摘 要:介紹了粉煤灰,外加劑對(duì)混凝土各種性能的影響,以及鄭西鐵路客運(yùn)專線耐久性混凝土采用粉煤灰、外加劑雙摻技術(shù)在施工中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:粉煤灰;外加劑;對(duì)混凝土影響;鐵路客運(yùn)專線;耐久性;混凝土;雙摻技術(shù)
前言
鄭西鐵路客運(yùn)專線ZXZQ05 /07標(biāo)段共有鉆孔灌注樁9225根;樁長(zhǎng)平均53～55m;混凝土方量大,質(zhì)量要求高,水下灌注樁混凝土以耐久性為前提,要求滿足設(shè)計(jì)要求的力學(xué)性能,同時(shí)要求新拌混凝土具有良好的工作性,即高流動(dòng)性而不離析、不泌水; 承臺(tái)1112座,為大體積混凝土,要求硬化后混凝土無裂縫、滲透性低、體積穩(wěn)定、抗裂性能好。樁基、承臺(tái)混凝土所處的環(huán)境類別及作用等級(jí)為T1 (長(zhǎng)期在水下或土中) ;墩臺(tái)1112座,混凝土所處的環(huán)境類別及作用等級(jí)為T2、D1 (根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》確定) ,為大體積混凝土同時(shí)有較高的抗凍融要求。以上混凝土根據(jù)耐久性設(shè)計(jì)要求決定采用粉煤灰和外加劑雙摻技術(shù)。
1 粉煤灰對(duì)混凝土的影響
1．1 粉煤灰對(duì)新拌混凝土的影響
(1)需水量:對(duì)于坍落度要求一定的混凝土,使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰比只用水泥需要較少的拌合用水,優(yōu)質(zhì)的粉煤灰摻量越高混凝土單位用水量越少。
(2)工作性能:粉煤灰能改善同坍落度混凝土的工作性能,大量的球狀玻璃體在混凝土的泵松、振搗過程中起潤(rùn)滑作用;粉煤灰補(bǔ)償了細(xì)骨料中細(xì)屑的不足,截?cái)嗔藵{體中的泌水通道的連續(xù)性,減少離析、泌水,提高混凝土的粘聚性和保水性;粉煤灰還能有效分散水泥顆粒,釋放出更多漿體來潤(rùn)滑骨料,改善和易性,改變流變性質(zhì),提高流動(dòng)性。
(3)凝結(jié)時(shí)間:摻加粉煤灰會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間,緩凝程度取決于水泥用量、粉煤灰摻量、需水量比、活性指數(shù)和混凝土的溫度;這對(duì)水下灌注樁和大體積混凝土施工有利。
(4)水化熱:粉煤灰的水化熱比水泥低,可以用來降低混凝土結(jié)構(gòu)中所蓄積的水化熱,對(duì)降低混凝土的溫升特別有利。
(5)含氣量:使用粉煤灰后,混凝土要獲得一定的含氣量一般要增加引氣劑的用量?；炷列枰龤鈺r(shí),所需引氣劑用量與粉煤灰細(xì)度、燒失量、堿含量、雜質(zhì)含量、有機(jī)物含量有很大關(guān)系。
1．2 粉煤灰對(duì)硬化混凝土的影響
(1)強(qiáng)度:粉煤灰混凝土與單用水泥配制的混凝土相比強(qiáng)度有高有低,取決于環(huán)境溫度、齡期和水膠比,主要因?yàn)槎嗡诨炷翝仓荛L(zhǎng)時(shí)間后才開始進(jìn)行(溫度低時(shí),所需時(shí)間更長(zhǎng)) 。
(2)抗裂性:收縮與拌合用水量和漿體體積有關(guān),優(yōu)質(zhì)的粉煤灰需水量比小于100%,水的減少使?jié){體混凝土的自生收縮和干燥收縮都小;同時(shí)粉煤灰降低水化熱作用十分明顯,可使大體積混凝土的水化熱峰延緩,有效防止混凝土產(chǎn)生溫縮裂縫。
(3)早期抗碳化能力稍差:水泥用量減少,水化產(chǎn)物Ca (OH) 2 減少,而且火山灰反應(yīng)消耗一部分Ca(OH) 2 ,使PH值降低,會(huì)增加碳化速度,特別是在早期粉煤灰—水泥體系結(jié)構(gòu)疏松的時(shí)候;隨著齡期增加,火山灰反應(yīng)形成的致密水化產(chǎn)物改善了混凝土的微結(jié)構(gòu),提高了混凝土的密實(shí)度,增加了不透水性,使抗碳化能力提高。
