粉煤灰混凝土在墩台施工中的应用

摘要:以西柏坡电厂三期铁路专用线工程为例,在混凝土桥墩台中合理地应用粉煤灰,不仅改善了混凝土的性能、提高工程质量、增加混凝土后期强度、提高抗化学侵蚀的能力,而且节省了水泥,降低混凝土成本。

关键词:粉煤灰　混凝土　强度

中图分类号:TU52812 　文献标识码:B

1 　工程概况

　　西柏坡电厂三期铁路专用线工程, 线路全长12.754 km。冶河特大桥(DK7 + 191.21) 位于平山县东岗上村南,预应力混凝土梁为25～32 m ,全桥长827.91m ,马冢河大桥(DK4 + 800.95) 预应力混凝土梁2 ×24m + 10 ×32 m ,桥全长388.1 m。设计强度等级墩台身为C20 ,混凝土用量为8 183.81 m3 。

　　线路穿越坡度缓和的山坡,途经一部分农田,冶河和马冢河常年流水,其中冶河水深0.5～1.5 m ,水面宽20～30 m; 马冢河水深1.0～1.5 m ,水面宽5～10 m。温度区属暖温带亚湿润气候区,最大冻结深度0．54m。地震烈度Ⅵ度。

2 　原材料的选择

　　在混凝土桥墩台中应用粉煤灰,可以改善混凝土的性能。水泥选用32．5 普通硅酸盐水泥28 d 强度为34．8 MPa ;细集料选用灵寿党家庄中砂,细度模数2．8 ,含泥量< 1．8 %;粗集料选用5．0～31．5 mm碎石,连续级配;外加剂选用GK24A 高效缓凝减水剂;细掺料为育才建材有限公司Ⅰ级粉煤灰,技术指标如表1。

表1 　Ⅰ级粉煤灰的技术指标

3 　粉煤灰混凝土性能试验

3．1 　粉煤灰混凝土的工作性能

　　试验中胶结材料用量为420 kgPm3 ,保持水灰比为0．42 ,粉煤灰取代率为0～50 % ,测试坍落度Sl 与坍落扩展度Sf ,以SlPSf 的比值来表征粉煤灰混凝土的工作性能,结果如表2。

　　从表2 可以看出, SlPSf 比值增大,混凝土的粘稠度增加, SlPSf 的值减小,混凝土的粘稠性减小,易发生离析、泌水,粉煤灰取代率增加,混凝土的SlPSf 比值是先降后增,取代率为10 %～30 %时,混凝土的SlPSf的值较合理,混凝土的工作性较好,取代率> 40 %时,混凝土的粘聚性增加,不利于泵送施工。

表2 　不同粉煤灰取代率下粉煤灰混凝土的工作性能

3．2 　粉煤灰混凝土强度试验

　　本试验以C20 混凝土为准,从表3 中的粉煤灰取代率为10 %、20 %和30 %的混凝土强度可以看出,当掺量≤20 %时,对混凝土的强度和工作性能基本无影响,仅呈现出混凝土的前期强度增长慢,后期强度增长快的现象。前期强度增长慢是因为粉煤灰混凝土的胶结材料用量较高,使混凝土的致密性提高,而用水量较低降低了混凝土的水化热量;后期强度增长快的原因是粉煤灰“活性效应”发挥了作用,水泥水化过程中,生成游离的石灰,它以氢氧化钙的形式存在,粉煤灰的活性组分SiO2 与游离石灰结合,生成新的胶凝物质,这样胶凝物质不断填充混凝土内部的孔隙,使其更加密实。混凝土的龄期越长,越能反映出粉煤灰的“活性效应”。所以在工程实际中,应加强结构实体的早期与中后期湿养护措施。

表3 　基准混凝土与掺粉煤灰混凝土强度对比试验

3．3 　粉煤灰混凝土抗冻性

　　粉煤灰混凝土抗冻性按《普通混凝土长期性和耐久性能试验方法》(GBJ 82) 规定的抗冻性试验慢冻法进行,冻融次数为200 次。试体受冻前的养护龄期为90 d ,试验负温冷冻温度为( - 15 ±1) ℃,正温缓解温度为(20 ±2) ℃,冻融制度为冻4 h 缓4 h ,每天3 次,200 次冻融试验后进行质量称、外观检查和强度试验。

　　结果显示,基准混凝土质量损失为4．7 % ,强度损失为8．1 % ,取代率为20 %的粉煤灰混凝土质量损失为3．5 % ,强度损失为5．4 %。两者的试验结果非常接近,均符合(GBJ82) 标准要求,粉煤灰混凝土的质量损失和强度损失好于基准混凝土。西柏坡电厂三期工程施工完毕后,经2 年的使用表明粉煤灰混凝土抗冻性良好,C20 级的抗冻性可达到F300。

314 　粉煤灰混凝土抗渗性

　　对处于常年有水的桥墩台,混凝土的密实性将直接影响混凝土的耐久性,因此,高耐久的混凝土必须首先具备高密实性。从混凝土的渗透性与其内部结构的关系来看,水胶比降低,水化产物增加,孔结构得到改善,都将使混凝土的密实性增加,从而使混凝土的抗渗性得到提高。粉煤灰混凝土后期强度的持续增长,提高了混凝土的不透气性和致密性,这是普通混凝土所不具备的优势。从表4 中的强度结果来看,粉煤灰混凝土内部继续进行水化,并通过所生成的水化物填充混凝土内部的缺陷与透水、透气孔道,增强了混凝土结构的抗化学侵蚀、物理渗透能力。

表4 　粉煤灰混凝土与普通混凝土抗渗性对比

3．5 　粉煤灰混凝土的体积稳定性

　　体积稳定性是混凝土的基本要求之一,以往设计混凝土时,往往水泥用量偏高,提高了混凝土在硬化过程中的水化热量,使混凝土内部温度升高(特别是大体积混凝土) ,这些热量不能及时地散发出去,极易产生裂纹和变形,严重影响结构的耐久性,为验证粉煤灰混凝土的体积稳定性,进行了干缩试验,试验结果见表5。在干缩期38 d 后,粉煤灰混凝土的干缩率小于基准混凝土。另外,如果延长干燥前的潮湿养护期,粉煤灰混凝土的干缩率会进一步降低,上述试验结果说明,所配制的粉煤灰混凝土具有较好的尺寸稳定性。

表5 　粉煤灰混凝土的干缩性能

4 　结论

　　通过以上试验可以看出粉煤灰混凝土的各项性能均能满足规范要求,西柏坡电厂工程中,桥墩台施工累计使用粉煤灰556 t ,水泥的综合单价为220 元Pt , Ⅰ级粉煤灰为120 元Pt ,在保证工程质量的情况下,节省了投资。