耐久性混凝土雙摻技術(shù)在預(yù)制梁中的應(yīng)用

郭 啟 高

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司， 天津 300350)

混凝土作為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)主要材料，隨著其技術(shù)的成熟，不僅要求具有良好的工作性，合格的力學(xué)性能，另外還需要其結(jié)構(gòu)耐久性，耐久性作為混凝土在各種環(huán)境條件下保證長期使用功能的指標(biāo)，越來越受到施工設(shè)計(jì)行業(yè)的重視，尤其鐵路預(yù)制梁的生產(chǎn)[1].要保證混凝土長期穩(wěn)定的工作性能，就要從混凝土原材料及配合比、混凝土施工工藝、混凝土保養(yǎng)等方面著手，其中最根本的還是在混凝土原材料及配合比方面[2].礦物摻合料作為混凝土原材料一種，在現(xiàn)在高性能混凝土中得到廣泛的應(yīng)用，在鐵路預(yù)制梁規(guī)范中，各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)作了具體要求[2].混凝土雙摻技術(shù)在改善混凝土拌和物性能，提高混凝土混凝土強(qiáng)度及其耐久性方面運(yùn)用已久，其優(yōu)勢(shì)還在于礦物摻合料多為燃煤發(fā)電廠或礦石工業(yè)廢渣，低廉的價(jià)格直接降低了混凝土成本，變廢為寶，改善環(huán)境[3].本文通過對(duì)粉煤灰、礦粉在不同摻配比例下的混凝土拌和物性能、強(qiáng)度和耐久性的影響對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，論證了其適用性及可行性，為梁場(chǎng)降低成本，提高效率，保證質(zhì)量提供依據(jù).

1 工程簡介

安寧制梁場(chǎng)承擔(dān)著云南安寧工業(yè)園區(qū)新亞美谷物流園鐵路專用線工程全部T梁的生產(chǎn)工作，包括3座中橋、8座大橋、2座特大橋的所有預(yù)制T梁，梁型有通橋(2012)2101和通橋(2012)2109兩種，其中L=32 m(角鋼支架法)T梁262片，L=32 m(設(shè)聲屏障)T梁28片，L=24 m(角鋼支架法)T梁34片，L=24 m(設(shè)聲屏障)T梁2片.該梁場(chǎng)使用的C55梁體混凝土采用粉煤灰、礦粉雙摻技術(shù)，不僅需要滿足工作性、強(qiáng)度要求，還應(yīng)滿足耐久性能要求(見表1).

表1 混凝土耐久性能指標(biāo)

2 混凝土原材料指標(biāo)

1)水泥：云南昆鋼嘉華水泥建材有限公司生產(chǎn)的P.042.5規(guī)格水泥，其比表面積：326 m2/kg，膠砂7 d、28 d抗壓強(qiáng)度值分別為27.3 MPa、51.7 MPa，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

2)細(xì)骨料：紅河州添石建筑材料有限公司，中粗砂，細(xì)度模數(shù)：2.8，含泥量：0.4%，含泥塊量：0.1%，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

3)粗骨料：安寧隆瑞混凝土有限公司采石場(chǎng)，5～10 mm、10～20 mm以4∶6比例組成5～20 mm連續(xù)級(jí)配且其級(jí)配滿足規(guī)范要求，壓碎值指標(biāo)：6.5%，含泥量：0.3%，含針片狀量：5.4%，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

4)粉煤灰：昆明環(huán)恒粉煤灰有限公司，F(xiàn)類1級(jí)，細(xì)度：10.6%，燒失量：3.62%，需水量比：94%，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

5)礦渣粉：馬龍耀明資源綜合利用有限公司，S95級(jí)，比表面積：440 m2/kg，流動(dòng)度比：106%，燒失量：0.32%，7 d、28 d活性指數(shù)分別為78%、102%，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

6)減水劑：浙江五龍新材股份有限公司，聚羧酸系髙性能減水劑，減水率wg=32%，含氣量A=5.1%，抗壓強(qiáng)度比(1 d，3 d，7 d，28 d)分別為184%，168%，156%，148%，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

7)水：安寧制梁場(chǎng)飲用水.

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)TB/T3043-2005《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件》規(guī)范[4]要求，預(yù)制梁混凝土配合比中每立方米水泥用量不宜低于400 kg，混凝土膠凝材料總用量不應(yīng)超過500 kg，水膠比不應(yīng)大于0.35，摻和料最大摻量不應(yīng)大于水泥總用量的25%.因此為了滿足要求且方便比較，設(shè)計(jì)C55配合比采用固定水泥用量為400 kg，固定水膠比為0.29，固定膠凝材料摻量為水泥用量的25%，假定容重為2 450 kg，砂率39%，分別調(diào)整膠凝材料用量中粉煤灰與礦粉摻加比例，通過二者不同的摻量對(duì)混凝土拌合物性能、混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度及耐久性能中的抗氯離子滲透性能，即電通量指標(biāo)進(jìn)行比較，具體混凝土配合比設(shè)計(jì)表及混凝土性能結(jié)果見表2、3.

