的工作性能

　　試驗中膠結(jié)材料用量為420 kgPm3 ,保持水灰比為0．42 ,粉煤灰取代率為0～50 % ,測試坍落度Sl 與坍落擴展度Sf ,以SlPSf 的比值來表征粉煤灰混凝土的工作性能,結(jié)果如表2。

　　從表2 可以看出, SlPSf 比值增大,混凝土的粘稠度增加, SlPSf 的值減小,混凝土的粘稠性減小,易發(fā)生離析、泌水,粉煤灰取代率增加,混凝土的SlPSf 比值是先降后增,取代率為10 %～30 %時,混凝土的SlPSf的值較合理,混凝土的工作性較好,取代率> 40 %時,混凝土的粘聚性增加,不利于泵送施工。

表2 　不同粉煤灰取代率下粉煤灰混凝土的工作性能

3．2 　粉煤灰混凝土強度試驗

　　本試驗以C20 混凝土為準,從表3 中的粉煤灰取代率為10 %、20 %和30 %的混凝土強度可以看出,當(dāng)摻量≤20 %時,對混凝土的強度和工作性能基本無影響,僅呈現(xiàn)出混凝土的前期強度增長慢,后期強度增長快的現(xiàn)象。前期強度增長慢是因為粉煤灰混凝土的膠結(jié)材料用量較高,使混凝土的致密性提高,而用水量較低降低了混凝土的水化熱量;后期強度增長快的原因是粉煤灰“活性效應(yīng)”發(fā)揮了作用,水泥水化過程中,生成游離的石灰,它以氫氧化鈣的形式存在,粉煤灰的活性組分SiO2 與游離石灰結(jié)合,生成新的膠凝物質(zhì),這樣膠凝物質(zhì)不斷填充混凝土內(nèi)部的孔隙,使其更加密實?；炷恋凝g期越長,越能反映出粉煤灰的“活性效應(yīng)”。所以在工程實際中,應(yīng)加強結(jié)構(gòu)實體的早期與中后期濕養(yǎng)護措施。

表3 　基準混凝土與摻粉煤灰混凝土強度對比試驗

3．3 　粉煤灰混凝土抗凍性

　　粉煤灰混凝土抗凍性按《普通混凝土長期性和耐久性能試驗方法》(GBJ 82) 規(guī)定的抗凍性試驗慢凍法進行,凍融次數(shù)為200 次。試體受凍前的養(yǎng)護齡期為90 d ,試驗負溫冷凍溫度為( - 15 ±1) ℃,正溫緩解溫度為(20 ±2) ℃,凍融制度為凍4 h 緩4 h ,每天3 次,200 次凍融試驗后進行質(zhì)量稱、外觀檢查和強度試驗。

　　結(jié)果顯示,基準混凝土質(zhì)量損失為4．7 % ,強度損失為8．1 % ,取代率為20 %的粉煤灰混凝土質(zhì)量損失為3．5 % ,強度損失為5．4 %。兩者的試驗結(jié)果非常接近,均符合(GBJ82) 標準要求,粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失和強度損失好于基準混凝土。西柏坡電廠三期工程施工完畢后,經(jīng)2 年的使用表明粉煤灰混凝土抗凍性良好,C20 級的抗凍性可達到F300。

314 　粉煤灰混凝土抗?jié)B性

　　對處于常年有水的橋墩臺,混凝土的密實性將直接影響混凝土的耐久性,因此,高耐久的混凝土必須首先具備高密實性。從混凝土的滲透性與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系來看,水膠比降低,水化產(chǎn)物增加,孔結(jié)構(gòu)得到改善,都將使混凝土的密實性增加,從而使混凝土的抗?jié)B性得到提高。粉煤灰混凝土后期強度的持續(xù)增長,提高了混凝土的不透氣性和致密性,這是普通混凝土所不具備的優(yōu)勢。從表4 中的強度結(jié)果來看,粉煤灰混凝土內(nèi)部繼續(xù)進行水化,并通過所生成的水化物填充混凝土內(nèi)部的缺陷與透水、透氣孔道,增強了混凝土結(jié)構(gòu)的抗化學(xué)侵蝕、物理滲透能力。

表4 　粉煤灰混凝土與普通混凝土抗?jié)B性對比

3．5 　粉煤灰混凝土的體積穩(wěn)定性

　　體積穩(wěn)定性是混凝土的基本要求之一,以往設(shè)計混凝土?xí)r,往往水泥用量偏高,提高了混凝土在硬化過程中的水化熱量,使混凝土內(nèi)部溫度升高(特別是大體積混凝土) ,這些熱量不能及時地散發(fā)出去,極易產(chǎn)生裂紋和變形,嚴重影響結(jié)構(gòu)的耐久性,為驗證粉煤灰混凝土的體積穩(wěn)定性,進行了干縮試驗,試驗結(jié)果見表5。在干縮期38 d 后,粉煤灰混凝土的干縮率小于基準混凝土。另外,如果延長干燥前的潮濕養(yǎng)護期,粉煤灰混凝土的干縮率會進一步降低,上述試驗結(jié)果說明,所配制的粉煤灰混凝土具有較好的尺寸穩(wěn)定性。

表5 　粉煤灰混凝土的干縮性能

4 　結(jié)論

　　通過以上試驗可以看出粉煤灰混凝土的各項性能均能滿足規(guī)范要求,西柏坡電廠工程中,橋墩臺施工累計使用粉煤灰556 t ,水泥的綜合單價為220 元Pt , Ⅰ級粉煤灰為120 元Pt ,在保證工程質(zhì)量的情況下,節(jié)省了投資。