摘 要 采用大摻量粉煤灰和優(yōu)質(zhì)外加劑配制的綠色混凝土，其工作性、耐久性、強(qiáng)度得到改善和提高，工程應(yīng)用表明，綠色混凝土可節(jié)約27 %～ 38 %的水泥用量，其更大的價值是環(huán)保效益。關(guān)鍵詞 活性細(xì)摻料 壓力泌水率 可泵性 綠色混凝土
1 引言
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題日益突出。就建筑業(yè)而言，要做好環(huán)境保護(hù)工作，除了狠抓施工現(xiàn)場管理，減少環(huán)境污染外，還必須大力開發(fā)和推廣應(yīng)用環(huán)保型新材料。近年來不少科研機(jī)構(gòu)和施工單位致力于混凝土技術(shù)的研究，其中之一就是新型的綠色混凝土。綠色混凝土是指大量采用工業(yè)廢渣為主的細(xì)摻料，使大宗混凝土中水泥用量降低30 %～50 % 的低水泥用量生態(tài)混凝土。由于其減少水泥用量，摻加了工業(yè)廢料，不僅可以達(dá)到改善混凝土性能，提高工程質(zhì)量和降低工程成本的目的，而且利用工業(yè)廢料粉煤灰，有利于環(huán)境保護(hù)，降低建筑業(yè)能耗，因此，稱其為環(huán)保型的綠色混凝土。發(fā)展綠色混凝土，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略， 是我國建筑業(yè)當(dāng)務(wù)之急。
中國有色十一冶通過技術(shù)攻關(guān)，成功地在柳州竹鵝溪泵站工程中使用了綠色混凝土，而且實(shí)現(xiàn)了低強(qiáng)度等級混凝土的泵送施工。
2 綠色混凝土的試驗(yàn)研究
2.1 原材料
2.1.1 水泥 廣西鹿寨交通水泥廠“通寶”牌普通425 # 水泥。
2.1.2 粉煤灰 柳州電廠干排粉煤灰，品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到Ⅱ級粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.3 細(xì)骨料 柳江中砂， 表觀密度為2665kg/ m3 ， 堆積密度為1575kg/ m3 ， 含泥量1 % ，細(xì)度模數(shù)2.7 ，屬Ⅱ區(qū)中砂。
2.1.4 粗骨料 柳州產(chǎn)石灰石碎石，表觀密度2710kg/m3 ， 堆積密度1450kg/ m3 ， 含泥量013 % ，為20mm～40mm 單粒級。
2.1.5 外加劑 湛江外加劑廠生產(chǎn)，呈黃色粉末狀。
2.2 配合比的確定
柳州竹鵝溪泵站工程有近313 萬m3 低強(qiáng)度等級混凝土(C8 、C13) ，由于受現(xiàn)場條件限制，擬采用泵送施工，但當(dāng)時國內(nèi)尚無低強(qiáng)度等級混凝土泵送施工的先例。中國有色十一冶組織技術(shù)攻關(guān)，研究成功了具有良好可泵性的綠色混凝土。經(jīng)過系統(tǒng)試配，優(yōu)選出以下施工配合比(表1) 。
2.3 綠色混凝土性能檢驗(yàn)
2.3.1 拌和物的性能
2.3.1.1 凝結(jié)時間和坍落度損失 由于綠色混凝土中摻有高效泵送劑和富含活性的細(xì)摻料粉煤灰，具有明顯的緩凝效果。綠色混凝土初、終凝時間比基準(zhǔn)混凝土推遲1h～2h ，工作性能保持良好，在氣溫20 ℃～30 ℃時測得綠色混凝土拌和物經(jīng)時坍落度損失值平均40mm 左右， 有利于混凝土的泵送施工。
2.3.1.2 可泵性 評價混凝土可泵性的指標(biāo)除了上面提到的經(jīng)時坍落度損失外，還有一項(xiàng)就是壓力泌水率。綠色混凝土中摻加大量粉煤灰，而粉煤灰是一種含硅、鋁氧化物的火山灰質(zhì)材料，在混凝土中能夠填充多余水分形成的凝膠孔、毛細(xì)孔及其他孔隙，能改善新拌混凝土的流變性質(zhì)，提高綠色混凝土的保水性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，綠色混凝土的相對壓力泌水率在14.8 %～18 %之間，遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不宜超過40 %的要求，說明綠色混凝土有良好的可泵性。
