高鈣粉煤灰在水下混凝土中的應(yīng)用

摘 要：簡(jiǎn)要論述了高鈣粉煤灰的特點(diǎn)、性能及高鈣粉煤灰與緩凝高效減水劑雙摻配制水下混凝土技術(shù)，對(duì)高鈣粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的安定性問題作了探討，并對(duì)高鈣粉煤灰在施工生產(chǎn)中的應(yīng)用效果作了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高鈣粉煤灰 水下混凝土 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU521 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-797312-0038-02

一、粉煤灰的性能、特點(diǎn)

1．外觀和顏色

　　由于燃煤和燃燒條件不同，粉煤灰中的含碳量差距很大。顏色大多為乳白色、深褐色，高鈣灰多為淺黃色或淺灰色，含碳量越高其顏色越深，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用淺色粉煤灰，從顏色上初步判定粉煤灰的含碳量高低。

2．細(xì)度

　　粉煤灰的顆粒粒徑大部分在45μm 以下，其中玻璃微珠粒徑平均10～30μm，由于粉煤灰的活性主要來自于玻璃微珠顆粒，所以也要控制粉煤灰的細(xì)度滿足規(guī)范要求。高鈣粉煤灰經(jīng)粉磨加工后，45μm 篩篩余一般在7~12%之間。

3．需水比

　　粉煤灰以不同結(jié)構(gòu)顆粒組成，密實(shí)的玻璃體顆粒含量高，則需水比小，密度大，活性高；而疏松多孔，片狀的顆粒多，則需水比大，密度小，活性低。一般高鈣粉煤灰的燒失量很低，顆粒形態(tài)以球狀為主，所以其需水量比較低，即使粒度較大時(shí)，需水量比仍低于100%，具有較好的減水作用。

4．化學(xué)成分

　　粉煤灰的化學(xué)成分主要有SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO 等，其中高溫產(chǎn)生的SiO2，Al2O3，CaO 等具有一定活性，其含量越大，則活性越大，一般控制三者的含量和應(yīng)大于70%。

二、摻和粉煤灰的混凝土配合比設(shè)計(jì)

1．混凝土材料的性能與選擇

　　粉煤灰能提高混凝土的可泵性，用粉煤灰取代部分水泥，既可以節(jié)約水泥，又可使混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)減弱，推遲水化熱最高峰的到來，還可使混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著。按照《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，經(jīng)試驗(yàn)選用嘉興興欣粉煤灰公司的磨細(xì)Ⅱ級(jí)高鈣粉煤灰。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：

　　水泥為浙江星閣水泥建材有限公司生產(chǎn)的P·O32.5水泥。

　　經(jīng)過水泥與減水劑相容性試驗(yàn)，綜合考慮選用浙江德清五龍外加劑廠生產(chǎn)的ZWL-1 型緩凝高效減水劑，摻入膠凝材料用量的0.4%，可減水10%～15% ，能顯著提高混凝土的粘聚性、可泵性和密實(shí)度，從而提高混凝土的強(qiáng)度。

　　采用中砂，含泥量在1%以內(nèi)。

　　石子采用5～16mm、20-40mm 碎石摻配成5-40連續(xù)級(jí)配。

2．配合比

　　根據(jù)《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，摻粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，按等稠度、等強(qiáng)度等級(jí)原則，用超量取代法進(jìn)行調(diào)整。

　　首先按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行普通混凝土基準(zhǔn)配合比的設(shè)計(jì)，然后按下表選擇粉煤灰取代水泥率　　。并考慮高鈣粉煤灰摻量對(duì)安定性的影響，對(duì)摻加粉煤灰的混凝土進(jìn)行安定性復(fù)核試驗(yàn)。

　　根據(jù)所選用的粉煤灰取代水泥率，計(jì)算出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量mc=mco

　　選擇粉煤灰超量系數(shù)。根據(jù)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中推薦的參數(shù)取用，對(duì)于Ⅱ級(jí)高鈣粉煤灰，超量系數(shù)取1.1～1.5，當(dāng)水泥強(qiáng)度富裕較多、或配制大體積混凝土、或設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的齡期較長(zhǎng)、或高鈣粉煤灰品質(zhì)較好、或采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥時(shí)，超量系數(shù)K 可取下限。

　　根據(jù)超量系數(shù)，求出每立方米混凝土的粉煤灰摻量mf=δc式中：ｍｆ-每立方米混凝土的粉煤灰摻入量；δc-超量系數(shù)；mco-每立方米混凝土的水泥用量；mc-每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量。

