大掺量粉煤灰海工混凝土在金塘大桥灌注桩中的应用

摘　要: 针对金塘大桥海工混凝土所处环境的特点,采用大掺量粉煤灰配制灌注桩海工混凝土。试验结果表明,大掺量粉煤灰海工混凝土的工作性、力学性能良好,所确定的配合比使混凝土既能满足耐久性要求,又能满足低成本要求,在金塘大桥工程施工中得到比较成功的应用。

关键词:大掺量粉煤灰;海工混凝土;灌注桩

中图分类号: TV37513 　　　文献标识码:B 　　　文章编号:1005 - 8249 (2007) 06 - 0015 - 03   收稿日期:2007 - 04 - 12

1 工程概况

　　金塘跨海大桥横跨杭州湾海域,全长36km ,其中西通航孔桥主墩桩基础34 根, 桩径200cm , 桩长110m ,边墩桩基础20 根,桩径200cm ,桩长90m ,混凝土等级为C35 。混凝土设计为大流动度耐久性海工混凝土,应具有良好的可泵性和较长凝结时间,在满足强度的条件下达到高耐久性要求。

　　本文根据《金塘大桥海工混凝土耐久性技术规程》和海上施工的实际情况,采用大掺量粉煤灰配制的灌注桩海工混凝土,通过优化混凝土材料组成,研究混凝土的工作性、力学性能、抗氯离子渗透及其他性能,从而达到设计、施工工艺和经济的要求。

2 　灌注桩混凝土配合比设计思路与技术措施

2. 1 　设计思路

　　为了保证灌注桩混凝土有足够的良好工作性能、强度和耐久性能,使其能承受上部结构的各种外力和不同因素的影响,混凝土应达到如下要求: (1) 混凝土拌和物必须具有良好的粘聚性能,不产生或少产生离析现象; (2) 混凝土必须具有一定的流动性,由混凝土本身重量自动流平来完成混凝土的平整和密实; (3) 由于灌注桩混凝土是在水下施工和凝结硬化,必须保证混凝土获得足够的强度; (4) 混凝土在施工后凝结硬化,并长期承受各种荷载作用和其它因素的影响,因此除强度满足要求外,还必须考虑耐久性能,如抗氯离子渗透性、耐蚀性等。

2. 2 　技术措施

　　为配制符合设计和施工要求的灌注桩海工混凝土,主要采取以下技术措施: (1) 控制原材料质量:砂、石材料的含泥量与泥块含量要求严格,石子的最大粒径控制在25mm ,砂子采用中粗砂,水泥的碱含量控制在0. 6 %以下。(2) 采用聚羧酸高效减水剂:控制混凝土的水胶比,减少坍落度的经时损失,延缓混凝土的凝结时间,混凝土含气量控制在4 %～6 % ,保证混凝土具有适宜的粘度、较大的流动性、不离析和适宜的凝结时间等优良施工性能。(3) 控制胶材种类和用量:混凝土胶凝材料用量为430～450kg/ m3 ,采用大掺量的粉煤灰和矿粉。矿物掺合料在混凝土中微集料作用,参与胶凝材料的水化反应,降低了水胶比,改善水泥浆的质量,提高混凝土抗氯离子渗透性能。

3 　试验原材料与方法

3. 1 　试验原材料

　　试验原材料包括:宁国海螺P. II42. 5 水泥、谏壁I级粉煤灰、芜湖朱家桥S95 级矿粉、中砂(细度模数2. 63 ,表观密度2. 64g/ cm3 ) 、碎石(5cm～25mm 连续级配,表观密度2. 63g/ cm3 ) 、聚羧酸减水剂(减水率≥25 %) 、自来水。

3. 2 　试验方法

　　依据《普通混凝土拌合物性能试验方法》GBJ80 - 85进行混凝土拌合物性能试验,依据《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ80 - 85 进行混凝土力学性能试验。

　　倒坍落筒流出时间法　海工混凝土由于粘性大,仅用坍落度和扩展值等难以表征其流动性,这时结合倒坍落筒流出时间显得尤为重要。方法是将坍落筒倒置,底部封盖装满混凝土并抹平(一般倒置坍落度筒,底部离地50cm 为宜) ,迅速滑开底盖,用秒表记录混凝土流空时间,时间越长代表混凝土粘度越大。

