粉煤灰高性能混凝土的应用

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1、高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 粉煤灰高性能混凝土的应用 李书惠1肖文2 材料和试验方法 1 各种原材料品种规格： 1 ) 福建闽江砂：细度模数2 6 3 、含泥量0 8 ： 2 ) 宁波北仑碎石：5 2 5 m m 连续级配，压碎值5 3 、含泥量0 4 ； 3 ) 安徽海螺水泥：品种：P 1 1 4 2 5 ；3 天抗压强度3 2 O 肝a 、2 8 天抗压强度5 2 8 肝a ； 4 ) 上海宝田矿粉：$ 9 5 级；比表面积4 4 2 m 2 k g 、2 8 天活性指数1 1 6 ； 5 ) 上海宝田复合矿粉：海工I 号，比表面积5 0 4m 2 k g 、2 8 天活性

2、指数1 0 5 ； 6 ) 江苏常熟电厂粉煤灰：细度9 1 、需水量比9 1 、烧失量3 5 、三氧化硫含量0 6 8 ； 7 ) 外加剂：上海华登，减水率2 7 5 、3 天抗压强度比1 7 0 、2 8 天抗压强度比1 4 5 。 2 试验方法： 1 ) 混凝土配合比的设计、试配、工作性、氯离子扩散系等能采用杭州湾跨海大桥 专用施工技术规范及J T J 2 7 5 2 0 0 0 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范及J T J 0 5 3 9 4 公路工程水泥混凝土试验规程； 2 ) 根据不同混凝土构件的设计要求、施工设备的能力、胶凝材料的成本及这些材料 对环境的影响，按胶凝材料不同比例设计

3、不同配合比，检测混凝土的含气量、容重、坍落 度、扩展度、l h 的坍落度损失等，观察混凝土的和易性，检验混凝土的强度和氯离子扩散 系数及抗裂性等。从中优选出满足设计要求、价格经济、旋工工艺简单、有利环境保护的 配合比作为施工配合比。 1 李书惠，工程师，学士，广东省长大公路工程有限公司，5 1 0 4 3 0 2 肖文，高级工程师，硕士，广东省长大公路工程有限公司，5 1 0 4 3 0 3 1 2 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 二、试验结果及讨论 1 桩基混凝土配合比 杭州湾跨海大桥的混凝土全部为耐久性海工混凝土，也属高性能混凝土。其中北航道 桥的桩基混凝土的设计强度为3 0

4、M P a ，混凝土的含气量要求为4 6 ，8 4 d 的氯离子扩散系 小于3 0 x1 0 2 m 2 s ，有良好的抗裂性能。虽然混凝土的强度等级要求不高，但普通混凝土不 具有抗氯离子渗透的能力，要使抗氯离子渗透达到要求，就必须降低水泥用量，添加粉煤 灰、矿粉或复合矿粉等矿物掺合料，并采用高性能的外加剂，参考其他施工单位已在使用 的配合比，根据自己确定的设计原则，基本拟定胶凝材料按四种不同比例先进行少量试配， 调整好砂率和用水量，在工作性及含气量满足要求后，选择7 天强度达3 0 M P a 以上的配合 比，做进一步的试验，试验情况见表1 混凝土的工作性和表2 混凝土的强度及耐久性试验 结

5、果。 表l 桩基混凝土的工作性 坍落度扩展度 和 l h 坍落度 编号配合比易 含气量容重 保持值 ( 咖) ( c m )( )( k g m 3 ) 性( c m ) 水泥( 5 5 ) + 粉煤灰( 4 5 ) 】2 2 O5 5好4 72 3 4 02 1 0 + 其他 水泥( 4 0 ) + 复合矿粉( 4 0 ) 22 1 O5 8好4 02 3 4 02 0 O + 粉煤灰( 2 0 ) + 其他 水泥( 5 2 ) + 复合矿粉( 1 6 ) 32 1 05 5好4 42 3 3 02 0 0 十粉煤灰( 3 2 ) + 其他 水泥( 5 2 ) + 矿粉( 1 6 ) 42

