粉煤灰混凝土在鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用

魏光輝

(新疆金達(dá)鑫工程建設(shè)有限公司，新疆庫爾勒841000)

1 工程概況

某新建綜合教學(xué)樓工程由A棟教學(xué)樓、B棟教學(xué)樓及學(xué)生活動(dòng)中心組成，框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積32945m2，工程抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)類，結(jié)構(gòu)使用年限為50年。A棟教學(xué)樓，建筑面積17667.66m2，5 層，建筑基底面積 3602.77m2，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，共計(jì)139根，樁徑1m;B棟教學(xué)樓，建筑面積 10661.09m2，4層，建筑基底面積 2645.49m2，基礎(chǔ)采用機(jī)械旋挖鉆孔灌注樁，共計(jì)103根，樁徑1m;學(xué)生活動(dòng)中心，建筑面積4616.16m2，1層，建筑基底面積1026.38m2，基礎(chǔ)采用機(jī)械旋挖鉆孔灌注樁，共計(jì)102根，樁徑1m，工程持力層均為中風(fēng)化砂巖層，中風(fēng)化砂巖層的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為24.7MPa，鉆孔灌注樁施工采用C30粉煤灰混凝土。

2 粉煤灰混凝土特性

粉煤灰混凝土是指混凝土中摻加粉煤灰組合的粉煤灰普通混凝土。粉煤灰摻入混凝土后可取代部分水泥，由于粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)對混凝土微觀效能的改變，使混凝土具有良好的和易性及流變性，不泌水，不離析，還可提高混凝土的后期強(qiáng)度。將粉煤灰與高效減水劑雙摻，由于粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)與減水劑的減水作用共同發(fā)揮，起到復(fù)合減水作用，為改善混凝土強(qiáng)度、耐久性提供了重要作用。

2.1 工作性

粉煤灰取代部分水泥后，使混凝土具有良好的粘聚性，并可降低水灰比?；炷吝_(dá)到相同的流動(dòng)性，其單位用水量可以減少，從而改善混凝土的可泵性[1]。

2.2 強(qiáng)度

摻粉煤灰置換部分水泥的混凝土，其早期強(qiáng)度有些降低，但后期特別是長期強(qiáng)度有較大的持續(xù)增長?！斗勖夯覒?yīng)用技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，粉煤灰混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度齡期，地下工程宜為60d，大體積混凝土工程宜為90d或180d。

2.3 耐久性

與強(qiáng)度相等的普通混凝土相比，混凝土的抗凍融能力基本相同但含碳量較高的粉煤灰混凝土抗凍融能力和抗碳化能力有較大提高。粉煤灰混凝土有較好的抗腐蝕能力，這些腐蝕主要是具有侵蝕能力的硫酸鹽與水泥中的含鋁、含鈣及SO3成分發(fā)生反應(yīng)，從而破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。在摻入粉煤灰后，由于水泥用量減少，減少了混凝土受侵蝕的內(nèi)部因素，因而提高了抗腐蝕能力[2]。

2.4 水化熱

由于粉煤灰部分取代水泥后，水泥用量減少使混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的水化熱相應(yīng)減少，速度也得到緩和，有利于配制大體積混凝土。

2.5 干縮性及彈性模量

摻入粉煤灰后，混凝土的干縮性可以減少5%左右，使混凝土的彈性模量大約提高5% ～10%[3]。

2.6 抗?jié)B性

粉煤灰混凝土的抗?jié)B性與普通混凝土相比，其早期齡期抗?jié)B性較低，而長期齡期的抗?jié)B性得到特別改善。這是由于粉煤灰的細(xì)微顆粒均勻分散到水泥漿體時(shí)會(huì)成為大量水化物沉淀的核心，隨著水化齡期的進(jìn)展，這些細(xì)微顆粒及其水化反應(yīng)產(chǎn)物填充了水泥的孔隙，改善了混凝土的結(jié)構(gòu)，逐漸降低了混凝土的抗?jié)B性[4]。

3 粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料的技術(shù)要求

(1)水泥為天山水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，技術(shù)指標(biāo)見表1。(2)細(xì)骨料經(jīng)篩分，砂細(xì)度模數(shù)為2.8，粒徑0.63mm篩孔的累計(jì)篩余量為69%，屬于中砂，級配良好，而且砂質(zhì)地較硬、潔凈，含泥量為1%左右，吸水率為1.2%。(3)粗骨料5mm～20mm粒徑壓碎指標(biāo)值為7%，含泥量為0.7%，針、片顆粒含量為5%，堿含量0.15%，吸水率0.51%;20mm～40mm粒徑壓碎指標(biāo)值為6.5%，含泥量為0.25%，泥塊含量0.17%，針、片顆粒含量為8%，堿含量0.19%，吸水率0.4%。(4)拌合用水采用城市自來水，水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。(5)減水劑選用新疆五杰實(shí)業(yè)投資有限公司NF－1型萘系高效減水劑。經(jīng)對比試驗(yàn)，該減水劑減水率為19.5%，含氣量2.5%，氯離子含量0.005%，28d抗壓強(qiáng)度比為125%，與水泥相容性好，坍落度經(jīng)時(shí)損失為10mm。(6)活性礦物摻合料選用獨(dú)山子熱電廠Ⅱ級粉煤灰，其顆粒成滾珠型，能增加混凝土和易性，富含大量無定型SiO2，能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生火山灰效應(yīng)，生成C－S－H凝膠，減少骨料泌水，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

