粉煤灰混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

摘　要:在混凝土中摻入一定量粉煤灰,不僅可以降低生產(chǎn)成本,而且對混凝土的性能如工作性、干縮、抗開裂性等具有很好的改善作用。本文論述了粉煤灰改善混凝土性能的試驗研究及其在橋梁工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:粉煤灰混凝土;干縮,抗開裂性能;橋梁工程

中圖分類號: TU52812 　　　文獻標(biāo)識碼:B 　　　文章編號:1005 - 8249 (2006) 05 - 0043 - 02

　　發(fā)展綠色環(huán)保高性能混凝土的重要途徑之一是使用粉煤灰高性能混凝土。粉煤灰混凝土不僅強度發(fā)展良好,而且耐久性能十分優(yōu)異,能明顯降低水化溫升,大大減小混凝土早期開裂的危險[1 ] 。

　　本文針對內(nèi)蒙古東部地區(qū)赤通高速公路沿線橋梁混凝土承臺和薄壁墩施工技術(shù),通過優(yōu)化混凝土材料組成,研究粉煤灰對混凝土的工作性、體積變形、抗開裂等性能的改善,從而保證橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的安全。

1 　工程概況

　　內(nèi)蒙古赤峰- 通遼高速公路撒力巴至下洼段二標(biāo)的K93 + 737 大橋承臺截面為矩形,尺寸為11. 0m ×6. 8m ,厚2. 5m ,橋墩設(shè)計為空心薄壁墩,其下部為實心段,截面尺寸為7. 8m ×2. 2m ,高為1. 5m ,空心部位壁厚為0. 5m ,高為40m ,混凝土等級C30 ,其暴露面積大,厚度薄,部分薄壁墩高度在40m 以上。薄壁墩在受到荷載作用的同時,長期處于干燥、大風(fēng)沙、寒冷及大溫差的環(huán)境,使得該類混凝土結(jié)構(gòu)非常容易開裂,所以該類薄壁墩混凝土制備、施工和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)是橋梁建設(shè)的重點和難點。

2 　混凝土原材料性能及優(yōu)選

　　原材料包括:32. 5 級普硅水泥、Ⅰ級粉煤灰(性能見表1) 、B H2F81 高效減水劑、赤峰河砂(細度模數(shù)2. 7 ,表觀密度2650kg/ m3 ) 、石子(粒徑5mm～40mm ,表觀密度2720kg/ m3 ) 。

3 　混凝土配合比設(shè)計優(yōu)化

3. 1 　粉煤灰對混凝土力學(xué)性能的影響

　　試驗采用Ⅰ級粉煤灰配制C30 混凝土,坍落度控制在18cm ±2cm 之間。從表2 看出,粉煤灰摻量為10 %、15 %時,混凝土有干硬和離散現(xiàn)象,和易性較差;當(dāng)粉煤灰摻量為20 %、25 %、30 %時,由于膠凝材料需水比降低,混凝土水膠比下降,混凝土和易性較好,28d抗壓強度分別是44. 5MPa ,41. 8MPa 和40. 5MPa ,因此本工程最后確定粉煤灰的摻量為20 %,膠凝材料總量控制在380kg/ m3 。

3. 2 　混凝土絕熱溫升

　　采用表2 中編號1 、4 和6 的混凝土配比進行混凝土絕熱溫升試驗,結(jié)果見圖1 。

　　從圖1 看出,不摻粉煤灰的混凝土絕熱溫升為42 ℃, 摻20 %粉煤灰的混凝土絕熱溫升為36 ℃, 摻30 %粉煤灰混凝土的絕熱溫升為34. 8 ℃。試驗結(jié)果表明,采用一定量的粉煤灰,可大幅度降低混凝土的絕熱溫升,這對預(yù)防大體積混凝土溫度裂縫有重要意義。薄壁墩混凝土絕熱溫升最活躍期是前5 天,因此,混凝土澆筑后5～7 天是混凝土溫控的關(guān)鍵時期,此時應(yīng)加強混凝土表面保溫養(yǎng)護,避免因氣溫驟降引起混凝土表面急劇降溫,產(chǎn)生較大溫度梯度。

3. 3 　粉煤灰對混凝土干縮性能的影響

　　試驗采用表2 中編號1 、4 和6 配比制成100mm×100mm ×515mm 的試件,拆模放入恒溫恒濕養(yǎng)護室[相對濕度(60 ±4) % ,溫度為(20 ±2) ℃]進行干縮試驗,試驗結(jié)果見圖2 。

　　從圖2 看出,不摻粉煤灰的混凝土7 天干縮率為1. 04 ×10 - 4 ,60 天的干縮率為3. 57 ×10 - 4 ; 摻20 %粉煤灰的混凝土60 天的干縮率為3. 34 ×10 - 4 。而摻30 %粉煤灰的混凝土60 天干縮率為3. 11 ×10 - 4 ,表明粉煤灰可以減小混凝土的干縮,且隨摻灰量的增大而降低。

3. 4 　混凝土抗裂性能研究

　　試驗采用清華大學(xué)研發(fā)的溫度2應(yīng)力試驗機進行混凝土早期熱裂縫研究。開裂溫度是混凝土熱性能和力學(xué)性能的綜合體現(xiàn),是混凝土由于溫度的升降產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和最大極限應(yīng)力的反映。根據(jù)不同配比的混凝土試驗及實際工程驗證,開裂溫度應(yīng)小于14 ℃,此時混凝土具有較好的抗裂性能。

　　從表3 試驗結(jié)果可知,C30 混凝土采用普硅32. 5水泥,摻20 %粉煤灰,混凝土第二零應(yīng)力溫度低,應(yīng)力儲備高,開裂溫度僅為5. 6 ℃,說明該混凝土抗裂性能好,適用于承臺和薄壁墩混凝土施工。

4 　施工應(yīng)用情況

　　從現(xiàn)場施工情況來看,混凝土工作性能良好,泵送施工順利,易于振搗,且浮漿泌水很少,混凝土強度滿

足評定要求;最重要的是滿足了大體積混凝土對水化熱控制的要求。圖3 反映的是承臺和墩身

　　混凝土的溫度變化情況, 混凝土溫升1. 5～2 天即達到峰值,持續(xù)4 ～ 8 小時后溫度開始下降,曲線第二段是自然降溫段,曲線平緩下降趨向水平,表明該時間段混凝土降溫平緩,達到準(zhǔn)穩(wěn)定態(tài)。混凝土澆筑入倉溫度在19. 0～24. 5 ℃之間,設(shè)計值≤20 ℃,內(nèi)部最高斷面均溫43. 8 ℃。此時,最大溫差16. 9 ℃,滿足內(nèi)外溫差不超過25 ℃的要求。承臺和墩身混凝土未出現(xiàn)因溫度應(yīng)力等造成開裂等破壞。

5 　結(jié)　　論

　　(1) 摻入粉煤灰可以改善混凝土和易性,不降低混凝土抗壓強度,更易于泵送施工。(2) 摻入粉煤灰,可以大幅度的降低混凝土的絕熱溫升,這對預(yù)防大體積混凝土溫度裂縫具有重要意義。(3) 粉煤灰可以減小混凝土的干縮,且隨粉煤灰摻量的增大而降低。(4) 摻20 %粉煤灰的混凝土開裂溫度僅為5. 6 ℃,抗裂性能好,混凝土未出現(xiàn)因溫度應(yīng)力等造成開裂等破壞。

參　考　文　獻

　　[ 1 ] 　張國志,劉秉京. 磨細礦渣高性能混凝土在橋梁工程的應(yīng)用[J ] .中國港灣建設(shè),2001 , (4)