(4)抗?jié)B性:粉煤灰混凝土的滲透性比單用水泥配制混凝土要低,滲透性隨水化物數(shù)量的增加和水膠比的降低而下降。
(5)抑制堿- 集料反應(yīng)性能: 粉煤灰可以抑制堿硅酸鹽反應(yīng),特別是F類低鈣粉煤灰;適當(dāng)摻量可最大限度降低堿集料反應(yīng)。
(6)抗凍性能: 28天以前,混凝土的孔結(jié)構(gòu)較普通混凝土粗大,故早期抗凍性下降,摻量增加,下降幅度增大,隨著齡期的增長(zhǎng),下降幅度減小。
2 復(fù)合外加劑對(duì)混凝土性能的影響
2．1 復(fù)合外加劑對(duì)新拌混凝土性能的影響復(fù)合型外加劑一般具有減水、緩凝、引氣等功能,可大大改善新拌混凝土的性能:
(1)引氣劑對(duì)改善混凝土的工作性能有顯著作用,還可以減少或消除拌合物的離析和泌水;并具有減水作用。
(2)高效減水劑的減水率可達(dá)30%以上;它能顯著減少單位用水量和水泥用量,降低水膠比,拌制出具有更好和易性、低水膠比的高性能混凝土,用水量的減少使得泌水現(xiàn)象減少
(3)塑化劑本質(zhì)上也是一種高效減水劑,它主要摻到低水膠比或略低于正常坍落度的混凝土中,來拌制大坍落度的流動(dòng)性混凝土,使混凝土像流體一樣流動(dòng)但工作性能很好的混凝土;同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重泌水和離析,不需振動(dòng)就可密實(shí)。
(4)緩凝劑主要用于延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間,也可以用來減少坍落度損失和改善工作性,特別適用于環(huán)境溫度較高時(shí)混凝土、大體積混凝土的澆注和水下灌注樁混凝土的灌注。
2．2 復(fù)合外加劑對(duì)硬化混凝土性能的影響
(1)強(qiáng)度:減水劑的加入降低了水膠比,提高了強(qiáng)度;引氣劑使混凝土含氣量適當(dāng)增大,若保持粗集料用料和水泥量不變,強(qiáng)度一般也不會(huì)降低,主要因?yàn)樗嗪吞涠炔蛔儠r(shí),引氣混凝土可以減少砂和水的用量,通過降低水膠比來減少由引氣導(dǎo)致的強(qiáng)度降低;當(dāng)水膠比不變時(shí),強(qiáng)度隨引氣量增加成比例降低。緩凝劑一般也有減水作用,也能提高混凝土的后期強(qiáng)度。
(2)抗?jié)B性:減水劑減少了水膠比,減少了毛細(xì)孔的數(shù)量和尺寸,從而大大降低了滲透性。引氣劑引入的封閉微小氣泡隔斷了混凝土的毛細(xì)通道,減少了泌水時(shí)形成的滲水孔隙,改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu),使混凝土抗?jié)B性顯著提高。
(3)抗凍融性能:引氣劑通過引入封閉微小氣泡可是硬化混凝土在潮濕環(huán)境下抗凍融性得到明顯改善;對(duì)高強(qiáng)混凝土來說,減水劑減小了水膠比,提高了混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性,使得抗凍性能提高。
(4)抗硫酸鹽侵蝕:引氣劑引入封閉微小氣泡后混凝土的抗硫酸鹽性能有所提高,如同時(shí)低水膠比會(huì)有更好的效果。
(5)抗堿集料反應(yīng):引氣劑引入封閉微小氣泡后,堿集料反應(yīng)引起的膨脹破壞會(huì)有所減少。
3 粉煤灰、外加劑雙摻技術(shù)對(duì)工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響
3．1 對(duì)工作性能的影響
粉煤灰、外加劑都對(duì)混凝土的工作性能起著顯著改善的作用,都能減少離析和泌水。但要注意外加劑、粉煤灰和水泥之間的相容性:粉煤灰對(duì)引氣劑用量的影響非常大,有時(shí)候不需調(diào)整引氣劑用量,有時(shí)可能需摻加幾倍常用量的引氣劑;隨著坍落度和用水量的不同,減水劑和緩凝劑一般又會(huì)使其引氣劑效率提高50～100%。由于粉煤灰與外加劑或水泥的不相容以及外加劑之間的不相容會(huì)引起新拌混凝土性能的波動(dòng),可能會(huì)造成新拌混凝土的坍落度損失大、引氣量變化大、早期硬化異常和影響新拌混凝土的其他性能
