關(guān)于高速公路混凝土摻入粉煤灰配合比的探討

王嵐

摘要：本文從粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)入手，詳細(xì)的剖析了高速公路混凝土摻入粉煤灰配合比的問題和施工注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵字：煤灰；混凝土；配合比設(shè)計(jì)；施工注意事項(xiàng)；

Abstract: This paper start from the basic effect of fly ash in concrete, detailed analyzes highway concrete mixed with fly ash with the ratio and construction notes.Key words: ash; concrete; mix ratio design; construction notes

中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）

1、前言

混凝土中摻人適量的粉煤灰，既可降低工程施工成本，改善混凝土的和易性、可泵性，增加混凝土的黏性，減少混凝土離析與泌水，又可使混凝土的凝結(jié)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，坍落度損失減小，降低水化熱，減少或消除混凝土中堿集料反應(yīng)的危害。但也存在粉煤灰品質(zhì)波動(dòng)大，混凝土早期強(qiáng)度偏低的缺點(diǎn)。若在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)原材料、粉煤灰取代率及超摻量系數(shù)作正確選擇，其混凝土能滿足設(shè)計(jì)施工要求。本文論述橋梁結(jié)構(gòu)中C25灌注樁、承臺(tái)，C30墩帽及墩身，C40、C50后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)，原材料選擇及施工注意事項(xiàng)。

2、粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)

2.1形態(tài)效應(yīng)

粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，主要是指粉煤灰的顆粒形貌、粗細(xì)、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效應(yīng)。粉煤灰微珠顆?？梢云鸬綕L珠的作用，降低混凝土拌和的內(nèi)摩擦力而提高流動(dòng)性。粉煤灰的密度小于水泥，因而等量替代后可增加漿體的體積，從而改善對(duì)粗細(xì)集料的潤(rùn)滑程度，也有利于提高混凝土拌合物的流動(dòng)性。此外，還可以提高混凝土的勻質(zhì)性、粘聚性和保水性。

劣質(zhì)粉煤灰由于含有較多不規(guī)則的多孔顆粒和未燃盡的碳，而導(dǎo)致需水量增加和保水性變差，對(duì)混凝土帶來負(fù)面效應(yīng)。

2.2火山灰效應(yīng)(活性效應(yīng))

粉煤灰屬于活性礦物摻合料。粉煤灰中含有的玻璃態(tài)的氧化硅和氧化鋁屬于活性氧化硅和活性氧化鋁，它們可以與水泥水化生成的氫氧化鈣和水發(fā)生水化反應(yīng)(該水化反應(yīng)亦稱二次反應(yīng))，生成具有水硬性特點(diǎn)的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，并填充于毛細(xì)孔隙內(nèi)。這些水化產(chǎn)物同樣具有強(qiáng)度，特別是水化硅酸鈣，該水化反應(yīng)在28d時(shí)較弱，特別是在7d以內(nèi)，而在28d以后逐步明顯。

粉煤灰的細(xì)度越大，即顆粒越小，活性越高，水化反應(yīng)能力越高;溫度越高水化反應(yīng)能力越強(qiáng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)越快。當(dāng)溫度低于5時(shí)該水化反應(yīng)基本停止，強(qiáng)度發(fā)展緩慢.

火山灰效應(yīng)可以提高混凝土以后的強(qiáng)度，以后的強(qiáng)度要高于不摻粉煤灰的混凝土，且齡期越長(zhǎng)該差異越大。因而對(duì)早期承載能力要求不大的工程可利用其60d、90d、180d時(shí)的強(qiáng)度。

2.3微集料效應(yīng)

粉煤灰微珠具有極高的強(qiáng)度，其填充在水泥顆粒間的空隙，既減少了毛細(xì)孔隙，又起到了微骨架作用。隨水化的不斷進(jìn)行，粉煤灰的水化產(chǎn)物與未水化的粉煤灰內(nèi)核的粘結(jié)力不斷提高，這也有利于提高粉煤灰的微集料效應(yīng)。

