粉煤灰混凝土在橋梁基礎工程中的應用

蘇東陽

(河北省東光縣公路管理站)

粉煤灰混凝土在橋梁基礎工程中的應用

蘇東陽

(河北省東光縣公路管理站)

利用粉煤灰的特性，在混凝土中加入粉煤灰，不僅能能污染物得到合理處理，還能減少水泥的使用量，降低工程費用，增強混凝土的各項性能，將其應用于橋梁基礎工程中，有著廣闊的前景。

粉煤灰;混凝土;摻量;水化

1 概述

粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山的灰質混合材料，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國是一個以煤炭為主要能源的國家，火力發(fā)電基本靠煤。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，加上電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰如不加處理直接排放，則不僅污染環(huán)境，還對人體健康和各類生物造成危害。在普通混凝土中摻加粉煤灰，不僅能使污染物得到合理處理，還能減少水泥的使用量，降低工程費用，增強混凝土的各項性能，將其應用于橋梁基礎工程中，有著廣闊的前景。

2 粉煤灰混凝土用于橋梁工程的特性分析

2.1 粉煤灰混凝土抗壓強度分析

(1)水膠比對粉煤灰混凝土抗壓強度的影響。

圖1 水膠比對某外加劑粉煤灰混凝土抗壓強度的影響

從圖1不難看出:在粉煤灰的摻入量相同的情況下，隨著水膠比的增加，粉煤灰混凝土抗壓強度是逐漸下降的;水膠比相同的情況下，粉煤灰混凝土抗壓強度基本都比普通混凝土低。因此，粉煤灰混凝土要獲得較大的抗壓強度，不僅要選擇合適的摻量，而且要使用比普通混凝土更低的水膠比。

(2)粉煤灰摻量對粉煤灰混凝土抗壓強度的影響

圖2 粉煤灰摻量對某外加劑粉煤灰混凝土60 d抗壓強度的影響

從圖2可看出:粉煤灰摻量從0% ～27.3%的變化過程中抗壓強度是逐漸減小的，摻量為27.3%時達到極小值;由27.3% ～39.1%的變化中，又逐漸增大，在39.1%摻量時得到最大抗壓強度;在后續(xù)的變化中，抗壓強度大體呈逐漸下降趨勢。但水膠比較大的粉煤灰混凝土抗壓強度下降的更快，即水膠比小的粉煤灰混凝土適應的摻量更大。

2.2 粉煤灰混凝土抗凍耐久性特性

(1)抗凍性

有學者通過研究粉煤灰混凝土的水化作用得出如下結論:含氣量和水膠比等都會對其抗凍融性產(chǎn)生影響?；炷量箖鋈诘钠茐臋C理是在其中摻用引氣劑，其產(chǎn)生的氣泡能緩解凍融過程中產(chǎn)生的膨脹壓力和滲透壓力。若摻用引氣劑的量達到一定要求，可使混凝土抗凍融性能提高好幾倍。在同等條件下，隨著含氣量的增大，混凝土抗凍融性能將增強，抗壓強度卻會降低。隨著抗壓強度的降低，抗凍融性能也會減弱，所以含氣量并不是越大越好，它存在一個最佳范圍。因此，最佳范圍含氣量的確定要通過嚴格的試驗按抗凍指標來確定。

同等條件下，普通混凝土的水灰比愈大，其毛細管越多，吸水率就愈大，其在凍融過程中產(chǎn)生的膨脹力和滲透力也就愈大，其抗凍融性能也就愈差。對于粉煤灰混凝土來說，同樣符合上述規(guī)律。而從圖2中曲線的發(fā)展趨勢來看，在原材料相同的情況下，較低水膠比的粉煤灰混凝土可獲得與普通混凝土相近的抗凍融性能。通過粉煤灰混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0.25～0.27范圍內，隨著粉煤灰內摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。

(2)耐久性

在結構混凝土中單純只使用水泥，不摻粉煤灰等摻和料時，則不具有高性能混凝土的品質，如果要將混凝土配制成將耐久性作為重要基本特征的高性能混凝土，在其水泥水化產(chǎn)物中就必須盡量消除氫氧化鈣等大批晶體對混凝土強度、耐久性的損壞。粉煤灰等活性摻合料的成分是SiO2和Al2O3，其能與水反應生成Ca(OH)2，之后還能與Ca(OH)2發(fā)生“二次反應”生成水化硫酸鈣和水化鋁酸鈣的膠凝體，而這些生成產(chǎn)物是水泥石中提供強度的主要礦物來源。這就不僅使混凝土的耐久性性能得到了改善，還使得強度得到了提高。

