绿色混凝土在泵站工程的应用

摘　要　采用大掺量粉煤灰和优质外加剂配制的绿色混凝土，其工作性、耐久性、强度得到改善和提高，工程应用表明，绿色混凝土可节约27 %～ 38 %的水泥用量，其更大的价值是环保效益。关键词　活性细掺料　压力泌水率　可泵性　绿色混凝土

1 　引言
     随着我国国民经济的迅速发展，环境保护问题日益突出。就建筑业而言，要做好环境保护工作，除了狠抓施工现场管理，减少环境污染外，还必须大力开发和推广应用环保型新材料。近年来不少科研机构和施工单位致力于混凝土技术的研究，其中之一就是新型的绿色混凝土。绿色混凝土是指大量采用工业废渣为主的细掺料，使大宗混凝土中水泥用量降低30 %～50 % 的低水泥用量生态混凝土。由于其减少水泥用量，掺加了工业废料，不仅可以达到改善混凝土性能，提高工程质量和降低工程成本的目的，而且利用工业废料粉煤灰，有利于环境保护，降低建筑业能耗，因此，称其为环保型的绿色混凝土。发展绿色混凝土，实施可持续发展的战略， 是我国建筑业当务之急。

    中国有色十一冶通过技术攻关，成功地在柳州竹鹅溪泵站工程中使用了绿色混凝土，而且实现了低强度等级混凝土的泵送施工。

2 　绿色混凝土的试验研究

2.1 　原材料

2.1.1 水泥　广西鹿寨交通水泥厂“通宝”牌普通425 # 水泥。

2.1.2 粉煤灰　柳州电厂干排粉煤灰，品质指标达到Ⅱ级粉煤灰标准。

2.1.3 细骨料　柳江中砂， 表观密度为2665kg/ m3 ， 堆积密度为1575kg/ m3 ， 含泥量1 % ，细度模数2.7 ，属Ⅱ区中砂。

2.1.4 粗骨料　柳州产石灰石碎石，表观密度2710kg/m3 ， 堆积密度1450kg/ m3 ， 含泥量013 % ，为20mm～40mm 单粒级。

2.1.5 外加剂　湛江外加剂厂生产，呈黄色粉末状。

2.2 　配合比的确定

    柳州竹鹅溪泵站工程有近313 万m3 低强度等级混凝土(C8 、C13) ，由于受现场条件限制，拟采用泵送施工，但当时国内尚无低强度等级混凝土泵送施工的先例。中国有色十一冶组织技术攻关，研究成功了具有良好可泵性的绿色混凝土。经过系统试配，优选出以下施工配合比(表1) 。

2.3 　绿色混凝土性能检验

2.3.1 　拌和物的性能

2.3.1.1 　凝结时间和坍落度损失　由于绿色混凝土中掺有高效泵送剂和富含活性的细掺料粉煤灰，具有明显的缓凝效果。绿色混凝土初、终凝时间比基准混凝土推迟1h～2h ，工作性能保持良好，在气温20 ℃～30 ℃时测得绿色混凝土拌和物经时坍落度损失值平均40mm 左右， 有利于混凝土的泵送施工。

2.3.1.2 　可泵性　评价混凝土可泵性的指标除了上面提到的经时坍落度损失外，还有一项就是压力泌水率。绿色混凝土中掺加大量粉煤灰，而粉煤灰是一种含硅、铝氧化物的火山灰质材料，在混凝土中能够填充多余水分形成的凝胶孔、毛细孔及其他孔隙，能改善新拌混凝土的流变性质，提高绿色混凝土的保水性能。试验结果表明，绿色混凝土的相对压力泌水率在14.8 %～18 %之间，远小于国家标准规定的不宜超过40 %的要求，说明绿色混凝土有良好的可泵性。

2.3.1.3 　水化热　由于掺加粉煤灰，减少了水泥用量，从而使绿色混凝土水化反应释放出的热量比基准混凝土有所降低，另外，配制时加入的FDN —P 型泵送剂具有缓凝作用，使混凝土早期水化反应减慢，降低水化峰值热。在防洪涵闸底板施工时，观测到水化热峰值出现的时间推迟了24h ，这样就对防止绿色混凝土出现温度裂缝和收缩裂缝极为有利。

2.3.2 　硬化混凝土的性能

2.3.2.1 　强度　粉煤灰的各种矿物组成中，具有活性的氧化硅和氧化铝颗粒主要呈玻璃微珠和海绵状玻璃体，能与水泥水化反应释放的Ca (OH) 2 进行二次水化反应。在初期，粉煤灰颗粒填充在水泥粒子之间的孔隙中，仅起物理填充作用，因此，强度较低。随着水泥熟料矿物水化反应的开始和加快，混凝土中Ca (OH) 2 含量在增加，粉煤灰便开始二次水化反应，发挥了活性填充作用，使绿色混凝土后期强度有较快的发展。

    试验结果表明，绿色混凝土的早期强度比率R7/ R28约为40 % ，比较低，但其后期强度比率R60/ R28则超过145 % ，而且R28都达到了相应的强度等级要求。这也进一步验证了粉煤灰的早期物理填充作用和后期活性填充作用的特性。

2.3.2.2 　抗渗性能　采用C8 、C13 、C18 绿色混凝土配合比各成型一组混凝土抗渗试件，标养28d 试件加压至110MPa 并持压8h ，试件顶面无渗水，劈开后观察渗水情况，试件的渗水高度90mm ～ 140mm ( C8 ) ， 80mm ～ 125mm (C13) ，70mm～150mm (C18) 。说明绿色混凝土通过“双掺”，混凝土孔结构得到改善，密实度进一步提高，从而使绿色混凝土的抗渗性能得到较大提高，抗渗等级在S10 以上，能满足一般混凝土结构的防水要求。