除上述三個(gè)基本效應(yīng)外，粉煤灰還有許多其它效應(yīng)，如免疫效應(yīng)(抑制堿集料反應(yīng)效應(yīng)、提高耐腐蝕性效應(yīng)等)、減熱效應(yīng)(降溫升效應(yīng))、泵送效應(yīng)等，不過這些效應(yīng)都離不開上述三個(gè)基本效應(yīng)。

3、混凝土中摻人適量的粉煤灰配合比設(shè)計(jì)

3.1原材料

3.1.1粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品質(zhì)分為I、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí)

①橋梁結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，選擇I、Ⅱ級(jí)粉煤灰，其中I級(jí)灰用于強(qiáng)度大于40 MPa的混凝土，Ⅱ級(jí)灰用于混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30的樁基、承臺(tái)、立柱、墩臺(tái)帽工程。

②粉煤灰燒失量對(duì)需水性影響顯著，隨粉煤灰燒失量增加，粉煤灰的需水量增加，當(dāng)燒失量大于10%時(shí)，粉煤灰對(duì)流動(dòng)擴(kuò)展度無有利作用；粉煤灰含碳量增高，燒失量增大，在混凝土攪拌、運(yùn)送、成型過程，粉煤灰更容易浮到表面，影響混凝土的外觀與內(nèi)在質(zhì)量。另外，由于燒失量增大，還會(huì)降低減水劑的使用效果。

③需水量與粉煤灰的細(xì)度、燒失量也有一定的關(guān)系，一般來說粉煤灰需水量越小，對(duì)混凝土性能越有利。粉煤灰越細(xì)，需水量越??；燒失量越大，需水量也越大。所以粉煤灰的需水量指標(biāo)可以綜合反映出粉煤灰的性能。

④含水量過高，會(huì)降低粉煤灰的活性，直接影響使用效果。

⑤SO3含量影響混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)極限和凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)粉煤灰中SO3 含量過多還可能造成硫酸鹽侵蝕。

3.1.2水泥：混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30時(shí)，選用32．5或42．5的普通硅酸鹽水泥；混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C30時(shí)，選用42．5或52．5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

3.1.3黃砂：滿足Ⅱ類砂要求的條件下，優(yōu)先選擇級(jí)配良好的江砂或河砂。因?yàn)榻盎蚝由昂嗔可伲爸惺㈩w粒含量較多，級(jí)配一般都能滿足要求。山砂中含泥量較大，且含有較多風(fēng)化顆粒，一般不能使用。砂的細(xì)度模數(shù)控制在2.4 3.0，其中C50混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)宜控制在2.6—3.0，因細(xì)度模數(shù)小于2.5時(shí)，C50混凝土拌和物顯得太黏稠，施工中難于振搗，泵送較困難。砂的細(xì)度模數(shù)大于3.0時(shí)，容易引起新拌混凝土在運(yùn)輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土內(nèi)在和外觀質(zhì)量。

3.1.4碎石：粗集料的強(qiáng)度、級(jí)配、顆粒形狀、表面特征、雜質(zhì)的含量、吸水率對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性有著重要的影響。所用碎石應(yīng)滿足Ⅱ類碎石技術(shù)要求。碎石的壓碎值通常被用來間接地判定巖石的強(qiáng)度

碎石宜選擇連續(xù)級(jí)配碎石，單粒級(jí)碎石易引起混凝土離析。C40以下混凝土宜選擇最大粒徑不大于31．5 mm碎石，粒徑過大會(huì)引起混凝土在運(yùn)輸、澆筑過程中的離析。C40以上的混凝土，碎石最大粒徑不宜大于25 mm。因?yàn)镃40以上混凝土（特別是C50混凝土）水泥漿較富余，而大粒徑集料比同質(zhì)量小粒徑集料表面積小，其與砂漿粘結(jié)面積小，粘結(jié)力低且混凝土的均質(zhì)性差，所以用大粒徑集料不可能配制出高強(qiáng)度混凝土。

粗集料的顆粒形狀、表面特征對(duì)混凝土的粘結(jié)性能有一定的影響，特別是對(duì)C50混凝土影響較大，宜選擇表面粗糙多棱角，顆粒近似立方體的碎石。C40以下混凝土中的針片狀碎石總含量應(yīng)不超過15%，在C50混凝土中不宜超過8%。