　　氯离子渗透试验　混凝土抗氯离子渗透试验参照混凝土抗氯离子扩散系数快速测定的RCM 法进行。按照该方法测得混凝土中氯离子非稳态快速迁移扩散系数。

4 　试验结果与分析

　　试配灌注桩海工混凝土时,试配强度不是主要解决的问题,抗氯离子渗透是关键的因素,混凝土的工作性及经济性也是必须要考虑的问题。本工程设计混凝土要求84d 氯离子扩散系数≤2. 5 ×10 - 12 m2 / s ,因此在混凝土中掺入粉煤灰和矿粉,混凝土胶凝材料用量为430～450kg/ m3 ,选择与水泥及掺合料相容的外加剂并调整外加剂的掺量, 控制适宜的水胶比0. 33～0. 35 ,并采用倒坍落度评价混凝土的工作性。5种不同比例胶凝材料的混凝土配合比见表1 。

4. 1 　粉煤灰对混凝土工作性能影响

　　从表2 看出,在粉煤灰掺量为0 和15 %时,由于矿粉掺量高,混凝土较粘,和易性较差;随着粉煤灰掺量的增大,混凝土的和易性有较大的改善,其中掺40 %粉煤灰4 # 的新拌混凝土1. 5h 坍落度损失最小。本试验采用倒置坍落度评价混凝土的工作性,当矿粉掺量较大(40 %) 时,倒坍落度时间为34s ,混凝土粘度最大,从而会降低混凝土泵送性能,影响混凝土施工;掺40 %粉煤灰混凝土倒坍落度时间仅15s ,这说明掺入粉煤灰可以降低混凝土粘度,改善混凝土的泵送性能。

4. 2 　粉煤灰对混凝土强度和抗氯离子渗透性能的影响

　　从表3 试验结果看出,几组混凝土的力学性能无明显差异,均超过设计要求,其中掺40 %矿粉1 # 28d的抗压强度60. 3MPa ,而由于粉煤灰的减水作用,掺40 %粉煤灰4 # 的水胶比降到0. 33 , 28d 强度达到57. 1MPa 。力学试验结果表明,在混凝土中掺加40 %的粉煤灰对抗压强度,无负面效应。表3 中5 种配合比混凝土氯离子扩散系数随矿粉掺量的增大而增大,84d 的氯离子扩散系数均小于2. 5×10 - 12m2 / s ,其中掺40 %矿粉混凝土1 # 氯离子扩散系数最小,84d 氯离子扩散系数为0. 872 ×10 - 12m2 / s ,而掺40 %粉煤灰4 # 混凝土84d 氯离子扩散系数为1. 13 ×10 - 12 m2 / s。抗氯离子渗透试验结果表明,仅掺入粉煤灰混凝土也具备优良的抗氯离子侵蚀能力,并

且氯离子扩散系数随混凝土龄期的延长而减小。

4. 3 　混凝土经济性评价和配比的确定

　　从混凝土配比经济性看,粉煤灰的价格只有矿粉的70 %左右,单掺粉煤灰的配合比经济上具有较大的优势,1 # 与4 # 相比,仅粉煤灰与矿粉的价格差一项,可以节约成本几十万元,经济效益显著。从施工过程质量控制来看,只用粉煤灰一种掺合料,对海上搅拌船的原材料供应、海上搅拌船对配合比的控制也更为简便,实验室也可以减少原材料的抽检项目,间接为施工提供了方便。因此根据以上试验结果和混凝土经济性分析,4 # 完全能满足设计和施工要求,而性价比更优。

5 　应用情况

　　金塘跨海大桥西通航孔桥的主墩和边辅墩的桩基目前已全部完成,总灌注的混凝土量约为17 500m3 ,均采用4 # 配合比。从已灌注的桩基来看,灌注过程顺利,混凝土和易性好,坍落度损失小,初凝时间长,目前已检测的桩均属I 类桩,所检测混凝土抗压强度的均满足设计要求。