3.2 配合比試驗(yàn)

(1)水膠比及水泥用量。在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，由于采用大摻量活性粉煤灰，就必須采用低水膠比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由于混凝土強(qiáng)度等級不高，配合比采用的水膠比為0.4，粉煤灰等量取代水泥，取代量為40%。由于粉煤灰密度較小，施工、運(yùn)輸過程中易產(chǎn)生浮漿，因此，科學(xué)合理的攪拌，是保證混凝土密實(shí)性、耐久性的重要措施。

(2)高效減水劑。粉煤灰宜與外加劑復(fù)合使用以改善混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。復(fù)合使用時(shí)，外加劑宜采用后摻法。影響混凝土坍落度的主要因素是單位用水量。選用合適的減水劑，可以在不降低混凝土強(qiáng)度和流動(dòng)性的情況下，減少用水量，從而節(jié)約水泥用量，降低成本。本配合比采用新疆五杰實(shí)業(yè)投資有限公司NF－1型萘系高效減水劑，減水率為19.2%。

(3)摻入活性礦物摻合料。在配制混凝土?xí)r，對摻入20%、30%、40%活性礦物摻合料的混凝土性能進(jìn)行了對比試驗(yàn)，結(jié)果見表2與表3。

表2 C30粉煤灰混凝土配合比及力學(xué)性能

表3 C30粉煤灰混凝土性能指標(biāo)

從表2與表3可以看出:在相同水膠比的情況下， 混凝土早期強(qiáng)度(3d)隨著粉煤灰摻量的增加其降幅明顯，但隨著齡期的增長，由于火山灰效應(yīng)的擴(kuò)大，其28d抗壓強(qiáng)度值增長較大。從混凝土的耐久性及經(jīng)濟(jì)性合理性角度綜合考慮，最終選用A3配合比作為施工優(yōu)選配合比。

4 工程施工質(zhì)量控制

4.1 施工過程控制

在工程施工過程中，為確保粉煤灰混凝土的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性，采取了以下措施:

(1)嚴(yán)把原材料關(guān)。所有原材料均按照施工配合比進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，最大稱量偏差應(yīng)控制在1%以內(nèi)。(2)嚴(yán)格控制水膠比和坍落度控制指標(biāo)。(3)嚴(yán)格控制拔管速度。灌注樁是靠混凝土自身重量將泥漿往上擠出，為了保證灌注樁完整而不出現(xiàn)斷樁，導(dǎo)管的出口應(yīng)始終埋在混凝土內(nèi)，根據(jù)灌注的速度控制拔管的快慢。(4)及時(shí)抽樣檢測，按要求制作粉煤灰混凝土試件，測試其力學(xué)特性是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.2 施工質(zhì)量檢測

在混凝土灌注樁施工過程中，通過嚴(yán)格控制原材料計(jì)量和科學(xué)合理的施工工藝，經(jīng)工程現(xiàn)場取樣，所選配合比混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。經(jīng)現(xiàn)場抽樣檢驗(yàn)，施工混凝土坍落度均在210mm～220mm左右，NF－1型萘高效減水劑保塑效果較好，1h坍落度損失小于10mm?；炷凉ぷ餍阅芰己茫瑵M足施工要求。經(jīng)現(xiàn)場取樣測試，C30混凝土平均抗壓強(qiáng)度40.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為2.2MPa，彈性模量為3.38GPa。根據(jù)混凝土驗(yàn)收質(zhì)量檢驗(yàn)評定:混凝土現(xiàn)場抽樣強(qiáng)度為39.3MPa，大于配制強(qiáng)度38.2MPa，抽樣檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)和工程要求。

5 結(jié)語

(1)該粉煤灰混凝土配合比充分考慮了粉煤灰的滾珠效應(yīng)、抗侵蝕性及高火山灰效應(yīng)形成的“中心介質(zhì)圈效應(yīng)”[4]的增強(qiáng)作用，并考慮了NF－1型萘系高效減水劑的特點(diǎn)，配制出了具有較高工作性能且滿足規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求的高性能混凝土。

(2)粉煤灰的摻入降低了單方水泥用量，不僅節(jié)約了成本，降低了造價(jià)，而且變廢為寶，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益;從技術(shù)角度看，粉煤灰的摻入也使混凝土性能得到改善，提高了耐久性、工作性，保證了強(qiáng)度，方便了施工。

(3)在配制粉煤灰混凝土?xí)r應(yīng)當(dāng)注意高效減水劑與膠凝材料的適應(yīng)性，通過試驗(yàn)選擇相對最佳的膠凝材料用量與高效減水劑摻量。

[1]李彰.談粉煤灰混凝土在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用[J].山西建筑，2006，32(13):149 －150.

[2]張曉喜，劉成松.大摻量高性能粉煤灰混凝土[J].國外建材科技，2007，(6):26 －29.

[3]唐明偉.淺談粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].江蘇建材，2008，(3):38 －40.

[4]王毅.摻粉煤灰水工混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法淺析[J].陜西水利，2007，(6):26－29.