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用粉煤灰,不僅改善了混凝土的性能、提高工程質量、增加混凝土后期強度、提高抗化學侵蝕的能力,而且節省了水泥,降低混凝土成本。
關鍵詞: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,預應力混凝土梁為25～32 m ,全橋長827.91m ,馬冢河大橋(DK4 + 800.95) 預應力混凝土梁2 ×24m + 10 ×32 m ,橋全長388.1 m。設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,途經一部分農田,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。溫度區屬暖溫帶亞濕潤氣候區,最大凍結深度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2．8 ,含泥量< 1．8 %;粗集料選用5．0～31．5 mm碎石,連續級配;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,技術指標如表1。
表1 Ⅰ級粉煤灰的技術指標
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,當摻量≤20 %時,對混凝土的強度和工作性能基本無影響,僅呈現出混凝土的前期強度增長慢,后期強度增長快的現象。前期強度增長慢是因為粉煤灰混凝土的膠結材料用量較高,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”發揮了作用,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 與游離石灰結合,生成新的膠凝物質,這樣膠凝物質不斷填充混凝土內部的孔隙,使其更加密實。混凝土的齡期越長,越能反映出粉煤灰的“活性效應”。所以在工程實際中,應加強結構實體的早期與中后期濕養護措施。
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) 規定的抗凍性試驗慢凍法進行,凍融次數為200 次。試體受凍前的養護齡期為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量稱、外觀檢查和強度試驗。
結果顯示,基準混凝土質量損失為4．7 % ,強度損失為8．1 % ,取代率為20 %的粉煤灰混凝土質量損失為3．5 % ,強度損失為5．4 %。兩者的試驗結果非常接近,均符合(GBJ82) 標準要求,粉煤灰混凝土的質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 粉煤灰混凝土抗滲性
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部結構的關系來看,水膠比降低,水化產物增加,孔結構得到改善,都將使混凝土的密實性增加,從而使混凝土的抗滲性得到提高。粉煤灰混凝土后期強度的持續增長,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勢。從表4 中的強度結果來看,粉煤灰混凝土內部繼續進行水化,并通過所生成的水化物填充混凝土內部的缺陷與透水、透氣孔道,增強了混凝土結構的抗化學侵蝕、物理滲透能力。
表4 粉煤灰混凝土與普通混凝土抗滲性對比
3．5 粉煤灰混凝土的體積穩定性
體積穩定性是混凝土的基本要求之一,以往設計混凝土時,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出去,極易產生裂紋和變形,嚴重影響結構的耐久性,為驗證粉煤灰混凝土的體積穩定性,進行了干縮試驗,試驗結果見表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護期,粉煤灰混凝土的干縮率會進一步降低,上述試驗結果說明,所配制的粉煤灰混凝土具有較好的尺寸穩定性。
表5 粉煤灰混凝土的干縮性能
4 結論
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 ,在保證工程質量的情況下,節省了投資。
