摘 要:在混凝土中掺入一定量粉煤灰,不仅可以降低生产成本,而且对混凝土的性能如工作性、干缩、抗开裂性等具有很好的改善作用。本文论述了粉煤灰改善混凝土性能的试验研究及其在桥梁工程中的应用。
关键词:粉煤灰混凝土;干缩,抗开裂性能;桥梁工程
中图分类号: TU52812 文献标识码:B 文章编号:1005 - 8249 (2006) 05 - 0043 - 02
发展绿色环保高性能混凝土的重要途径之一是使用粉煤灰高性能混凝土。粉煤灰混凝土不仅强度发展良好,而且耐久性能十分优异,能明显降低水化温升,大大减小混凝土早期开裂的危险[1 ] 。
本文针对内蒙古东部地区赤通高速公路沿线桥梁混凝土承台和薄壁墩施工技术,通过优化混凝土材料组成,研究粉煤灰对混凝土的工作性、体积变形、抗开裂等性能的改善,从而保证桥梁混凝土结构的安全。
1 工程概况
内蒙古赤峰- 通辽高速公路撒力巴至下洼段二标的K93 + 737 大桥承台截面为矩形,尺寸为11. 0m ×6. 8m ,厚2. 5m ,桥墩设计为空心薄壁墩,其下部为实心段,截面尺寸为7. 8m ×2. 2m ,高为1. 5m ,空心部位壁厚为0. 5m ,高为40m ,混凝土等级C30 ,其暴露面积大,厚度薄,部分薄壁墩高度在40m 以上。薄壁墩在受到荷载作用的同时,长期处于干燥、大风沙、寒冷及大温差的环境,使得该类混凝土结构非常容易开裂,所以该类薄壁墩混凝土制备、施工和养护等环节是桥梁建设的重点和难点。
2 混凝土原材料性能及优选
原材料包括:32. 5 级普硅水泥、Ⅰ级粉煤灰(性能见表1) 、B H2F81 高效减水剂、赤峰河砂(细度模数2. 7 ,表观密度2650kg/ m3 ) 、石子(粒径5mm～40mm ,表观密度2720kg/ m3 ) 。
3 混凝土配合比设计优化
3. 1 粉煤灰对混凝土力学性能的影响
试验采用Ⅰ级粉煤灰配制C30 混凝土,坍落度控制在18cm ±2cm 之间。从表2 看出,粉煤灰掺量为10 %、15 %时,混凝土有干硬和离散现象,和易性较差;当粉煤灰掺量为20 %、25 %、30 %时,由于胶凝材料需水比降低,混凝土水胶比下降,混凝土和易性较好,28d抗压强度分别是44. 5MPa ,41. 8MPa 和40. 5MPa ,因此本工程最后确定粉煤灰的掺量为20 %,胶凝材料总量控制在380kg/ m3 。
3. 2 混凝土绝热温升
采用表2 中编号1 、4 和6 的混凝土配比进行混凝土绝热温升试验,结果见图1 。
从图1 看出,不掺粉煤灰的混凝土绝热温升为42 ℃, 掺20 %粉煤灰的混凝土绝热温升为36 ℃, 掺30 %粉煤灰混凝土的绝热温升为34. 8 ℃。试验结果表明,采用一定量的粉煤灰,可大幅度降低混凝土的绝热温升,这对预防大体积混凝土温度裂缝有重要意义。薄壁墩混凝土绝热温升最活跃期是前5 天,因此,混凝土浇筑后5～7 天是混凝土温控的关键时期,此时应加强混凝土表面保温养护,避免因气温骤降引起混凝土表面急剧降温,产生较大温度梯度。
3. 3 粉煤灰对混凝土干缩性能的影响
试验采用表2 中编号1 、4 和6 配比制成100mm×100mm ×515mm 的试件,拆模放入恒温恒湿养护室[相对湿度(60 ±4) % ,温度为(20 ±2) ℃]进行干缩试验,试验结果见图2 。
从图2 看出,不掺粉煤灰的混凝土7 天干缩率为1. 04 ×10 - 4 ,60 天的干缩率为3. 57 ×10 - 4 ; 掺20 %粉煤灰的混凝土60 天的干缩率为3. 34 ×10 - 4 。而掺30 %粉煤灰的混凝土60 天干缩率为3. 11 ×10 - 4 ,表明粉煤灰可以减小混凝土的干缩,且随掺灰量的增大而降低。
3. 4 混凝土抗裂性能研究
试验采用清华大学研发的温度2应力试验机进行混凝土早期热裂缝研究。开裂温度是混凝土热性能和力学性能的综合体现,是混凝土由于温度的升降产生的温度应力和最大极限应力的反映。根据不同配比的混凝土试验及实际工程验证,开裂温度应小于14 ℃,此时混凝土具有较好的抗裂性能。
从表3 试验结果可知,C30 混凝土采用普硅32. 5水泥,掺20 %粉煤灰,混凝土第二零应力温度低,应力储备高,开裂温度仅为5. 6 ℃,说明该混凝土抗裂性能好,适用于承台和薄壁墩混凝土施工。
4 施工应用情况
从现场施工情况来看,混凝土工作性能良好,泵送施工顺利,易于振捣,且浮浆泌水很少,混凝土强度满
足评定要求;最重要的是满足了大体积混凝土对水化热控制的要求。图3 反映的是承台和墩身
混凝土的温度变化情况, 混凝土温升1. 5～2 天即达到峰值,持续4 ～ 8 小时后温度开始下降,曲线第二段是自然降温段,曲线平缓下降趋向水平,表明该时间段混凝土降温平缓,达到准稳定态。混凝土浇筑入仓温度在19. 0～24. 5 ℃之间,设计值≤20 ℃,内部最高断面均温43. 8 ℃。此时,最大温差16. 9 ℃,满足内外温差不超过25 ℃的要求。承台和墩身混凝土未出现因温度应力等造成开裂等破坏。
5 结 论
(1) 掺入粉煤灰可以改善混凝土和易性,不降低混凝土抗压强度,更易于泵送施工。(2) 掺入粉煤灰,可以大幅度的降低混凝土的绝热温升,这对预防大体积混凝土温度裂缝具有重要意义。(3) 粉煤灰可以减小混凝土的干缩,且随粉煤灰掺量的增大而降低。(4) 掺20 %粉煤灰的混凝土开裂温度仅为5. 6 ℃,抗裂性能好,混凝土未出现因温度应力等造成开裂等破坏。
参 考 文 献
[ 1 ] 张国志,刘秉京. 磨细矿渣高性能混凝土在桥梁工程的应用[J ] .中国港湾建设,2001 , (4)