混凝土中細集料填充了粗集料間的空隙，而細集料的空隙則是由水泥漿填充并將它們膠結起來，在混凝土硬化之后，集料均被水泥石包裹?；炷劣玫拇旨仙郎嘏蛎洠嗍瘎t升溫收縮，這兩種不同的脹縮行為會在水泥石與集料的粘結界面產(chǎn)生應力，直至破壞粘結界面，導致混凝土的開裂，而粉煤灰則能增強水泥石與集料的界面粘結能力。

水泥在凝結硬化過程中，由于滲透壓力的作用，水泥微粒進一步水化，除繼續(xù)生成Ca(OH)2及鈣礬石外，還會生成大量凝膠。在160～300℃的相對低溫階段開始脫水，使凝膠體組織逐漸致密，混凝土強度將增加。到350～800℃時凝膠中約有85%水分逸出，達到900℃以上時則趨于完全脫水，這種脫去自身結合水的行為，會破壞凝膠體結構，直至開裂，進而導致水泥石強度下降。凝膠層越厚，開裂程度將越大。加入粉煤灰后，水泥水化產(chǎn)生的凝膠體包裹在粉煤灰的表面，從而有效分散凝膠體，減少膠層的厚度，從而降低凝膠體在高溫下的開裂程度。粉煤灰顆粒越細，加入的量越多，凝膠層厚度越薄混凝土越不容易開裂。粉煤灰的摻入使硬化混凝土干縮變形較少，提高抗裂性能，從而提高混凝土的耐久性。

由于粉煤灰混凝土具有上述特性，將其用于橋梁工程中，不僅可以變廢為寶，減少對環(huán)境的污染，還便于工程就地取材，解決材料匱乏問題，降低工程造價，更由于其良好的工程特性，能提高混凝土質量，可以廣泛利用于橋梁工程中。

3 工程應用

結合《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)對混凝土有關耐久性的相關要求及關于高性能混凝土的有關觀點，該工程可按以下步驟進行設計來確定粉煤灰混凝土的配合比。

(1)混凝土強度等級選擇≥C30級，水泥用量不宜低于100 kg/m3，粉煤灰摻量不宜大于60%，利用以上這些條件來確保粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

(2)用水量選擇宜≤180 kg/m3。

(3)選擇粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%、50%、60%，選擇水膠比分別為 0.3、0.35、0.40、0.45、0.50，通過進行正交試驗設計或裂區(qū)設計，測試混凝土的和易性及強度，并進行經(jīng)濟指標比較。

(4)以滿足和易性為原則確定砂率，粉煤灰摻量增加，砂率減小，砂子減小的體積應等于粉煤灰增加部分的體積。

(5)計算砂石用量。

(6)外加劑摻量以滿足混凝土和易性要求為宜，可由膠凝材料的適當比例及水灰比大小確定。

通過以上試驗步驟，確定出經(jīng)濟指標最佳，漿體用量在0.3～0.35 m3之間，且和易性滿足施工要求的不同強度等級的粉煤灰混凝土，從而得到該處跨線橋挖孔灌注樁粉煤灰混凝土施工配合比及摻量。每方混凝土用量見表1～表3(坍落度分別為180～220 mm、120～160 mm、120～160 mm)。

表1 樁基粉煤灰混凝土材料用量表

表2 系梁、承臺粉煤灰混凝土材料用量表

表3 墩柱粉煤灰混凝土材料用量表

經(jīng)實體工程回彈檢測，以上粉煤灰混凝土強度均滿足對應的強度等級。

4 總結

經(jīng)過以上分析，將粉煤灰混凝土的優(yōu)良性能運用于工程實踐中，不僅解決了粉煤灰對環(huán)境的污染，降低工程造價，還能提高混凝土性能。通過實驗，根據(jù)具體工程要求，合理確定應用于橋梁基礎工程中的粉煤灰混凝土中的粉煤灰的摻量和配置比，能提高混凝土的抗壓強度和抗凍耐久性能，因而在橋梁基礎工程中能得到較好的應用。

［1］胡雅群.淺談粉煤灰對混凝土耐久性的影響［J］.建筑科學，2010，(32):41.

［2］劉愛新.粉煤灰混凝土的性能及其應用［J］.混凝土，2001，(12).

［3］李永祥，王宇，董夢臣.粉煤灰混凝土性能的研究［J］.科學實踐，315-316.

U416.217

C

1008-3383(2012)03-0029-02

2012-01-15

蘇東陽(1984-)，男，助理工程師，從事橋梁工程施工技術研究。