粉煤灰在混凝土中的應用

粉煤灰在混凝土中的應用

1上海寶田復合礦粉（1）福建江平砂巖，細度模型2.63，污泥含量0.8%。(2)寧波北侖碎石,5~25mm連續(xù)級配,壓碎值5.3%、含泥量0.4%。(3)安徽海螺水泥,品種為P·II42.5;3d抗壓強度32.0MPa、28d抗壓強度52.8MPa。(4)上海寶田礦粉,S95級,比表面積442m2/kg、28d活性指數(shù)116%。(5)上海寶田復合礦粉,海工Ⅰ號,比表面積504m2/kg,28d活性指數(shù)105%。(6)江蘇常熟電廠粉煤灰,細度9.1%,需水量比91%,燒失量3.5%,三氧化硫含量0.68%。(7)外加劑為上海華登產(chǎn),減水率27.5%、3d抗壓強度比170%、28d抗壓強度比145%。2混凝土構(gòu)件與膠凝材料配合比及配合比的確定(1)混凝土配合比的設(shè)計、試配、工作性、氯離子擴散系數(shù)采用《杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》及《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTJ275-2000及《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》JTJ053-94。(2)根據(jù)不同混凝土構(gòu)件的設(shè)計要求、施工設(shè)備的能力、膠凝材料的成本及材料對環(huán)境的影響,按膠凝材料不同比例設(shè)計不同配合比,檢測混凝土的含氣量、容重、坍落度、擴展度、1h的坍落度損失等,觀察混凝土的和易性,檢驗混凝土的強度和氯離子擴散系數(shù)及抗裂性等。從中優(yōu)選出滿足設(shè)計要求、價格經(jīng)濟、施工工藝簡單、有利環(huán)境保護的配合比作為施工配合比。2.1配合比試驗研究杭州灣跨海大橋的混凝土全部為耐久性海工混凝土,也屬高性能混凝土。其中北航道橋的樁基混凝土的設(shè)計強度為30MPa,混凝土的含氣量要求為4%~6%,84d的氯離子擴散系數(shù)小于3.0×10-12m2/s,有良好的抗裂性能。雖然混凝土的強度等級要求不高,但普通混凝土不具有抗氯離子滲透的能力,要使抗氯離子滲透達到要求,就必須降低水泥用量,添加粉煤灰、礦粉或復合礦粉等礦物摻合料,并采用高性能的外加劑,參考其他施工單位已在使用的配合比,根據(jù)自己確定的設(shè)計原則,基本擬定膠凝材料按4種不同比例先進行試配,調(diào)整好砂率和用水量,在工作性及含氣量滿足要求后,選擇7d強度達30MPa以上的配合比,做進一步的試驗,試驗情況如表1、2所示。從表中的試驗數(shù)據(jù)可以看出,配合比中粉煤灰的摻量從20%~45%,盡管水泥用量最高只有55%,強度全部都偏高,氯離子擴散系數(shù)全部也能滿足設(shè)計要求,粉煤灰摻量最大的早期抗裂性是最好的,無裂紋出現(xiàn);從經(jīng)濟角度考慮,單摻粉煤灰的最具優(yōu)勢,因粉煤灰的價格只有水泥、礦粉的60%~70%,復合礦粉的30%~40%;從施工角度考慮,摻合料的品種越少,施工越方便,施工工藝控制也簡單,特別是對海上混凝土攪拌船的備料較為有利;從環(huán)境保護的角度考慮,大摻量粉煤灰是最大限度應用了工業(yè)固體廢料,使普通混凝土成為綠色混凝土。綜合以上因素,從中選擇了粉煤灰摻量最大的1號配合比用于灌注樁基混凝土,在施工過程中對配合比進行了進一步的優(yōu)化,配制了5號配合比,目前已在施工過程中應用。2.2降低水化熱試驗杭州灣跨海大橋北航道橋的承臺混凝土的設(shè)計強度為30MPa,氯離子的擴散系數(shù)小于2.5×10-12m2/s,也是耐久性海工混凝土。其中主墩承臺的混凝土灌注量有6000多m3,是典型的大體積混凝土,除了要滿足抗氯離子的滲透能力達到設(shè)計要求外,還要盡可能降低水化熱。由于本工程用的水泥是甲供水泥(P·II42.5),水泥的水化熱特別高,如何降低水化熱是試配的一個難點。在樁基配合比的基礎(chǔ)上,考慮降低水化熱,只能是進一步減少水泥用量,采取用部分礦粉取代一定量的水泥,先進行混凝土的工作性測試的試配,用平板法進行早期抗裂試驗,選擇抗裂性好的和工作性滿足施工要求的,再做進一步的其他試驗,試驗結(jié)果如表3、4所示。從表中的試驗數(shù)據(jù)可以看出,在粉煤灰摻量45%時,降低水泥用量,用礦粉替代部分水泥,混凝土的早期強度、后期強度、抗氯離子滲透、抗裂性能都能保持水泥用量較多時的優(yōu)勢,抗氯離子滲透的能力完全能達到設(shè)計要求小于2.5×10-12m2/s。上述配合比都可以用于施工,從降低水化熱、經(jīng)濟、施工方便、環(huán)境保護等方面考慮,主墩承臺選用8號配合比,邊輔墩承臺選用9號配合比。3灌注后的混凝土強度杭州灣跨海大橋北航道橋的大直徑樁共有152條,其中主墩樁52條,邊輔墩100條,平均樁長達120多m,主墩和邊輔墩的樁基的混凝土均采用1號配合比。在施工過程中,對配合比進行了進一步的優(yōu)化配制了5號配合比,在不改變水泥與粉煤灰的比例的情況下,減少了膠凝材料的用量,使成本進一步下降,樁基的成本可以節(jié)約100萬元以上,樁基目前已灌注了75條,灌注的混凝土量已有5萬多m3,用掉1萬多t粉煤灰,減少了固體廢物的排放,對環(huán)境保護作了一定的貢獻。已灌注的樁中,混凝土和易性好,坍落度幾乎不損失,施工灌注過程順利。目前為止,已檢測的樁共有67條,屬Ⅰ類的有67條。1號配合比的28d平均強度達到53.1MPa,氯離子擴散系數(shù)84d平均結(jié)果為1.57×10-12m2/s,5號配合比的28d平均強度為51.0MPa,氯離子擴散系數(shù)84d結(jié)果為2.01×10-12m2/s。強度與試驗室試配的強度非常吻合,氯離子擴散系數(shù)與試驗室試配的測定結(jié)果也很接近。邊輔墩承臺已經(jīng)開始澆注,邊輔墩承臺的尺寸為13.0m×10.25m×3.0m,也是大體積混凝土,澆注后對其進行了溫度監(jiān)控,最高升溫只有32℃,滿足《杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》對升溫的要求,沒有出現(xiàn)溫度裂縫,解決了水泥水化熱高,混凝土構(gòu)件體積大的難題。7d強度為38.3MPa,28d強度為53.1MPa,氯離子擴散系數(shù)的試驗結(jié)果暫未出來,考慮主墩承臺體積更大,現(xiàn)正在試配水泥用量更低的配合比。4粉煤灰的性能前景粉煤灰高性能混凝土已成功地應用在杭州灣跨海大橋北航道橋的主墩和邊輔墩的樁基及承臺的施工中,粉煤灰高性能混凝土的應用前景良好,且經(jīng)濟效益顯著,經(jīng)過更多的試驗和試用將會更成熟。由于從開始試驗到實際應用只有半年的時間,試驗數(shù)據(jù)還有限,對這種高性能的混凝土認識還比較初淺,比如粉煤灰的性