高鈣粉煤灰在水下混凝土中的應(yīng)用

摘 要：簡要論述了高鈣粉煤灰的特點(diǎn)、性能及高鈣粉煤灰與緩凝高效減水劑雙摻配制水下混凝土技術(shù)，對高鈣粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的安定性問題作了探討，并對高鈣粉煤灰在施工生產(chǎn)中的應(yīng)用效果作了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高鈣粉煤灰 水下混凝土 應(yīng)用

中圖分類號：TU521 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-7973（2006）12-0038-02

一、粉煤灰的性能、特點(diǎn)

1．外觀和顏色

　　由于燃煤和燃燒條件不同，粉煤灰中的含碳量差距很大。顏色大多為乳白色、深褐色，高鈣灰多為淺黃色或淺灰色，含碳量越高其顏色越深，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用淺色粉煤灰，從顏色上初步判定粉煤灰的含碳量高低。

2．細(xì)度

　　粉煤灰的顆粒粒徑大部分在45μm 以下，其中玻璃微珠粒徑平均10～30μm，由于粉煤灰的活性主要來自于玻璃微珠顆粒，所以也要控制粉煤灰的細(xì)度滿足規(guī)范要求。高鈣粉煤灰經(jīng)粉磨加工后，45μm 篩篩余一般在7~12%之間。

3．需水比

　　粉煤灰以不同結(jié)構(gòu)顆粒組成，密實(shí)的玻璃體顆粒含量高，則需水比小，密度大，活性高；而疏松多孔，片狀的顆粒多，則需水比大，密度小，活性低。一般高鈣粉煤灰的燒失量很低，顆粒形態(tài)以球狀為主，所以其需水量比較低，即使粒度較大時，需水量比仍低于100%，具有較好的減水作用。

4．化學(xué)成分

　　粉煤灰的化學(xué)成分主要有SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO 等，其中高溫產(chǎn)生的SiO2，Al2O3，CaO 等具有一定活性，其含量越大，則活性越大，一般控制三者的含量和應(yīng)大于70%。

二、摻和粉煤灰的混凝土配合比設(shè)計(jì)

1．混凝土材料的性能與選擇

　　（1）粉煤灰能提高混凝土的可泵性，用粉煤灰取代部分水泥，既可以節(jié)約水泥，又可使混凝土早期強(qiáng)度增長減弱，推遲水化熱最高峰的到來，還可使混凝土后期強(qiáng)度增長顯著。按照《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GBJ146-1990）和《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ 28-1986），經(jīng)試驗(yàn)選用嘉興興欣粉煤灰公司的磨細(xì)Ⅱ級高鈣粉煤灰。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：

　?。?）水泥為浙江星閣水泥建材有限公司生產(chǎn)的P·O32.5水泥。

　　（3）經(jīng)過水泥與減水劑相容性試驗(yàn)，綜合考慮選用浙江德清五龍外加劑廠生產(chǎn)的ZWL-1 型緩凝高效減水劑，摻入膠凝材料用量的0.4%，可減水10%～15% ，能顯著提高混凝土的粘聚性、可泵性和密實(shí)度，從而提高混凝土的強(qiáng)度。

　?。?）采用中砂，含泥量在1%以內(nèi)。

　?。?）石子采用5～16mm、20-40mm 碎石摻配成5-40連續(xù)級配。

2．配合比

　　根據(jù)《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，摻粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)時，應(yīng)以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，按等稠度、等強(qiáng)度等級原則，用超量取代法進(jìn)行調(diào)整。

　?。?）首先按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行普通混凝土基準(zhǔn)配合比的設(shè)計(jì)，然后按下表選擇粉煤灰取代水泥率　?。é耤）。并考慮高鈣粉煤灰摻量對安定性的影響，對摻加粉煤灰的混凝土進(jìn)行安定性復(fù)核試驗(yàn)。

　?。?）根據(jù)所選用的粉煤灰取代水泥率（βc），計(jì)算出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量（mc）mc=mco（1-βc）

　?。?）選擇粉煤灰超量系數(shù)（δc）。根據(jù)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中推薦的參數(shù)取用，對于Ⅱ級高鈣粉煤灰，超量系數(shù)取1.1～1.5，當(dāng)水泥強(qiáng)度富裕較多、或配制大體積混凝土、或設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的齡期較長、或高鈣粉煤灰品質(zhì)較好、或采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥時，超量系數(shù)K 可取下限。

　?。?）根據(jù)超量系數(shù)（δc），求出每立方米混凝土的粉煤灰摻量（mf）mf=δc（mco -mc）式中：ｍｆ-每立方米混凝土的粉煤灰摻入量（kg）；δc-超量系數(shù)；mco-每立方米混凝土的水泥用量（kg）；mc-每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量（kg）。

