粉煤灰在大體積混凝土中的應(yīng)用

應(yīng) 巍

鄭州市第一建筑工程集團(tuán)有限公司（450004）

粉煤灰是工業(yè)廢料,在混凝土中適量摻用,可改善混凝土的某些性能,并減少粉煤灰對環(huán)境的污染。特別是在大體積混凝土,如水工大壩中摻用,可以大大降低塊體內(nèi)部混凝土溫升、簡化溫控措施,節(jié)約水泥效果也十分顯著。在大體積混凝土施工中,混凝土澆筑后,水泥在水化凝結(jié)過程中要散發(fā)大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體,集中大量地澆筑大體積混凝土,混凝土內(nèi)部水化放熱相對集中，熱量不易散發(fā)導(dǎo)致溫升很大。如果保溫措施不利的情況,容易出現(xiàn)混凝土開裂的問題。混凝土的內(nèi)部溫升主要是水泥的水化熱引起的絕對溫升，有效降低水化熱或推遲水化熱時(shí)間,是保證大體積混凝土的關(guān)鍵技術(shù)所在。采取在大體積混凝土中大量摻入粉煤灰可減少水泥用量、降低水化熱、且能改善泵送混凝土的性能,不失為一種良好的方法。在摻入大量粉煤灰的同時(shí),加入緩凝劑延遲熱鋒出現(xiàn)的時(shí)間。

1 混凝土的原材料及配合比

1.1 原材料

1）水泥:選用強(qiáng)度等級為42.5的硅酸鹽水泥。2）粉煤灰:取自某電廠。該粉煤灰品質(zhì)接近級標(biāo)準(zhǔn),需水量比為103%,強(qiáng)度比為76%。3）砂:人工砂,細(xì)度模數(shù) 2.8～2.9。4）粗集料:人工石,小石、中石、大石和特大石的粒徑分別為 5～20 mm、20～40 mm、40～80mm、80～150mm。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

1）摻加粉煤灰的混凝土強(qiáng)度發(fā)展比較快，摻量為30%～35%的粉煤灰混凝土，90 d的強(qiáng)度和極限拉伸值已趨近,甚至超過了基準(zhǔn)混凝土。這說明摻用的粉煤灰品質(zhì)能夠滿足此水工混凝土工程的要求。

2）由于早期二次水化反應(yīng)進(jìn)行緩慢,使得摻粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度(7 d、28 d)和極限拉伸值均低于基準(zhǔn)混凝土,且摻量越大,降低越多。對于一般的建筑工程來說,工期要求較短,28 d齡期粉煤灰混凝土的性能與基準(zhǔn)混凝土差別偏大。因此,應(yīng)改善粉煤灰的品質(zhì),如改用接近級標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰,或?qū)Υ朔勖夯疫M(jìn)行磨細(xì)篩分使其接近級標(biāo)準(zhǔn)。

3）摻粉煤灰的混凝土拉壓強(qiáng)度比高于基準(zhǔn)混凝土，說明摻入粉煤灰后改善了混凝土的彈塑性。另外，摻粉煤灰的混凝土早期強(qiáng)度低，相應(yīng)彈性模量也低,可降低混凝土的早期應(yīng)力。這對大體積混凝土的早期抗裂產(chǎn)生有利的影響。

1.3 粉煤灰混凝土抗裂性能分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻粉煤灰的混凝土其早期強(qiáng)度和極限拉伸值等一般要低于基準(zhǔn)混凝土。為此,工程技術(shù)人員對大摻量粉煤灰混凝土在大體積混凝土中，尤其是在水工高壩中的應(yīng)用不夠放心，擔(dān)心容易產(chǎn)生早期裂縫,給大壩帶來嚴(yán)重的后果。實(shí)際上,摻粉煤灰雖然降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值,但與此同時(shí)混凝土的彈性模量、干縮和水化熱溫升也有所減小,即破壞應(yīng)力也下降。從這一方面來看,摻加粉煤灰增強(qiáng)了混凝土的抗裂能力。特別是對水工大體積混凝土來說，混凝土中水泥水化熱溫升是產(chǎn)生早期裂縫的一個(gè)主要因素，摻用粉煤灰代替部分水泥可有效地降低早期水化熱溫升，對大體積混凝土抗裂十分有利。因此，僅用極限拉伸值來衡量、評價(jià)粉煤灰混凝土的抗裂能力是不夠合理的。它不能反映其它諸因素對粉煤灰混凝土抗裂性能的綜合影響。例如,40%摻量的粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比,7 d抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值雖然分別降低49%和36%，但彈性模量和干縮也分別降低了22%和49%,水化熱溫升也肯定降低。有人提出了一個(gè)抗裂安全系數(shù)法[1],即用抵抗能力(如抗拉強(qiáng)度)和破壞效應(yīng)(如干縮應(yīng)力)的相對比值來衡量粉煤灰混凝土的抗裂能力。通過這個(gè)綜合分析方法,可得出粉煤灰混凝土的早期抗裂能力并不亞于基準(zhǔn)混凝土。

