大摻量粉煤灰海工混凝土在金塘大橋灌注樁中的應用
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摘 要: 針對金塘大橋海工混凝土所處環(huán)境的特點,采用大摻量粉煤灰配制灌注樁海工混凝土。試驗結果表明,大摻量粉煤灰海工混凝土的工作性、力學性能良好,所確定的配合比使混凝土既能滿足耐久性要求,又能滿足低成本要求,在金塘大橋工程施工中得到比較成功的應用。
關鍵詞:大摻量粉煤灰;海工混凝土;灌注樁 中圖分類號: TV37513 文獻標識碼:B 文章編號:1005 - 8249 (2007) 06 - 0015 - 03 收稿日期:2007 - 04 - 12
1 工程概況
金塘跨海大橋橫跨杭州灣海域,全長36km ,其中西通航孔橋主墩樁基礎34 根, 樁徑200cm , 樁長110m ,邊墩樁基礎20 根,樁徑200cm ,樁長90m ,混凝土等級為C35 。混凝土設計為大流動度耐久性海工混凝土,應具有良好的可泵性和較長凝結時間,在滿足強度的條件下達到高耐久性要求。
本文根據(jù)《金塘大橋海工混凝土耐久性技術規(guī)程》和海上施工的實際情況,采用大摻量粉煤灰配制的灌注樁海工混凝土,通過優(yōu)化混凝土材料組成,研究混凝土的工作性、力學性能、抗氯離子滲透及其他性能,從而達到設計、施工工藝和經(jīng)濟的要求。 2 灌注樁混凝土配合比設計思路與技術措施 2. 1 設計思路
為了保證灌注樁混凝土有足夠的良好工作性能、強度和耐久性能,使其能承受上部結構的各種外力和不同因素的影響,混凝土應達到如下要求: (1) 混凝土拌和物必須具有良好的粘聚性能,不產生或少產生離析現(xiàn)象; (2) 混凝土必須具有一定的流動性,由混凝土本身重量自動流平來完成混凝土的平整和密實; (3) 由于灌注樁混凝土是在水下施工和凝結硬化,必須保證混凝土獲得足夠的強度; (4) 混凝土在施工后凝結硬化,并長期承受各種荷載作用和其它因素的影響,因此除強度滿足要求外,還必須考慮耐久性能,如抗氯離子滲透性、耐蝕性等。
2. 2 技術措施
為配制符合設計和施工要求的灌注樁海工混凝土,主要采取以下技術措施: (1) 控制原材料質量:砂、石材料的含泥量與泥塊含量要求嚴格,石子的最大粒徑控制在25mm ,砂子采用中粗砂,水泥的堿含量控制在0. 6 %以下。(2) 采用聚羧酸高效減水劑:控制混凝土的水膠比,減少坍落度的經(jīng)時損失,延緩混凝土的凝結時間,混凝土含氣量控制在4 %～6 % ,保證混凝土具有適宜的粘度、較大的流動性、不離析和適宜的凝結時間等優(yōu)良施工性能。(3) 控制膠材種類和用量:混凝土膠凝材料用量為430～450kg/ m3 ,采用大摻量的粉煤灰和礦粉。礦物摻合料在混凝土中微集料作用,參與膠凝材料的水化反應,降低了水膠比,改善水泥漿的質量,提高混凝土抗氯離子滲透性能。
3 試驗原材料與方法
3. 1 試驗原材料
試驗原材料包括:寧國海螺P. II42. 5 水泥、諫壁I級粉煤灰、蕪湖朱家橋S95 級礦粉、中砂(細度模數(shù)2. 63 ,表觀密度2. 64g/ cm3 ) 、碎石(5cm～25mm 連續(xù)級配,表觀密度2. 63g/ cm3 ) 、聚羧酸減水劑(減水率≥25 %) 、自來水。
3. 2 試驗方法
依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GBJ80 - 85進行混凝土拌合物性能試驗,依據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法》GBJ80 - 85 進行混凝土力學性能試驗。