　　計(jì)算出每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰和細(xì)骨料的絕對(duì)體積，求出粉煤灰超出水泥的體積，并扣除同體積的細(xì)骨料用量：

ms=mso-ρs

　　式中：ms-每立方米粉煤灰混凝土的細(xì)骨料用量；ρc-細(xì)骨料的視密度；ρf-粉煤灰密度；mso-混凝土基本配合比細(xì)骨料用量；ρs-細(xì)骨料的視密度。

　　粉煤灰混凝土的用水量，按基準(zhǔn)配合比的用水量取用，粗骨料也同樣按基準(zhǔn)配合比取用。即：mw=mwomg=mgo

　　式中：mw—每立方米粉煤灰混凝土的用水量；

　　　　　mwo—每立方混凝土基本配合比用水量；

　　　　　mg—每立方米粉煤灰混凝土粗骨料用量；

　　　　　mgo—每立方米混凝土基本配合比的粗骨料用量。

　　根據(jù)計(jì)算的摻粉煤灰混凝土配合比，通過試配，在保證設(shè)計(jì)所需和易性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行混凝土配合比的調(diào)整。

　　根據(jù)調(diào)整后的配合比，提出現(xiàn)場(chǎng)施工用的摻粉煤灰的混凝土配合比。

　　根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)出了C25 樁基砼配比，經(jīng)駐地辦試驗(yàn)室復(fù)核驗(yàn)證并報(bào)申嘉湖高速公路中心試驗(yàn)室復(fù)核驗(yàn)證，確認(rèn)采用水膠比為0.47 的配合比。

三、施工控制及安定性影響探討

1．粉煤灰混凝土的施工控制

　　貯運(yùn)粉煤灰時(shí)，必須注意防潮、防水，避免結(jié)塊，應(yīng)隨用隨運(yùn)。

　　配制混凝土的骨料應(yīng)級(jí)配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果；

　　混凝土采用微機(jī)控制、自動(dòng)化計(jì)量上 料、強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制。砂、石、水泥、水、粉煤灰均為電腦自動(dòng)計(jì)量上料，減水劑采用小包裝準(zhǔn)確計(jì)量后外加。

　　粉煤灰混凝土必須攪拌均勻，其攪拌時(shí)間應(yīng)比基準(zhǔn)混凝土延長(zhǎng)10~30s。

　　每連續(xù)供應(yīng)的200 噸相同等級(jí)的粉煤灰為一批，取樣測(cè)定其細(xì)度、燒失量，對(duì)同一供灰單位每月測(cè)定一次需水量比，每季度測(cè)定一次三氧化硫含量。

2．游離CaO 含量對(duì)粉煤灰混凝土安定性影響探討

　　高鈣粉煤灰由于含有較高的CaO 含量，因此具有活性高，可自凝，自硬，顆粒細(xì)，需水量較低等性能特征。但是高鈣粉煤灰中的游離氧化鈣一般含量較大，由于這部分游離狀態(tài)的Ca0 在水化過程中產(chǎn)生體積膨脹而有可能影響到體積安定性。

　　但由于磨細(xì)高鈣粉煤灰，晶體結(jié)構(gòu)較疏松，晶粒較小，水化活性較大，因此這種f- CaO 水化可能較快，不易造成局部膨脹應(yīng)力集中，不至于對(duì)體積安定性構(gòu)成嚴(yán)重后果。同時(shí)在工程中，一般情況下物料所處環(huán)境溫度大都在40℃以下，游離CaO 水化時(shí)產(chǎn)生的極限膨脹值低于100℃試驗(yàn)的條件下極限膨脹值，而且出現(xiàn)極限膨脹值的時(shí)間亦大為推遲，尤其在應(yīng)用緩凝型外加劑條件時(shí)，砼凝結(jié)時(shí)間一般在10 小時(shí)以上，其結(jié)果可能使膨脹發(fā)生處于水泥混凝土凝結(jié)時(shí)期之前基本完成，即使有剩余膨脹存在，此時(shí)此刻，水泥混凝土已產(chǎn)生一定強(qiáng)度，當(dāng)其強(qiáng)度值達(dá)到可以抑制游離石灰產(chǎn)生的膨脹破壞應(yīng)力時(shí)，已不可能對(duì)水泥混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成破壞，體積安定性問題已不復(fù)存在。同時(shí)游離鈣在水泥混凝土中水化時(shí)的工況條件與水泥凈漿試驗(yàn)條件下的工況條件不相似，水化介質(zhì)中溶有各外加劑鹽類，這對(duì)于游離氧化鈣的水化膨脹均有一定緩解作用，而且多組分復(fù)合物水泥混凝土中，由于集料的存在，對(duì)膨脹所起的抑制作用，以及高鈣粉煤灰細(xì)度較細(xì)，在水泥混凝土中分布較均勻，其量又占砂漿混凝土組分中相對(duì)較少等種種因素均有利于摻用高鈣粉煤灰混凝土的體積安定性。

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