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粉煤灰、矿粉复合双掺在大体积混凝土配合比中的应用
发布时间: 03-28 19:44    查看: 906
    

随着现代混凝土技术的快速发展,混凝土的要求也越来越高,不仅要满足施工,还要高强耐久、经济合理、节能环保。在此背景下掺合料应用更加广泛,选择空间也相对较大。所以需要进行大量试验,通过掺加粉煤灰、矿粉合理进行配合比试验,尽可能节约水泥、降低成本、节能环保。现以湖北省宜昌市白洋长江公路大桥大体积混凝土锚碇为背景,从混凝土配合比设计、施工过程、混凝土养护等方面的控制,有效避免大体积混凝土容易出现的问题,为后期的施工提供了理论依据。


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工程概况


白洋长江公路大桥白洋侧锚碇为重力式嵌岩锚,分别由锚块、散索鞍支墩、压重块等组成。锚碇基础共设四级台阶,基础总长62.5m,最大开挖深度48.0m左右。锚块采用C40混凝土,共计62593.4m3,为大体积混凝土。为满足需要,我们试验室自行进行设计,大量掺入粉煤灰、矿粉,从混凝土配合比设计、施工过程控制、混凝土养护等方面的控制,有效避免大体积混凝土容易出现的问题,为后期的施工提供了理论依据。


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粉煤灰、矿粉掺复掺混凝土的理论依据


1)粉煤灰,是一种火山灰质工业废料,是燃煤电厂的主要固体废物,其颗粒多呈球形,表面光滑,堆积密度1590~2400kg/m3,松散堆积密度为550~800kg/m3。满足国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—2005)的粉煤灰可分为F类与C类,根据技术要求不同分Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。混凝土中掺加粉煤灰,可以节约水泥、细集料用量,减少用水量;改善混凝土的和易性;增强混凝土的可泵性;减少混凝土的徐变;减少水化热、热膨胀性;提高混凝土抗渗能力;增加混凝土的修饰性等(粉煤灰参见表1)。



2)矿渣粉,又称粒化高炉矿渣粉,符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18736—2008)中,正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”,分S105级、S95级、S75级或Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。矿粉等量取代部分水泥掺入混凝土中,可改善混凝土的工作性,凝结时间、提高强度、改善混凝土的耐久性。目前矿粉的应用,改变了以粉煤灰为主要掺合料的局面,同时克服了仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点,可进一步降低水泥用量,减少水化热、增加强度、改善混凝土工作性能、改善混凝土耐久性,而且大大降低生产成本,节约能源、保护环境,为混凝土的可持续发展提供基础(其他原材料参见表2~7)。



3)矿粉与粉煤灰复掺混凝土理论效应。①两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加,形成工作与强度互补效应,使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性;②工作性方面,对于新拌制混凝土,粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起润滑作用,增加拌合物的流动性,减少泵送阻力,改善由于矿粉掺入导致的混凝土拌合物粘聚性高的问题,能使拌合物具有最佳流动性和粘聚性;③粉煤灰等量取代水泥与空白混凝土28d强度相比都偏低,适宜的矿粉掺入后会改善混凝土强度。两者复合会兼顾早期与后期强度。根据不同的技术需要可以按不同比例进行调整。


3

粉煤灰、矿粉复掺混凝土配合比设计特点


混凝土强度等级为C40,混凝土采用泵送方式浇筑,要求施工时应具有良好的匀质性及粘聚性,同时后期具有良好的耐久性。设计坍落度要求(180±20)mm,扩展度(450±30)mm。粉煤灰掺入比例为胶凝材料的40%,矿粉掺入比例为胶凝材料的20%,水泥掺入比例为胶凝材料的40%。


4

配合比设计及试验


根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011),水胶比按下式计算:


本试验采用粉煤灰掺量为胶凝材料的40%,矿粉掺量为胶凝材料的20%。考虑到复掺对强度的影响,经前期试验选用基准水胶比0.36。为满足混凝土和易性,选定水泥混凝土砂率确定为38%。根据基准水胶比上下浮动,进行以下配合比试验,如表8。



试验结果。


1)1号配合比混凝土拌合物,测得初始坍落度为200mm,扩展度为460×460mm,容重2430kg/m3,和易性、粘聚性良好,无泌水,含砂量:中,1h坍落度、扩展度无损失,含气量2.4%。


2)2号配合比混凝土拌合物,测得初始坍落度为195mm,扩展度为470×460mm,容重2430kg/m3,和易性、粘聚性良好,无泌水,含砂量:中,1h坍落度、扩展度无损失,含气量2.0%。


3)3号配合比混凝土拌合物,测得初始坍落度为190mm,扩展度为450×460mm,容重2420kg/m3,和易性、粘聚性良好,无泌水,含砂量:中,1h坍落度、扩展度无损失,含气量2.1%。


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试验结果分析


根据对比试验可以得出,2号配合比工作性、强度各项指标均满足要求,施工成本低。加入高效缓凝减水剂有效延长混凝土凝结时间,试验表明初凝时间可控制在30h左右,能有效降低夏季高温季节施工风险,确定用于锚碇大体积混凝土的施工。


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施工情况


混凝土拌合物现场入模坍落度控制在(180±20)mm,没有超过200mm;在浇筑至最后一层30cm时,将混凝土的坍落度降至160~180mm,适量加入聚丙烯粗纤维,可有效防止混凝土产生裂缝。由于施工处于夏季高温季节,拌合站采用循环冷却系统对水进行降温可将拌和用水温度降到5℃以下,原材料采用搭棚遮阴,对粉料储存罐进行土工布包裹淋水降温,混凝土入模温度控制在28℃以下。


施工现场混凝土浇筑采用整体式水平分层连续浇筑,且多点同时浇筑,以加快施工进度。混凝土浇筑时,由四周往中心布料,布料过程中始终保持承台周边混凝土高度略高。加强边角处振捣,使混凝土均匀分布,以避免胶凝材料浆体发生过长距离流动并堆积在承台四周而产生较大温度应力及收缩应力而增大混凝土侧面和边角开裂风险。以30~50cm分层浇筑,振捣均匀,密实。


分层面混凝土浇筑完毕首先覆盖塑料薄膜或土工布保湿;初凝过后及时进行凿毛,分块进行凿毛作业,对未凿毛及已经完成凿毛的分层面保持覆盖养生。


本工程蓄水养护的养护用水采用冷却水管出水,养护水与混凝土表面温差≤15℃;蓄水深度需大于30cm。


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结论


通过粉煤灰、矿粉复合掺配的混凝土,具有良好的工作性,可泵性高。不易离析、泌水。施工易控制,通过施工后观察无明显施工裂缝,有适宜的强度和良好的耐久性,适合大体积混凝土施工,可推广使用,在经济效益方面,由于粉煤灰、矿粉掺入比例大,极大程度地节约了施工成本,减少了环境污染,具有较好的社会效应。


作者:张晓静,如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时联系,我们将尽快处理。

    

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