粉煤灰結(jié)合防凍劑混凝土在冬季施工中的應(yīng)用

張維麗 張智勇 齊齊哈爾鐵路工程學(xué)校

粉煤灰結(jié)合防凍劑混凝土在冬季施工中的應(yīng)用

張維麗 張智勇 齊齊哈爾鐵路工程學(xué)校

按照國家有關(guān)規(guī)范規(guī)定，在混凝土工程中，粉煤灰可以取代部分水泥。本文根據(jù)“等量取代法”理論，研究了在北方嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工中粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計問題，提出了合理的配合比，并經(jīng)工程實踐檢驗，取得了良好的效果。

粉煤灰；防凍劑；混凝土；冬季施工

隨著現(xiàn)代混凝土施工技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰在施工中的應(yīng)用日益廣泛，按照我國國家標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GBJ146-90）的規(guī)定，粉煤灰可以取代水泥，并且對于使用硅酸鹽水泥的中、低強度混凝土、泵送混凝土、大體積混凝土、水下混凝土，最大取代量可達(dá)到50%，而在國外的一些資料中顯示，粉煤灰在混凝土中取代水泥最大量可以達(dá)到80%，并且此時粉煤灰混凝土強度比較基準(zhǔn)混凝土而言并不降低，甚至在C40以上混凝土可以正常應(yīng)用，若在加入外加劑或激發(fā)劑條件下?lián)搅靠蛇_(dá)60%。

在混凝土中摻入粉煤灰既節(jié)約成本、有利環(huán)保，又不降低混凝土強度，并且粉煤灰混凝土具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性，對于工程實踐應(yīng)用具有廣泛的實際意義，但粉煤灰混凝土在高寒地區(qū)冬季施工中的應(yīng)用尚無先例。

濱洲線鐵路哈齊提速工程平改立K19+103.5框架橋，設(shè)計規(guī)模為2～8.5m，凈高遠(yuǎn)期規(guī)劃4.5m，近期3.5m。由于工程所處位置土質(zhì)主要是淤泥層和軟土，地質(zhì)條件非常差，框架主體無法采用頂進(jìn)法施工，施工設(shè)計采用橫抬梁結(jié)合施工便梁架空既有線路的開挖方案。

鑒于濱洲線提速改造需要，該工程主體施工必須安排在冬季。而當(dāng)?shù)囟酒骄鶜鉁乜蛇_(dá)-21℃，最低氣溫可達(dá)-30℃，因此需采取冬季施工措施。但是，施工便梁以下0.425m即為框架橋頂面，受凈空限制不能搭設(shè)暖棚，因此無法保證框架頂板澆注在封閉條件下進(jìn)行，此時，若采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸汽會在鋼軌上集結(jié)成冰凌，影響既有線行車安全。在這種條件下，無法保證澆筑混凝土過程中溫度為正溫，而一旦出現(xiàn)負(fù)溫，混凝土極有可能受凍，從而影響整體結(jié)構(gòu)強度。這就對混凝土施工提出了很高的要求，為此與黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院中間實驗廠實驗室聯(lián)合研究，在低溫條件下采用粉煤灰結(jié)合LNC-53型負(fù)溫防凍泵送劑的泵送混凝土進(jìn)行施工，采用“等量取代法”計算粉煤灰用量。原理如下：

首先根據(jù)現(xiàn)場實際選取粉煤灰的取代率為βc，然后根據(jù)基準(zhǔn)混凝土配合比計算每m3粉煤灰混凝土中粉煤灰摻量mf以及水泥用量mc分別為

表1 粉煤灰性能指標(biāo)

表2 混凝土性能指標(biāo)

式中：mco—每m3基準(zhǔn)混凝土中水泥用量

根據(jù)強度等級要求，以框架橋主體混凝土為例，基準(zhǔn)混凝土為C 30泵送混凝土，配合比經(jīng)實驗確定為：水泥：砂：碎石：水：LNC-53=1：1.55：2.46：0.43：0.04。材料產(chǎn)地和級別分別為：水泥P.o32.5級產(chǎn)自牡丹江，密度為3100kg/m3；砂產(chǎn)自呼蘭，為細(xì)度模數(shù)2.4～2.8的中砂，密度為1450kg/m3，；碎石粒徑為5mm～26.9mm，產(chǎn)自玉泉；外加劑來自黑龍江低溫建筑科學(xué)研究所中間實驗廠。

基準(zhǔn)配合比中水泥用量為445kg/m3，粉煤灰替代水泥量為25%，即111.25kg，粉煤灰密度為2200kg/m3，替代后的膠凝材料（水泥與粉煤灰）總體積為:

體積增加0.0147m3，根據(jù)超量替代原則需要扣除相應(yīng)體積的砂子，基準(zhǔn)混凝土用砂量為689.75m3，扣除中砂重量為0. 0147×1450=21.3kg，則中砂在混凝土中用量為668.4kg。因此，粉煤灰混凝土配合比為：膠凝材料（水泥+粉煤灰）：中砂：碎石：水：LNC-53=1（0.75+0. 25）：1.50：2.46：0.38：0.03。

該工程所用粉煤灰為阿城產(chǎn)級增鈣粉煤灰，主要性能指標(biāo)見表1。

經(jīng)實驗室試驗，混凝土性能指標(biāo)見表2。

從表中數(shù)據(jù)不難看出，加入外加劑LNC-53的粉煤灰混凝土，早期強度略低于同條件基準(zhǔn)混凝土， 7d強度基本上與基準(zhǔn)混凝土等強，但28天強度在基準(zhǔn)混凝土基礎(chǔ)上提高了約5%左右，說明粉煤灰混凝土的強度增長率比基準(zhǔn)混凝土要快，并且根據(jù)實驗室數(shù)據(jù)，在恒負(fù)溫條件下（-10℃）7d，粉煤灰混凝土抗折強度為5. 7MPa，滿足施工要求。施工過程未因為局部負(fù)溫而出現(xiàn)混凝土受凍和強度折減，并且由于混凝土具有良好的和易性和可泵性，拆除模板后混凝土表面平整光滑，感官效果明顯好于基準(zhǔn)混凝土。

實踐和實驗室試驗證明，相對于基準(zhǔn)混凝土，增鈣粉煤灰混凝土泌水率降低，凝結(jié)時間有所延長；各齡期的抗壓強度、28d抗拉強度、彈性模量、軸向抗壓強度、抗折強度、鋼筋粘結(jié)力不亞于基準(zhǔn)混凝土，增鈣粉煤灰混凝土的抗碳化性能、抗凍性能和抗干縮性能優(yōu)于基準(zhǔn)混凝土，抗?jié)B性能與基準(zhǔn)混凝土相近。因此增鈣粉煤灰結(jié)合防凍劑混凝土在冬季施工中的應(yīng)用必將會越來越廣泛。