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(duì)混凝土的性能如工作性、干縮、抗開(kāi)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(yàn)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(kāi)裂性能;橋梁工程

中圖分類(lèi)號(hào): TU52812 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 　　　文章編號(hào):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(qiáng)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(kāi)裂的危險(xiǎn)[1 ] 。

　　本文針對(duì)內(nèi)蒙古東部地區(qū)赤通高速公路沿線橋梁混凝土承臺(tái)和薄壁墩施工技術(shù),通過(guò)優(yōu)化混凝土材料組成,研究粉煤灰對(duì)混凝土的工作性、體積變形、抗開(kāi)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(tái)截面為矩形,尺寸為11. 0m ×6. 8m ,厚2. 5m ,橋墩設(shè)計(jì)為空心薄壁墩,其下部為實(shí)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(jí)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(shí),長(zhǎng)期處于干燥、大風(fēng)沙、寒冷及大溫差的環(huán)境,使得該類(lèi)混凝土結(jié)構(gòu)非常容易開(kāi)裂,所以該類(lèi)薄壁墩混凝土制備、施工和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)是橋梁建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 　混凝土原材料性能及優(yōu)選

　　原材料包括:32. 5 級(jí)普硅水泥、Ⅰ級(jí)粉煤灰(性能見(jiàn)表1) 、B H2F81 高效減水劑、赤峰河砂(細(xì)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(jì)優(yōu)化

3. 1 　粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

　　試驗(yàn)采用Ⅰ級(jí)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(shí),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(shí),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(qiáng)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(hào)1 、4 和6 的混凝土配比進(jìn)行混凝土絕熱溫升試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)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(yàn)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(duì)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(shí)期,此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)混凝土表面保溫養(yǎng)護(hù),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(duì)混凝土干縮性能的影響

　　試驗(yàn)采用表2 中編號(hào)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(hù)室[相對(duì)濕度(60 ±4) % ,溫度為(20 ±2) ℃]進(jìn)行干縮試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(yàn)采用清華大學(xué)研發(fā)的溫度2應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行混凝土早期熱裂縫研究。開(kāi)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(yàn)及實(shí)際工程驗(yàn)證,開(kāi)裂溫度應(yīng)小于14 ℃,此時(shí)混凝土具有較好的抗裂性能。

　　從表3 試驗(yàn)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(chǔ)備高,開(kāi)裂溫度僅為5. 6 ℃,說(shuō)明該混凝土抗裂性能好,適用于承臺(tái)和薄壁墩混凝土施工。

4 　施工應(yīng)用情況

　　從現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)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(qiáng)度滿

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

　　混凝土的溫度變化情況, 混凝土溫升1. 5～2 天即達(dá)到峰值,持續(xù)4 ～ 8 小時(shí)后溫度開(kāi)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(shí)間段混凝土降溫平緩,達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定態(tài)。混凝土澆筑入倉(cāng)溫度在19. 0～24. 5 ℃之間,設(shè)計(jì)值≤20 ℃,內(nèi)部最高斷面均溫43. 8 ℃。此時(shí),最大溫差16. 9 ℃,滿足內(nèi)外溫差不超過(guò)25 ℃的要求。承臺(tái)和墩身混凝土未出現(xiàn)因溫度應(yīng)力等造成開(kāi)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(qiáng)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(duì)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(kāi)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(kāi)裂等破壞。

參　考　文　獻(xiàn)

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