摘 要 通過在塔柱混凝土中摻加粉煤灰與在箱梁混凝土中不摻加粉煤灰的對比, 分析粉煤灰對高性能混凝土的力學性能和工作性能的影響, 為類似工程的設計、施工提供參考。
關鍵詞 粉煤灰 影響 高性能混凝土 應用
1 工程概況
山東濱州黃河公路大橋是205國道濱州段跨越黃河的一座三塔雙索面斜拉橋, 中塔設計高度為125m, 是黃河上塔柱最高的斜拉橋。主梁采用箱形截面。塔柱和箱梁均為C55高性能混凝土, 全部采用泵送施工。本文通過在塔柱混凝土中摻加粉煤灰與在箱梁混凝土中不摻加粉煤灰的對比, 分析粉煤灰對高性能混凝土的力學性能和工作性能的影響。
2 C55高性能混凝土的配合比
2.1 原材料
①水泥: 選用P.O 42.5R水泥; ②砂: 采用大汶河中的粗砂; ③碎石: 石場碎石, 5 ～25 mm連續級配; ④水: 現場地下水; ⑤外加劑: 外加劑是配制高性能混凝土的關鍵, 優選了NOF - 2B、NF - 2、M - I、JFA - HPC四種外加劑; ⑥粉煤灰: 采用三峽牌I級灰, 主要性能指標見表1。
2.2 配合比
C55混凝土配合比如表2。
說明: ①a、b、c、d 分別代表NF - 2、M - I、NOF - 2B、JFA - HPC四種外加劑; ②粉煤灰有減水作用, 在塔柱澆筑高度較低時可減少外加劑1～2 kg;③粉煤灰使混凝土變得更加致密, 混凝土抗壓彈性模量有所增加, 極限應變小于空白混凝土, 外在表現為混凝土的脆性有所增加, 而斜拉橋的主梁通常有較大的應變, 所以, 根據設計要求箱梁混凝土不摻加粉煤灰。
3 粉煤灰對高性能混凝土性能的影響分析[ 1 ]～[ 3 ]
3.1 抗壓強度
為滿足結構的承載要求, 在澆筑現場對每批澆筑的混凝土都制作試件進行檢測, 表3、表4是部分塔柱混凝土、箱梁混凝土28天強度。
對塔柱、箱梁混凝土28 天強度檢測結果表明,現場澆筑混凝土的強度檢測滿足規范要求。而且二者比較可以發現, 塔柱混凝土強度的標準差比箱梁混凝土的標準差要小, 說明摻加粉煤灰后, 混凝土強度穩定性好。
表5是部分長齡期試件強度。由表5 可以看出,隨著齡期的增長, 塔柱混凝土與箱梁混凝土強度均有大幅度的增長, 達到了80 MPa還沒有破壞, 說明工程后期強度還有較大增長潛力。而且后期強度摻加粉煤灰的塔柱會高于不摻加粉煤灰的箱梁。
3.2 抗壓彈性模量
箱梁混凝土的抗壓彈性模量是計算箱梁在斜拉索張拉力作用下的變形值所需的重要參數, 對于確定合適的斜拉索張拉力水平及合適的張拉時間起關鍵作用, 表6是一組不同齡期的箱梁混凝土抗壓彈性模量和對應混凝土強度實測值。
從表6可以看出, 混凝土早期的抗壓彈性模量增長比強度增長快, 2 天齡期的彈性模量已完成28 天齡期彈性模量的77 % , 2 天齡期的強度僅完成28 天齡期強度的54 %。其原因主要是混凝土由水泥遇水固結硬化的特點決定的, 混凝土彈性模量的增長主要集中在混凝土由液塑態向固態轉變的過程中, 即混凝土終凝前后的十幾小時內。也正是由于這段時間內混凝土具有低強度和高彈性模量的特點, 使混凝土的極限應變較小, 所以混凝土在該段時間內容易形成諸如溫度、干縮等裂縫。
3.3 工作性能
混凝土的工作性能是保證混凝土順利泵送的基礎, 取樣抽檢表明, 塔柱、箱梁混凝土的坍落度均在19～22 cm之間, 擴展度在45～55 cm范圍內, 粘聚性和流動性滿足泵送施工要求, 其中流動性塔柱好于箱梁。整座橋梁的混凝土澆筑順利, 內在質量和外觀質量都符合標準要求。
3.4 凝結時間
合適的凝結時間是保證混凝土泵送順利施工的關鍵, 表7記錄的是四組混凝土凝結時間試驗的實測數據。每組試驗環境溫度在18～32℃之間。
從表7 中CB12、CB14、塔柱混凝土比較可以看出, 在使用相同外加劑的條件下, 摻加粉煤灰的塔柱混凝土比箱梁混凝土的初終凝時間延長了約7 小時,說明摻加粉煤灰對混凝土有明顯的緩凝作用, 這對泵送施工是有利的。
3.5 水化熱
大橋的下塔柱是直徑為8 m的圓柱形結構, 一次澆筑混凝土厚度為6 m, 屬大體積混凝土澆筑。在塔柱混凝土中摻加了粉煤灰, 能夠延長混凝土的水化放熱過程, 降低混凝土內部溫升的峰值, 使其放熱曲線變得平緩, 而且能夠降低混凝土中膠體的水化放熱總量, 有利于預防和控制混凝土溫度裂縫的出現。此外, 工程中還采用了以下措施: ①對砂、石料灑水降溫, 對水泥倉體進行遮陽和灑水, 拌合水取深層地下水, 并在盛夏酷暑加冰拌合; ②在混凝土內部預設循環水管, 澆筑完成后及時充分降溫保濕養護, 減小內外溫差等。
4 結論
(1) 混凝土中摻加粉煤灰能夠降低混凝土的生產成本, 節約工程建設費用, 有顯著的經濟效益和社會效益。
(2) 粉煤灰的摻入有利于改善混凝土的和易性,提高混凝土的可泵送性。
(3) 粉煤灰的摻入能夠顯著提高混凝土的后期強度。
(4) 粉煤灰的摻入能夠延長混凝土的凝結時間,從而降低混凝土的溫升峰值, 還可降低水化熱總量,是一項預防和控制混凝土溫度裂縫的重要措施。
參考文獻:
[ 1 ] 習國華. 論粉煤灰混凝土的耐久性. 混凝土, 1998, (1).
[ 2 ] 余學芳, 董邑寧1粉煤灰混凝土的抗裂性分析1混凝土, 2003, (2).
[ 3 ] 沈旦申. 粉煤灰混凝土[M ]. 北京: 中國鐵道出版社, 1989.
