摘 要 通过在塔柱混凝土中掺加粉煤灰与在箱梁混凝土中不掺加粉煤灰的对比, 分析粉煤灰对高性能混凝土的力学性能和工作性能的影响, 为类似工程的设计、施工提供参考。
关键词 粉煤灰 影响 高性能混凝土 应用
1 工程概况
山东滨州黄河公路大桥是205国道滨州段跨越黄河的一座三塔双索面斜拉桥, 中塔设计高度为125m, 是黄河上塔柱最高的斜拉桥。主梁采用箱形截面。塔柱和箱梁均为C55高性能混凝土, 全部采用泵送施工。本文通过在塔柱混凝土中掺加粉煤灰与在箱梁混凝土中不掺加粉煤灰的对比, 分析粉煤灰对高性能混凝土的力学性能和工作性能的影响。
2 C55高性能混凝土的配合比
2.1 原材料
①水泥: 选用P.O 42.5R水泥; ②砂: 采用大汶河中的粗砂; ③碎石: 石场碎石, 5 ～25 mm连续级配; ④水: 现场地下水; ⑤外加剂: 外加剂是配制高性能混凝土的关键, 优选了NOF - 2B、NF - 2、M - I、JFA - HPC四种外加剂; ⑥粉煤灰: 采用三峡牌I级灰, 主要性能指标见表1。
2.2 配合比
C55混凝土配合比如表2。
说明: ①a、b、c、d 分别代表NF - 2、M - I、NOF - 2B、JFA - HPC四种外加剂; ②粉煤灰有减水作用, 在塔柱浇筑高度较低时可减少外加剂1～2 kg;③粉煤灰使混凝土变得更加致密, 混凝土抗压弹性模量有所增加, 极限应变小于空白混凝土, 外在表现为混凝土的脆性有所增加, 而斜拉桥的主梁通常有较大的应变, 所以, 根据设计要求箱梁混凝土不掺加粉煤灰。
3 粉煤灰对高性能混凝土性能的影响分析[ 1 ]～[ 3 ]
3.1 抗压强度
为满足结构的承载要求, 在浇筑现场对每批浇筑的混凝土都制作试件进行检测, 表3、表4是部分塔柱混凝土、箱梁混凝土28天强度。
对塔柱、箱梁混凝土28 天强度检测结果表明,现场浇筑混凝土的强度检测满足规范要求。而且二者比较可以发现, 塔柱混凝土强度的标准差比箱梁混凝土的标准差要小, 说明掺加粉煤灰后, 混凝土强度稳定性好。
表5是部分长龄期试件强度。由表5 可以看出,随着龄期的增长, 塔柱混凝土与箱梁混凝土强度均有大幅度的增长, 达到了80 MPa还没有破坏, 说明工程后期强度还有较大增长潜力。而且后期强度掺加粉煤灰的塔柱会高于不掺加粉煤灰的箱梁。
3.2 抗压弹性模量
箱梁混凝土的抗压弹性模量是计算箱梁在斜拉索张拉力作用下的变形值所需的重要参数, 对于确定合适的斜拉索张拉力水平及合适的张拉时间起关键作用, 表6是一组不同龄期的箱梁混凝土抗压弹性模量和对应混凝土强度实测值。
从表6可以看出, 混凝土早期的抗压弹性模量增长比强度增长快, 2 天龄期的弹性模量已完成28 天龄期弹性模量的77 % , 2 天龄期的强度仅完成28 天龄期强度的54 %。其原因主要是混凝土由水泥遇水固结硬化的特点决定的, 混凝土弹性模量的增长主要集中在混凝土由液塑态向固态转变的过程中, 即混凝土终凝前后的十几小时内。也正是由于这段时间内混凝土具有低强度和高弹性模量的特点, 使混凝土的极限应变较小, 所以混凝土在该段时间内容易形成诸如温度、干缩等裂缝。
3.3 工作性能
混凝土的工作性能是保证混凝土顺利泵送的基础, 取样抽检表明, 塔柱、箱梁混凝土的坍落度均在19～22 cm之间, 扩展度在45～55 cm范围内, 粘聚性和流动性满足泵送施工要求, 其中流动性塔柱好于箱梁。整座桥梁的混凝土浇筑顺利, 内在质量和外观质量都符合标准要求。
3.4 凝结时间
合适的凝结时间是保证混凝土泵送顺利施工的关键, 表7记录的是四组混凝土凝结时间试验的实测数据。每组试验环境温度在18～32℃之间。
从表7 中CB12、CB14、塔柱混凝土比较可以看出, 在使用相同外加剂的条件下, 掺加粉煤灰的塔柱混凝土比箱梁混凝土的初终凝时间延长了约7 小时,说明掺加粉煤灰对混凝土有明显的缓凝作用, 这对泵送施工是有利的。
3.5 水化热
大桥的下塔柱是直径为8 m的圆柱形结构, 一次浇筑混凝土厚度为6 m, 属大体积混凝土浇筑。在塔柱混凝土中掺加了粉煤灰, 能够延长混凝土的水化放热过程, 降低混凝土内部温升的峰值, 使其放热曲线变得平缓, 而且能够降低混凝土中胶体的水化放热总量, 有利于预防和控制混凝土温度裂缝的出现。此外, 工程中还采用了以下措施: ①对砂、石料洒水降温, 对水泥仓体进行遮阳和洒水, 拌合水取深层地下水, 并在盛夏酷暑加冰拌合; ②在混凝土内部预设循环水管, 浇筑完成后及时充分降温保湿养护, 减小内外温差等。
4 结论
(1) 混凝土中掺加粉煤灰能够降低混凝土的生产成本, 节约工程建设费用, 有显著的经济效益和社会效益。
(2) 粉煤灰的掺入有利于改善混凝土的和易性,提高混凝土的可泵送性。
(3) 粉煤灰的掺入能够显著提高混凝土的后期强度。
(4) 粉煤灰的掺入能够延长混凝土的凝结时间,从而降低混凝土的温升峰值, 还可降低水化热总量,是一项预防和控制混凝土温度裂缝的重要措施。
参考文献:
[ 1 ] 习国华. 论粉煤灰混凝土的耐久性. 混凝土, 1998, (1).
[ 2 ] 余学芳, 董邑宁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: 中国铁道出版社, 1989.