1.4 粉煤灰摻量對混凝土水化溫升的影響

粉煤灰摻入混凝土中，混凝土內(nèi)部的水化溫升特征明顯不同于普通水泥混凝土:①粉煤灰摻入后,取代了部分水泥，混凝土的水泥水化熱峰值明顯降低并隨著粉煤灰摻量的增加,最高熱峰值逐漸降低；粉煤灰摻量為50%時(shí),混凝土內(nèi)的水化溫升值可降低近10℃左右；②粉煤灰的摻入不僅可以降低混凝間,粉煤灰摻量為30%～50%時(shí),一般可延緩6～10 h；③粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比，其在水化早期的升溫速率與水化后期的降溫速率都減小，從曲線上看,峰值兩側(cè)曲線的斜率變小,對于大體積混凝土來說,粉煤灰的摻入可以降低混凝土內(nèi)部的最高水化溫升,并減小了混凝土內(nèi)部的溫升與溫降速率,降低混凝土表面與內(nèi)部的溫度梯度,有利于降低溫差裂縫發(fā)生的概率；④粉煤灰混凝土在水化熱峰出現(xiàn)之后的降溫階段，其各測試點(diǎn)的溫度值較普通混凝土的同期溫度要高,并隨粉煤灰摻量的增加,體現(xiàn)越明顯,這是粉煤灰在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2存在的條件下進(jìn)行的二次水化反應(yīng),從長期的結(jié)果來看,粉煤灰混凝土的水化熱總和接近于普通混凝土的水化放熱總和，這也是為何粉煤灰混凝土較普通混凝土強(qiáng)度不降低的主要因素之一。

1.5 質(zhì)量控制及結(jié)果

1）嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)。按規(guī)范對水泥、砂、石等進(jìn)行檢測,加強(qiáng)對骨料含泥量、針片狀含量、級配的檢測,保證采用合格原材料。2）控制水灰比。攪拌站及時(shí)測定砂石含水率并相應(yīng)調(diào)整配比,使施工配合比符合試驗(yàn)室提供的基準(zhǔn)配合比。3）施工現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù),采用頂漿覆蓋塑料布薄膜的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。4）振搗密實(shí),不漏振、欠振。在混凝土終凝以前,用人工進(jìn)行多次的抹壓,防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生。混凝土澆筑后內(nèi)部溫度第3 d達(dá)最高為66度，然后溫度下降,混凝土表面沒有出現(xiàn)有害裂縫,經(jīng)檢測，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)95%,60 d抗壓強(qiáng)度達(dá)120%。通過以上的措施，混凝土的質(zhì)量得到了保證。

粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度和極限拉伸值與基準(zhǔn)混凝土相比降低較多,而后期會接近或超過基準(zhǔn)混凝土,這對以后期性能作為控制指標(biāo)的水工混凝土具有實(shí)際意義。

粉煤灰混凝土的彈性模量比基準(zhǔn)混凝土低；抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值降低率小于抗壓強(qiáng)度降低率,塑性相對較好。

在合適的粉煤灰摻量下，粉煤灰混凝土的早期抗裂能力并不亞于基準(zhǔn)混凝土的抗裂能力。

總之,只要粉煤灰的品質(zhì)和摻量選擇適當(dāng),并與優(yōu)質(zhì)外加劑復(fù)摻,不但能節(jié)約水泥，降低混凝土造價(jià),而且能充分發(fā)揮粉煤灰的活性,改善混凝土的性能。大摻量粉煤灰混凝土在大體積混凝土中的應(yīng)用前景光明。