2.3.2.3 　抗碳化性能　通过现场实测，绿色混凝土各龄期的碳化速度都比较慢，如C8 混凝土，365d 的碳化深度仅为8mm ，这是由于绿色混凝土密实度得到提高，使抗碳化能力也相应提高的缘故。

    以上结果表明，富含粉煤灰的绿色混凝土在工作性、耐久性等方面都具有良好的特性。

3 　绿色混凝土的施工要点

(1) 拌制绿色混凝土所用的原材料必须按国家有关标准规定进行检验，合格后方可使用。

(2) 要按施工配合比严格计量，计量偏差在允许范围内，注意砂、石含水率，砂中含石率等的换算。

(3) 绿色混凝土必须采用机械搅拌，严禁采用人工搅拌。

(4) 绿色混凝土搅拌时投料顺序为：石子→水泥→砂子→粉煤灰→水→外加剂。

(5) 绿色混凝土采用泵送施工，拌和物必须搅拌均匀，搅拌时间比普通混凝土延长30s。

(6) 在泵送绿色混凝土时，每个工作班至少要做一次坍落度试验，并做好记录。

(7) 泵送配管时要尽量缩短管线长度，少用弯管和软管，固定点应稳定，不得支在钢筋、模板或预埋件上。

(8) 泵送绿色混凝土宜分层浇筑， 厚度300mm～500mm ，当水平结构混凝土厚度超过500mm 时，可按1∶5～1∶7 坡度分层浇筑。

(9) 振捣泵送绿色混凝土时，振动棒移动间距应≤500mm ，振捣时间宜15s～30s ，避免过振和欠振，且间隔30min 后，必须进行第二次复振。

(10) 施工组织要严密，防止意外间歇。泵送绿色混凝土应连续进行，当需停泵时，泵的料斗应留有适量混凝土，并每隔4min～5min 开泵搅拌一次，以防塞泵堵管。

(11) 绿色混凝土必须及时覆盖浇水养护， 时间不得少于14d ，在干燥或炎热条件下，潮湿养护不得少于21d。当日平均气温低于5°C 时，不得浇水，要加强表面保温，以保证混凝土正常硬化。

4 　绿色混凝土的应用实例

    柳州竹鹅溪泵站主体由防洪堤、涵闸、泵房三部份组成。其中防洪堤为重力式混凝土结构，长300m ，底宽最大为17143m ，堤高最大为29m ，基底垫层为500mm 厚C13 混凝土，堤身为C8 混凝土。涵闸三孔净尺寸宽×高为315m ×710m ，长89m ，洞身为C18 混凝土，基底垫层为C8 混凝土。泵房长×宽为: 72m × 21m ，高28m ，下部为钢筋混凝土墩墙结构，上部为钢筋混凝土框架结构，底板垫层为C8 ，其他部位为C18 混凝土。混凝土总量6 万m3 。由于采用绿色混凝土进行泵送施工，确保了工期，也实现了文明施工。共制作混凝土抗压试块:C8 ，121 组;C13 ，19 组;C18 ，135 组，平均强度分别为1413MPa 、18MPa、2411MPa ，强度保证率都大于98 % ，强度离差系数都是0108 ，各项指标都达到混凝土质量评定优良标准。混凝土拌合评定，混凝土评定质量和外观质量也达到了优良标准。

5 　效益分析

(1) 由于绿色混凝土掺入大量的粉煤灰，使水泥用量明显降低，本项研究的绿色混凝土水泥用量与广西97 水工定额纯混凝土泵送配合比水泥用量相比，水泥用量降低27 %～38 %。单方绿色混凝土水泥降低量分别为: C8 ， 103kg/ m3 ; C13 ， 73kg/ m3 ; C18 ， 110kg/ m3 。混凝土配合比单价因水泥及其他材料变化而比原定额混凝土配合比单价也明显降低。其中，C8 降低额为12110 元/ m3 ，降低率为12176 %;C13 降低额为14186 元/ m3 ，降低率为14186 %;C18 降低额为13112 元/ m3 ，降低率为12115 %。可见经济效益颇为显著，同时有利于环境保护和粉煤灰的综合利用。

(2) 由于采用绿色混凝土泵送施工，不仅确保了工期、质量和安全，而且实现了文明施工。竹鹅溪泵站工程被广西水电厅评为1998 年度“文明工地”，社会效益显著。

6 　结语

(1) 绿色混凝土较常规混凝土更多地节约水泥(27 %～38 %) ，因此使生产熟料水泥的电力、矿山资源相应得到节约。

(2) 绿色混凝土更多地掺加了以工业废渣为主的细掺料，解决了工业化生产大量废渣抢占土地资源、污染环境等的问题，同时减少了生产水泥产生的导致温室效应的气体( 27 %～38 %) ，改善了人类赖以生存的生态环境，环保意义重大。

(3) 绿色混凝土中大掺量的活性细掺料与水泥的复合作用使混凝土的性能得到改善和提高，另外绿色混凝土还能有效地降低水化热，减少收缩，避免温度应力裂缝，保证和延长了结构的安全使用期，因而具有可持续发展的特点，有重大的推广价值。

参考文献

1 　J GJ / T10 —95《混凝土泵送施工技术规程》， 1995 年

2 　GBJ 146 —90《粉煤灰混凝土应用技术规范》，1991 年

3 　DL/ T5055 —1996《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》，1996 年

4 　傅温1《混凝土工程新技术》1 中国建材工业出版社，1994 年