6、2 05 8 好 5 12 3 3 02 0 O + 粉煤灰( 3 2 ) + 其他 水泥( 5 5 ) + 粉煤灰( 4 5 ) 5 2 2 O5 4好5 52 3 3 02 1 O + 其他 表2 桩基混凝土的强度及耐久性试验结果 强度( M P a )氯离子扩散系( 1X 1 0 “ 1 2 r T l 2 s )单位面积的总开裂面积 配合比编号 7 d2 8 d8 4 d2 8 d5 6 d8 4 d( m m m 2 ) l3 2 05 3 77 0 03 7 41 2 l1 1 7 0 25 0 56 4 15 8 61 6 40 9 1 41 3 03 0 8 34 0 ，96

7、2 76 8 63 1 60 8 8 40 8 9 7 7 3 3 1 3 - 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 l 44 4 86 l 。26 2 53 2 41 2 01 2 45 7 l 5 3 0 54 9 35 8 65 7 62 4 02 0 40 5 。配合比同l 。配合比的水泥与粉煤灰用量的比例相同，但胶凝材料的总量不同。 从表中的试验数据可以看出，配合比中粉煤灰的掺量从2 0 - 4 5 ，尽管水泥用量最高 只有5 5 ，强度全部都偏高，氯离子扩散系数全部也能满足设计要求，粉煤灰掺量最大的 早期抗裂性是最好的，无裂纹出现：从经济角度考虑，单掺粉煤灰的最具优势，因粉煤

8、灰 的价格只有水泥、矿粉的6 0 7 0 ，复合矿粉的3 0 - 4 0 ；从施工角度考虑，掺合料的品种 越少，施工越方便，施工工艺控制也简单，特别是对海上混凝土搅拌船的备料较为有利； 从环境保护的角度考虑，大掺量粉煤灰是最大限度应用了工业固体废料，使普通混凝土成 为绿色混凝土。综合以上因素，从中选择了粉煤灰掺量最大的1 8 配合比用于灌注桩基混凝 土，在施工过程中对配合比进行了进一步的优化，配制了5 4 配合比，目前已在施工过程中 应用。 2 承台混凝土配合比 杭, j q 、I 湾跨海大桥北航道桥的承台混凝土的设计强度为3 0 M P a ，氯离子的小于扩散系数 2 5X 1 0 “ 1

9、2 m 2 s ，也是耐久性海工混凝土。其中主墩承台的混凝土灌注量有6 0 0 0 多m 3 ，是典 型的大体积混凝土，除了要满足抗氯离子的渗透能力达到设计要求外，还要尽可能降低水 化热。由于本工程用的水泥是甲供水泥( P I l 4 2 5 ) ，水泥的水化热特别高，如何降低水化热 是试配的一个难点。在桩基配合比的基础上，考虑降低水化热，只能是进一步减少水泥用 量，采取用部分矿粉取代一定量的水泥，先进行混凝土的工作性测试的试配，用平板法进 行早期抗裂试验，选择抗裂性好的和工作性满足旖工要求的，再做进一步的其他试验，试 验结果见表3 承台混凝土的工作性和表4 承台混凝土的强度及耐久性试验结果。

10、 表3 承台混凝土的工作性 编坍落度扩展度 和 含气量容重 l h 坍落度 配合比易保持值 号( 锄)( c m )( ) ( k g m 3 ) 性( c m ) 水泥( 3 3 ) + 粉煤灰( 4 6 ) 62 0 06 2 好 4 52 3 5 01 9 5 + 纯矿粉( 2 l ) + 其他 水泥( 3 3 ) + 粉煤灰( 4 6 ) 1 2 0 O6 5 好 4 22 3 6 01 9 5 + 纯矿粉( 2 l ) + 其他 水泥( 3 6 ) + 粉煤灰( 4 5 ) 82 0 O5 8好4 02 3 5 01 9 5 + 纯矿粉( 1 9 ) + 其他 水泥( 3 6 ) +

11、 粉煤灰( 4 5 ) 9 2 0 05 3 好 4 52 3 4 01 9 5 + 纯矿粉( 1 9 ) + 其他 3 1 4 - 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 表4 承台混凝土的强度及耐久性试验结果 强度( M P a )氯离子扩散系( 1 l O - a 2 s )单位面积的总开裂面积 配合比编号 7 d2 8 d8 4 d2 8 d5 6 d8 4 d( m m m 2 ) 63 7 65 4 16 3 9 3 2 41 6 91 5 5O 7 6 ， 3 6 85 6 76 5 22 5 01 4 61 2 8 0 5 l 83 2 15 1 56 2 6 4 3 31