3．2 對(duì)力學(xué)性能的影響
減水劑的加入降低了水膠比,提高了強(qiáng)度;單摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低;采用雙摻技術(shù),通過減水劑的減水作用減小水膠比,提高了粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)。粉煤灰的存在改善了低水膠比混凝土水泥顆粒最初的水化環(huán)境,使水化產(chǎn)物Ca(OH) 2 增多,有利于二次水化,提高混凝土的早期強(qiáng)度。
3．3 對(duì)耐久性能的影響
(1)抗凍融循環(huán):粉煤灰混凝土早期抗凍性差,采用摻加高效減水劑降低混凝土的水膠比和摻加引氣劑引入足夠的含氣量來提高混凝土的抗凍能力。
(2)抗堿集料反應(yīng):粉煤灰的火山灰反應(yīng)能抑制堿集料發(fā)生的可能性;引氣劑引入的細(xì)微氣泡能有效地減少堿集料反應(yīng)引起的膨脹破壞。
(3)抗碳化:粉煤灰混凝土早期抗碳化性能差,可摻加高效減水劑降低水膠比來提高混凝土的抗碳化能力。
(4)抗氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕:粉煤灰火山灰反應(yīng)降低了堿度,減弱了堿性環(huán)境對(duì)鋼筋的保護(hù)作用;采用高效減水劑降低混凝土的水膠比,同時(shí)利用粉煤灰的火山灰效應(yīng)、填充效應(yīng)增加混凝土的密實(shí)性;防止腐蝕物質(zhì)的侵入。
(5)抗硫酸鹽侵蝕:引氣劑通過引入微小氣泡,減水劑通過降低水膠比提高密實(shí)性,粉煤灰通過火山灰效應(yīng)、填充效應(yīng)降低了混凝土的滲透性和減少硫酸鹽膨脹性反應(yīng)所需的水泥石的含量,減少了硫酸鹽的侵蝕性。
(6)抗裂性能:粉煤灰通過減水和降低水化熱增加混凝土的抗裂性;外加劑通過減水作用降低了拌合用水的量,降低了水膠比,降低了膠凝材料用量,從而減少了自生收縮和干燥收縮; 膠凝材料總量的減少同時(shí)減少了的水化熱,增加了抗裂性能。
4 工程實(shí)例
鄭西鐵路客運(yùn)專線ZXZQ05 /07 標(biāo)段的樁基、承臺(tái)、墩柱均采用了粉煤灰和外加劑雙摻技術(shù);控制混凝土的入模含氣量(混凝土無抗凍要求≥2%;混凝土有抗凍要求≥4% ) 、坍落度、入模溫度、最大水膠比、最小膠凝材料用量、堿含量、氯離子含量。采用56d的立方體抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)混凝土力學(xué)性能;采用ASTMC1202 - 97混凝土氯離子滲透電量快速測(cè)定方法檢驗(yàn)混凝土的抗?jié)B性能;采用GBJ82 - 85快凍法檢驗(yàn)混凝土的抗凍性能;采用受約束的混凝土圓環(huán)試件評(píng)價(jià)混凝土的抗裂性能。
現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn):混凝土的工作性能良好,無泌水、離析現(xiàn)象,混凝土的流動(dòng)性良好。實(shí)體取芯檢測(cè): 混凝土力學(xué)性能均滿足設(shè)計(jì)要求;耐久性指標(biāo)氯離子電通量小于1500庫(kù)侖。混凝土試件檢測(cè):抗凍融性能大于F300;抗裂性能對(duì)比試件合格。工程主體:墩柱、承臺(tái)無肉眼可見裂紋。
5 結(jié)論
(1)適當(dāng)?shù)囊龤?、較低的水膠比、適宜的粉煤灰摻量和長(zhǎng)時(shí)間的潮濕養(yǎng)護(hù)是外加劑、粉煤灰雙摻技術(shù)混凝土具有良好耐久性能的前提。
(2)考慮混凝土所處的環(huán)境類別及作用等級(jí),通過復(fù)合外加劑和粉煤灰雙摻技術(shù),完全可以實(shí)現(xiàn)按性能要求設(shè)計(jì)高性能耐久性混凝土的目標(biāo)。
(3)高度重視外加劑和粉煤灰、水泥等的適應(yīng)性問題;否則可能影響到混凝土塑化階段的性能和硬化混凝土的長(zhǎng)期性能。