　　（5）計(jì)算出每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰和細(xì)骨料的絕對體積，求出粉煤灰超出水泥的體積，并扣除同體積的細(xì)骨料用量：

ms=mso-（mc/ρc+mf/ρf-mso/ρc）ρs

　　式中：ms-每立方米粉煤灰混凝土的細(xì)骨料用量；ρc-細(xì)骨料的視密度；ρf-粉煤灰密度；mso-混凝土基本配合比細(xì)骨料用量；ρs-細(xì)骨料的視密度。

　?。?）粉煤灰混凝土的用水量，按基準(zhǔn)配合比的用水量取用，粗骨料也同樣按基準(zhǔn)配合比取用。即：mw=mwomg=mgo

　　式中：mw—每立方米粉煤灰混凝土的用水量；

　　　　　mwo—每立方混凝土基本配合比用水量；

　　　　　mg—每立方米粉煤灰混凝土粗骨料用量；

　　　　　mgo—每立方米混凝土基本配合比的粗骨料用量。

　?。?）根據(jù)計(jì)算的摻粉煤灰混凝土配合比，通過試配，在保證設(shè)計(jì)所需和易性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行混凝土配合比的調(diào)整。

　?。?）根據(jù)調(diào)整后的配合比，提出現(xiàn)場施工用的摻粉煤灰的混凝土配合比。

　　根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)出了C25 樁基砼配比，經(jīng)駐地辦試驗(yàn)室復(fù)核驗(yàn)證并報(bào)申嘉湖高速公路中心試驗(yàn)室復(fù)核驗(yàn)證，確認(rèn)采用水膠比為0.47 的配合比。

三、施工控制及安定性影響探討

1．粉煤灰混凝土的施工控制

　?。?）貯運(yùn)粉煤灰時，必須注意防潮、防水，避免結(jié)塊，應(yīng)隨用隨運(yùn)。

　?。?）配制混凝土的骨料應(yīng)級配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果；

　　（3）混凝土采用微機(jī)控制、自動化計(jì)量上（放） 料、強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制。砂、石、水泥、水、粉煤灰均為電腦自動計(jì)量上料，減水劑采用小包裝準(zhǔn)確計(jì)量后外加。

　?。?）粉煤灰混凝土必須攪拌均勻，其攪拌時間應(yīng)比基準(zhǔn)混凝土延長10~30s。

　?。?）每連續(xù)供應(yīng)的200 噸相同等級的粉煤灰為一批，取樣測定其細(xì)度、燒失量，對同一供灰單位每月測定一次需水量比，每季度測定一次三氧化硫含量。

2．游離CaO 含量對粉煤灰混凝土安定性影響探討

　　高鈣粉煤灰由于含有較高的CaO 含量，因此具有活性高，可自凝，自硬，顆粒細(xì)，需水量較低等性能特征。但是高鈣粉煤灰中的游離氧化鈣一般含量較大（2%~3%或更大），由于這部分游離狀態(tài)的Ca0 在水化過程中產(chǎn)生體積膨脹而有可能影響到體積安定性。

　　但由于磨細(xì)高鈣粉煤灰，晶體結(jié)構(gòu)較疏松，晶粒較小，水化活性較大，因此這種f- CaO 水化可能較快，不易造成局部膨脹應(yīng)力集中，不至于對體積安定性構(gòu)成嚴(yán)重后果。同時在工程中，一般情況下物料所處環(huán)境溫度大都在40℃以下（大體積混凝土中溫升一般在60℃左右，蒸養(yǎng)制品除外），游離CaO 水化時產(chǎn)生的極限膨脹值低于100℃試驗(yàn)的條件下極限膨脹值，而且出現(xiàn)極限膨脹值的時間亦大為推遲，尤其在應(yīng)用緩凝型外加劑條件時，砼凝結(jié)時間一般在10 小時以上，其結(jié)果可能使膨脹發(fā)生處于水泥混凝土凝結(jié)時期之前基本完成，即使有剩余膨脹存在，此時此刻，水泥混凝土已產(chǎn)生一定強(qiáng)度，當(dāng)其強(qiáng)度值達(dá)到可以抑制游離石灰產(chǎn)生的膨脹破壞應(yīng)力時，已不可能對水泥混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成破壞，體積安定性問題已不復(fù)存在。同時游離鈣在水泥混凝土中水化時的工況條件與水泥凈漿試驗(yàn)條件下的工況條件不相似，水化介質(zhì)中溶有各外加劑鹽類（石膏等），這對于游離氧化鈣的水化膨脹均有一定緩解作用，而且多組分復(fù)合物水泥混凝土中，由于集料的存在，對膨脹所起的抑制作用，以及高鈣粉煤灰細(xì)度較細(xì)，在水泥混凝土中分布較均勻，其量又占砂漿混凝土組分中相對較少等種種因素均有利于摻用高鈣粉煤灰混凝土的體積安定性。

參考文獻(xiàn)

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