12、 7 01 3 3O 9 奉3 3 85 1 66 2 5 3 8 41 8 51 6 20 加木的配合比为掺阻锈剂的配合比。 从表中的试验数据可以看出，在粉煤灰掺量4 5 时，降低水泥用量，用矿粉 替代部分水泥，混凝土的早期强度、后期强度、抗氯离子渗透、抗裂性能都能 保持水泥用量较多时的优势，抗氯离子渗透的能力完全能达到设计要求小于2 5 l f f l W s 。上述配合比都可以用于施工，从降低水化热、经济、施工方便、环 境保护等方面考虑，主墩承台选用8 。配合比，边辅墩承台选用9 。配合比。 三应用 杭州湾跨海大桥北航道桥的大直径桩共有1 5 2 条，其中主墩桩5 2 条，边辅墩1 0

13、0 条， 平均桩长达1 2 0 多米，主墩和边辅墩的桩基的混凝土均采用1 4 配合比。在施工过程中，对 配合比进行了进一步的优化配制了5 8 配合比，在不改变水泥与粉煤灰的比例的情况下，减 少了胶凝材料的用量，使成本进一步下降，桩基的成本可以节约1 0 0 万元以上，桩基目前 己灌注了7 5 条，灌注的混凝土量已有5 万多m 3 ，用掉1 万多吨粉煤灰，减少了固体废物 的排放，对环境保护作了一定的贡献。已灌注的桩中，混凝土和易性好，坍落度几乎不损 失，施工灌注过程顺利。目前为止，已检测的桩共有6 7 条，属I 类的有6 7 条。1 4 配合比 的2 8 天平均强度达到5 3 1M P a ，氯

14、离子扩散系数8 4 天平均结果为1 5 7 X1 0 以2 m 2 s ，5 4 配合 比的2 8 天平均强度为5 1 0M P a ，氯离子扩散系数8 4 天结果为2 O l X l O 一2 m 2 s 。强度与试 验室试配的强度非常吻合，氯离子扩散系数与试验室试配的测定结果很也接近。 边辅墩承台已经开始浇注，边辅墩承台的尺寸为1 3 0 1 0 2 5 3 O m ，也是大体积混凝 土，浇注后对其进行了温度监控，最高升温只有3 2 “ C ，满足杭州湾跨海大桥专用施工技 术规范对升温的要求，没有出现温度裂缝，解决了水泥水化热高，混凝土构件体积大的 难题。7 天强度为3 8 3 M P a

15、 ，2 8 天强度为5 3 1M P a ，氯离子扩散系数的试验结果暂未出来， 考虑主墩承台体积更大，现正在试配水泥用量更低的配合比。 四结语 - 3 1 5 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 粉煤灰高性能混凝土已成功地应用在杭州湾跨海大桥北航道桥的主墩和边辅墩的桩基 及承台的施工中，粉煤灰高性能混凝土的应用前景良好，且经济效益显著，经过更多的试 验和试用将会更成熟。由于从开始试验到实际应用只有半年的时间，试验数据还有限，对 这种高性能的混凝土认识还比较初浅，比如粉煤灰的性能、水泥本身的活性、施工气温等 对该种混凝土的抗氯离子性能影响还认识有限。 粉煤灰高性能混凝土的应用前景广阔，不但应用具有高强度等级，而且有优良的耐久 性，特别是海上施工的大型桥梁中的应用，具有良好的前景。随着成本的降低，粉煤灰高 性能混凝土中，而且会逐步应用到普通工程中。 参考文献 1 陈儒发、李书惠、林海，大掺量粉煤灰在海工桩基中的应用公路，2 0 0 5 2 杭州湾跨海大桥专用施工技术规范一I 3 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范J T J 2 7 5 2 0 0 0 4 公路工程水泥混凝土试验规程J T GE 3 0 2 0 0 5 摘要：粉煤灰在混凝土中的应用越来越广泛，但现行的规范一般限制掺量不超过2 5 ，但 混凝