表2 混凝土配合比設(shè)計(jì)表

表3 混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 對(duì)混凝土拌合物性能影響

通過表3混凝土拌合物坍落度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠凝材料摻量為水泥用量的25%固定的情況下，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土拌合物性能中坍落度呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，當(dāng)摻量比例為1∶1后混凝土拌合物1 h后坍落度基本保持不變.這主要是由于粉煤灰在混凝土中的作用機(jī)理，即粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)起到良好的作用[5].其中形態(tài)效應(yīng)主要是由于其礦物組成中的硅鋁酸鹽玻璃珠和海綿體就像玻璃球一樣細(xì)而光滑，能起到滾珠作用，增加了水泥顆粒間的流動(dòng)性.而微集料效應(yīng)就是通過粉煤灰中的微細(xì)顆粒分散和潤滑水泥漿體，降低水泥顆粒間的黏聚性，從而增加混凝土拌合物坍落度.另外由于顆粒均勻分布于水泥顆粒之間，減慢了水泥水化作用，因此，混凝土經(jīng)時(shí)損失也會(huì)隨著粉煤灰相對(duì)摻量增加而減小[6].

4.2 對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

通過表3混凝土7、28d標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠凝材料摻量為水泥用量的25%固定的情況下，隨著礦粉摻量的增加，混凝土各齡期強(qiáng)度總體呈現(xiàn)增長趨勢(shì).這主要是由于礦粉在混凝土中的作用機(jī)理，即礦粉在混凝土中的微晶核效應(yīng)及火山灰效應(yīng)[7].其中微晶核效應(yīng)主要是由于它能在水泥水化過程中起到加速的作用，提供充足的反應(yīng)空間，改善水泥水化后產(chǎn)生的水化產(chǎn)物均勻分布，形成致密結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土硬化后的力學(xué)性質(zhì)[8].而火山灰效應(yīng)是由于礦粉的礦物組成，使其在水泥水化過程中與多余的氫氧化鈣反應(yīng)生成致密的C—H—S凝膠，同時(shí)改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)、降低混凝土內(nèi)部空隙率，從而提高混凝土力學(xué)性能[9].

4.3 對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能影響

通過表3混凝土56 d混凝土抗氯離子滲透性能結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠凝材料摻量為水泥用量的25%固定的情況下，混凝土的抗氯離子滲透性能雖然有些許變化，但是變化幅度很小[10].這要從混凝土滲透性方面分析，其實(shí)混凝土中的水泥在水化過程中只有少部分水參與水化作用，而多余的水則在水泥硬化后蒸發(fā)，這就使混凝土內(nèi)部形成包括毛細(xì)孔、凝膠孔在內(nèi)的諸多孔隙，其中影響最大的就是毛細(xì)孔，由于外部環(huán)境中有害物質(zhì)，尤其是氯鹽環(huán)境下，氯離子會(huì)通過毛細(xì)孔滲透到混凝土結(jié)構(gòu)，不僅破壞混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且對(duì)混凝土內(nèi)部鋼筋起到銹蝕作用，從而使混凝土脹裂、破壞[11].簡單說就是由于混凝土中水泥水化會(huì)使混凝土產(chǎn)生不密實(shí)現(xiàn)象，但是通過摻加粉煤灰、礦粉等摻和料，由于其較細(xì)的顆粒組成，通過各種反應(yīng)，改善了混凝土的界面結(jié)構(gòu)，提高了混凝土密實(shí)性，從而降低混凝土內(nèi)部孔隙率，提高混凝土抗氯離子滲透能力[12].

4.4 對(duì)混凝土整體性能影響

通過上述試驗(yàn)對(duì)比，可見TB/T3043-2005《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件》規(guī)范[13]中對(duì)膠凝材料用量中礦物摻合料用量限制的準(zhǔn)確性，表3中的結(jié)果除了少數(shù)配合比初始坍落度超過規(guī)定(180±20 mm)的要求外，其余指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求.但是從各項(xiàng)指標(biāo)綜合考慮，當(dāng)固定膠凝材料中礦物摻和料摻量在水泥用量的25%時(shí)，粉煤灰與礦粉摻量比例為1∶1時(shí)，混凝土坍落度、試件強(qiáng)度、混凝土抗氯離子滲透性均能都達(dá)到相對(duì)最優(yōu)狀態(tài)[14].

5 結(jié) 語

耐久性混凝土作為現(xiàn)代混凝土代表，必定會(huì)持續(xù)健康發(fā)展下去，其理念跟現(xiàn)代建筑行業(yè)貫徹的“百年大計(jì)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，持續(xù)發(fā)展”等思想緊密相關(guān)，而礦物摻合料的應(yīng)用，尤其是雙摻技術(shù)的應(yīng)用在高性能混凝土中起到至關(guān)重要的作用[15].本文通過對(duì)粉煤灰和礦粉按照不同比例摻加，讓其在各自的性能領(lǐng)域發(fā)揮作用.雖然二者也有相同的作用機(jī)理，比如微集料效應(yīng)、火山灰效應(yīng)，但是也有各自擅長的方面，比如在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，粉煤灰對(duì)提高混凝土流動(dòng)性、降低坍落度損失等方面作用更明顯，礦粉則有利于混凝土強(qiáng)度的增長.通過此次對(duì)比試驗(yàn)，得出該制梁場(chǎng)最優(yōu)的雙摻方案，能更科學(xué)的指導(dǎo)生產(chǎn).