摘 要 通過在塔柱混凝土中摻加粉煤灰與在箱梁混凝土中不摻加粉煤灰的對比, 分析粉煤灰對高性能混凝土的力學(xué)性能和工作性能的影響, 為類似工程的設(shè)計、施工提供參考。
關(guān)鍵詞 粉煤灰 影響 高性能混凝土 應(yīng)用
1 工程概況
山東濱州黃河公路大橋是205國道濱州段跨越黃河的一座三塔雙索面斜拉橋, 中塔設(shè)計高度為125m, 是黃河上塔柱最高的斜拉橋。主梁采用箱形截面。塔柱和箱梁均為C55高性能混凝土, 全部采用泵送施工。本文通過在塔柱混凝土中摻加粉煤灰與在箱梁混凝土中不摻加粉煤灰的對比, 分析粉煤灰對高性能混凝土的力學(xué)性能和工作性能的影響。
2 C55高性能混凝土的配合比
2.1 原材料
?、偎? 選用P.O 42.5R水泥; ②砂: 采用大汶河中的粗砂; ③碎石: 石場碎石, 5 ～25 mm連續(xù)級配; ④水: 現(xiàn)場地下水; ⑤外加劑: 外加劑是配制高性能混凝土的關(guān)鍵, 優(yōu)選了NOF - 2B、NF - 2、M - I、JFA - HPC四種外加劑; ⑥粉煤灰: 采用三峽牌I級灰, 主要性能指標(biāo)見表1。
2.2 配合比
C55混凝土配合比如表2。
說明: ①a、b、c、d 分別代表NF - 2、M - I、NOF - 2B、JFA - HPC四種外加劑; ②粉煤灰有減水作用, 在塔柱澆筑高度較低時可減少外加劑1～2 kg;③粉煤灰使混凝土變得更加致密, 混凝土抗壓彈性模量有所增加, 極限應(yīng)變小于空白混凝土, 外在表現(xiàn)為混凝土的脆性有所增加, 而斜拉橋的主梁通常有較大的應(yīng)變, 所以, 根據(jù)設(shè)計要求箱梁混凝土不摻加粉煤灰。
3 粉煤灰對高性能混凝土性能的影響分析[ 1 ]～[ 3 ]
3.1 抗壓強(qiáng)度
為滿足結(jié)構(gòu)的承載要求, 在澆筑現(xiàn)場對每批澆筑的混凝土都制作試件進(jìn)行檢測, 表3、表4是部分塔柱混凝土、箱梁混凝土28天強(qiáng)度。
對塔柱、箱梁混凝土28 天強(qiáng)度檢測結(jié)果表明,現(xiàn)場澆筑混凝土的強(qiáng)度檢測滿足規(guī)范要求。而且二者比較可以發(fā)現(xiàn), 塔柱混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差比箱梁混凝土的標(biāo)準(zhǔn)差要小, 說明摻加粉煤灰后, 混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定性好。
表5是部分長齡期試件強(qiáng)度。由表5 可以看出,隨著齡期的增長, 塔柱混凝土與箱梁混凝土強(qiáng)度均有大幅度的增長, 達(dá)到了80 MPa還沒有破壞, 說明工程后期強(qiáng)度還有較大增長潛力。而且后期強(qiáng)度摻加粉煤灰的塔柱會高于不摻加粉煤灰的箱梁。
3.2 抗壓彈性模量
箱梁混凝土的抗壓彈性模量是計算箱梁在斜拉索張拉力作用下的變形值所需的重要參數(shù), 對于確定合適的斜拉索張拉力水平及合適的張拉時間起關(guān)鍵作用, 表6是一組不同齡期的箱梁混凝土抗壓彈性模量和對應(yīng)混凝土強(qiáng)度實(shí)測值。
從表6可以看出, 混凝土早期的抗壓彈性模量增長比強(qiáng)度增長快, 2 天齡期的彈性模量已完成28 天齡期彈性模量的77 % , 2 天齡期的強(qiáng)度僅完成28 天齡期強(qiáng)度的54 %。其原因主要是混凝土由水泥遇水固結(jié)硬化的特點(diǎn)決定的, 混凝土彈性模量的增長主要集中在混凝土由液塑態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中, 即混凝土終凝前后的十幾小時內(nèi)。也正是由于這段時間內(nèi)混凝土具有低強(qiáng)度和高彈性模量的特點(diǎn), 使混凝土的極限應(yīng)變較小, 所以混凝土在該段時間內(nèi)容易形成諸如溫度、干縮等裂縫。
3.3 工作性能
混凝土的工作性能是保證混凝土順利泵送的基礎(chǔ), 取樣抽檢表明, 塔柱、箱梁混凝土的坍落度均在19～22 cm之間, 擴(kuò)展度在45～55 cm范圍內(nèi), 粘聚性和流動性滿足泵送施工要求, 其中流動性塔柱好于箱梁。整座橋梁的混凝土澆筑順利, 內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.4 凝結(jié)時間
合適的凝結(jié)時間是保證混凝土泵送順利施工的關(guān)鍵, 表7記錄的是四組混凝土凝結(jié)時間試驗的實(shí)測數(shù)據(jù)。每組試驗環(huán)境溫度在18～32℃之間。
從表7 中CB12、CB14、塔柱混凝土比較可以看出, 在使用相同外加劑的條件下, 摻加粉煤灰的塔柱混凝土比箱梁混凝土的初終凝時間延長了約7 小時,說明摻加粉煤灰對混凝土有明顯的緩凝作用, 這對泵送施工是有利的。
3.5 水化熱
大橋的下塔柱是直徑為8 m的圓柱形結(jié)構(gòu), 一次澆筑混凝土厚度為6 m, 屬大體積混凝土澆筑。在塔柱混凝土中摻加了粉煤灰, 能夠延長混凝土的水化放熱過程, 降低混凝土內(nèi)部溫升的峰值, 使其放熱曲線變得平緩, 而且能夠降低混凝土中膠體的水化放熱總量, 有利于預(yù)防和控制混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)。此外, 工程中還采用了以下措施: ①對砂、石料灑水降溫, 對水泥倉體進(jìn)行遮陽和灑水, 拌合水取深層地下水, 并在盛夏酷暑加冰拌合; ②在混凝土內(nèi)部預(yù)設(shè)循環(huán)水管, 澆筑完成后及時充分降溫保濕養(yǎng)護(hù), 減小內(nèi)外溫差等。
4 結(jié)論
(1) 混凝土中摻加粉煤灰能夠降低混凝土的生產(chǎn)成本, 節(jié)約工程建設(shè)費(fèi)用, 有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
(2) 粉煤灰的摻入有利于改善混凝土的和易性,提高混凝土的可泵送性。
(3) 粉煤灰的摻入能夠顯著提高混凝土的后期強(qiáng)度。
(4) 粉煤灰的摻入能夠延長混凝土的凝結(jié)時間,從而降低混凝土的溫升峰值, 還可降低水化熱總量,是一項預(yù)防和控制混凝土溫度裂縫的重要措施。
參考文獻(xiàn):
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