倒坍落筒流出時間法 海工混凝土由于粘性大,僅用坍落度和擴展值等難以表征其流動性,這時結合倒坍落筒流出時間顯得尤為重要。方法是將坍落筒倒置,底部封蓋裝滿混凝土并抹平(一般倒置坍落度筒,底部離地50cm 為宜) ,迅速滑開底蓋,用秒表記錄混凝土流空時間,時間越長代表混凝土粘度越大。
氯離子滲透試驗 混凝土抗氯離子滲透試驗參照混凝土抗氯離子擴散系數(shù)快速測定的RCM 法進行。按照該方法測得混凝土中氯離子非穩(wěn)態(tài)快速遷移擴散系數(shù)。
4 試驗結果與分析
試配灌注樁海工混凝土時,試配強度不是主要解決的問題,抗氯離子滲透是關鍵的因素,混凝土的工作性及經(jīng)濟性也是必須要考慮的問題。本工程設計混凝土要求84d 氯離子擴散系數(shù)≤2. 5 ×10 - 12 m2 / s ,因此在混凝土中摻入粉煤灰和礦粉,混凝土膠凝材料用量為430～450kg/ m3 ,選擇與水泥及摻合料相容的外加劑并調整外加劑的摻量, 控制適宜的水膠比0. 33～0. 35 ,并采用倒坍落度評價混凝土的工作性。5種不同比例膠凝材料的混凝土配合比見表1 。
4. 1 粉煤灰對混凝土工作性能影響
從表2 看出,在粉煤灰摻量為0 和15 %時,由于礦粉摻量高,混凝土較粘,和易性較差;隨著粉煤灰摻量的增大,混凝土的和易性有較大的改善,其中摻40 %粉煤灰4 # 的新拌混凝土1. 5h 坍落度損失最小。本試驗采用倒置坍落度評價混凝土的工作性,當?shù)V粉摻量較大(40 %) 時,倒坍落度時間為34s ,混凝土粘度最大,從而會降低混凝土泵送性能,影響混凝土施工;摻40 %粉煤灰混凝土倒坍落度時間僅15s ,這說明摻入粉煤灰可以降低混凝土粘度,改善混凝土的泵送性能。
4. 2 粉煤灰對混凝土強度和抗氯離子滲透性能的影響
從表3 試驗結果看出,幾組混凝土的力學性能無明顯差異,均超過設計要求,其中摻40 %礦粉1 # 28d的抗壓強度60. 3MPa ,而由于粉煤灰的減水作用,摻40 %粉煤灰4 # 的水膠比降到0. 33 , 28d 強度達到57. 1MPa 。力學試驗結果表明,在混凝土中摻加40 %的粉煤灰對抗壓強度,無負面效應。表3 中5 種配合比混凝土氯離子擴散系數(shù)隨礦粉摻量的增大而增大,84d 的氯離子擴散系數(shù)均小于2. 5×10 - 12m2 / s ,其中摻40 %礦粉混凝土1 # 氯離子擴散系數(shù)最小,84d 氯離子擴散系數(shù)為0. 872 ×10 - 12m2 / s ,而摻40 %粉煤灰4 # 混凝土84d 氯離子擴散系數(shù)為1. 13 ×10 - 12 m2 / s。抗氯離子滲透試驗結果表明,僅摻入粉煤灰混凝土也具備優(yōu)良的抗氯離子侵蝕能力,并
且氯離子擴散系數(shù)隨混凝土齡期的延長而減小。
4. 3 混凝土經(jīng)濟性評價和配比的確定
從混凝土配比經(jīng)濟性看,粉煤灰的價格只有礦粉的70 %左右,單摻粉煤灰的配合比經(jīng)濟上具有較大的優(yōu)勢,1 # 與4 # 相比,僅粉煤灰與礦粉的價格差一項,可以節(jié)約成本幾十萬元,經(jīng)濟效益顯著。從施工過程質量控制來看,只用粉煤灰一種摻合料,對海上攪拌船的原材料供應、海上攪拌船對配合比的控制也更為簡便,實驗室也可以減少原材料的抽檢項目,間接為施工提供了方便。因此根據(jù)以上試驗結果和混凝土經(jīng)濟性分析,4 # 完全能滿足設計和施工要求,而性價比更優(yōu)。
5 應用情況
金塘跨海大橋西通航孔橋的主墩和邊輔墩的樁基目前已全部完成,總灌注的混凝土量約為17 500m3 ,均采用4 # 配合比。從已灌注的樁基來看,灌注過程順利,混凝土和易性好,坍落度損失小,初凝時間長,目前已檢測的樁均屬I 類樁,所檢測混凝土抗壓強度的均滿足設計要求。 |
| 原作者： 李順凱,屠柳青,張國志 |
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