3.2粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)

粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)，以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，按等稠度、等強(qiáng)度的原則，用超量取代法進(jìn)行調(diào)整。粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要目的是確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)的混合材料最佳組合，主要設(shè)計(jì)手段是通過試驗(yàn)、試配來完成。設(shè)計(jì)方法如下：

根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，計(jì)算試配強(qiáng)度如式（1）：

式中： 一混凝土的施工配制強(qiáng)度，MPa；

一混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

一施工單位的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

無近期同一品種混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為低20、20~35和大于35時(shí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差 分別可取4．0、5．0和6．0。

確定基準(zhǔn)配合比。其方法與普通混凝土配比設(shè)計(jì)方法相同，即確定水灰比，用水量及水泥用量，砂率；用絕對(duì)體積法計(jì)算出砂、石用量。

選擇粉煤灰取代水泥百分率 值如表3所示。

通常C30以下混凝土，取代率選擇10%一15%（水泥為普通硅酸鹽水泥）；C40以上混凝土，特別是有早期強(qiáng)度要求時(shí)，取代率不超過10%。

計(jì)算每立方粉煤灰普通混凝土的水泥用量（C）見式（2）。

式中：Co— 基準(zhǔn)混凝土的水泥用量，kg；

一粉煤灰取代水泥百分率。

確定粉煤灰超量系數(shù)，如表4所示。

通常：C30以下混凝土用Ⅱ級(jí)灰時(shí)，超量系數(shù)取1．5或1．6。C40以上混凝土用I級(jí)灰時(shí)，超量系數(shù)取1.3或1．4。每立方混凝土中粉煤灰的用量（F）按式（3）計(jì)算：

式中： —粉煤灰超量系數(shù)。

用絕對(duì)體積法求出粉煤灰超出水泥的體積，按粉煤灰超出的體積，扣除同體積的細(xì)料用量，碎石用量不變。混凝土中砂用量S按式（4）計(jì)算。

式中：So一基準(zhǔn)配合比的砂用量；

Ps 一砂相對(duì)密度；

Co一基準(zhǔn)混凝土的水泥用量；

C一粉煤灰混凝土中水泥用量；

Pc 一水泥相對(duì)密度；

F一粉煤灰混凝土中粉煤灰用量；

PF一為粉煤灰相對(duì)密度（一般取2．2 g／cm3 ）。

粉煤灰混凝土的用水量，按基準(zhǔn)配合比的用水量選取。

根據(jù)計(jì)算得到粉煤灰混凝土配合比，在試配確保和易性、水灰比不變的基礎(chǔ)上，進(jìn)行配合比的試拌調(diào)整。根據(jù)調(diào)整后的配合比，確定為粉煤灰混凝土的理論配合比。

4、粉煤灰混凝土施工注意事項(xiàng)

4.1對(duì)每批進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的粉煤灰均需認(rèn)真檢驗(yàn)，測(cè)定粉煤灰的細(xì)度、燒失量、需水量比等。

4.2摻粉煤灰的混凝土，施工中拌和時(shí)間要比基混凝土延長(zhǎng)30 S，以便混凝土拌和均勻。

4.3正確振搗，避免過振引起混凝土表面形成浮漿層。同時(shí)，須保證振搗密實(shí)，確保構(gòu)件的外觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量。

4.4加強(qiáng)粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)，通常潮濕養(yǎng)護(hù)14 d，熱天或干燥氣候潮濕養(yǎng)護(hù)不得少于21 d。

4.5對(duì)早期強(qiáng)度要求高的構(gòu)件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因?yàn)槎練鉁氐?，不利于粉煤灰的火山灰反?yīng)

5、結(jié)束語(yǔ)

高速公路的施工質(zhì)量直接關(guān)系到公共交通的安全和運(yùn)行效率?；炷翐饺敕勖夯铱梢杂行У母淖兓炷恋氖┕ばЧ?，只要保證配合比的分析研究，就能提高高速公路混凝土施工質(zhì)量。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。