2.3.1.3 水化熱 由于摻加粉煤灰，減少了水泥用量，從而使綠色混凝土水化反應(yīng)釋放出的熱量比基準(zhǔn)混凝土有所降低，另外，配制時加入的FDN —P 型泵送劑具有緩凝作用，使混凝土早期水化反應(yīng)減慢，降低水化峰值熱。在防洪涵閘底板施工時，觀測到水化熱峰值出現(xiàn)的時間推遲了24h ，這樣就對防止綠色混凝土出現(xiàn)溫度裂縫和收縮裂縫極為有利。
2.3.2 硬化混凝土的性能
2.3.2.1 強(qiáng)度 粉煤灰的各種礦物組成中，具有活性的氧化硅和氧化鋁顆粒主要呈玻璃微珠和海綿狀玻璃體，能與水泥水化反應(yīng)釋放的Ca (OH) 2 進(jìn)行二次水化反應(yīng)。在初期，粉煤灰顆粒填充在水泥粒子之間的孔隙中，僅起物理填充作用，因此，強(qiáng)度較低。隨著水泥熟料礦物水化反應(yīng)的開始和加快，混凝土中Ca (OH) 2 含量在增加，粉煤灰便開始二次水化反應(yīng)，發(fā)揮了活性填充作用，使綠色混凝土后期強(qiáng)度有較快的發(fā)展。
試驗(yàn)結(jié)果表明，綠色混凝土的早期強(qiáng)度比率R7/ R28約為40 % ，比較低，但其后期強(qiáng)度比率R60/ R28則超過145 % ，而且R28都達(dá)到了相應(yīng)的強(qiáng)度等級要求。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了粉煤灰的早期物理填充作用和后期活性填充作用的特性。
2.3.2.2 抗?jié)B性能 采用C8 、C13 、C18 綠色混凝土配合比各成型一組混凝土抗?jié)B試件，標(biāo)養(yǎng)28d 試件加壓至110MPa 并持壓8h ，試件頂面無滲水，劈開后觀察滲水情況，試件的滲水高度90mm ～ 140mm ( C8 ) ， 80mm ～ 125mm (C13) ，70mm～150mm (C18) 。說明綠色混凝土通過“雙摻”，混凝土孔結(jié)構(gòu)得到改善，密實(shí)度進(jìn)一步提高，從而使綠色混凝土的抗?jié)B性能得到較大提高，抗?jié)B等級在S10 以上，能滿足一般混凝土結(jié)構(gòu)的防水要求。
2.3.2.3 抗碳化性能 通過現(xiàn)場實(shí)測，綠色混凝土各齡期的碳化速度都比較慢，如C8 混凝土，365d 的碳化深度僅為8mm ，這是由于綠色混凝土密實(shí)度得到提高，使抗碳化能力也相應(yīng)提高的緣故。
以上結(jié)果表明，富含粉煤灰的綠色混凝土在工作性、耐久性等方面都具有良好的特性。
3 綠色混凝土的施工要點(diǎn)
(1) 拌制綠色混凝土所用的原材料必須按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用。
(2) 要按施工配合比嚴(yán)格計量，計量偏差在允許范圍內(nèi)，注意砂、石含水率，砂中含石率等的換算。
(3) 綠色混凝土必須采用機(jī)械攪拌，嚴(yán)禁采用人工攪拌。
(4) 綠色混凝土攪拌時投料順序?yàn)椋菏印唷白印勖夯摇饧觿?/P>
(5) 綠色混凝土采用泵送施工，拌和物必須攪拌均勻，攪拌時間比普通混凝土延長30s。
(6) 在泵送綠色混凝土?xí)r，每個工作班至少要做一次坍落度試驗(yàn)，并做好記錄。
(7) 泵送配管時要盡量縮短管線長度，少用彎管和軟管，固定點(diǎn)應(yīng)穩(wěn)定，不得支在鋼筋、模板或預(yù)埋件上。
(8) 泵送綠色混凝土宜分層澆筑， 厚度300mm～500mm ，當(dāng)水平結(jié)構(gòu)混凝土厚度超過500mm 時，可按1∶5～1∶7 坡度分層澆筑。
(9) 振搗泵送綠色混凝土?xí)r，振動棒移動間距應(yīng)≤500mm ，振搗時間宜15s～30s ，避免過振和欠振，且間隔30min 后，必須進(jìn)行第二次復(fù)振。
(10) 施工組織要嚴(yán)密，防止意外間歇。泵送綠色混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)需停泵時，泵的料斗應(yīng)留有適量混凝土，并每隔4min～5min 開泵攪拌一次，以防塞泵堵管。
(11) 綠色混凝土必須及時覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)， 時間不得少于14d ，在干燥或炎熱條件下，潮濕養(yǎng)護(hù)不得少于21d。當(dāng)日平均氣溫低于5°C 時，不得澆水，要加強(qiáng)表面保溫，以保證混凝土正常硬化。
4 綠色混凝土的應(yīng)用實(shí)例
柳州竹鵝溪泵站主體由防洪堤、涵閘、泵房三部份組成。其中防洪堤為重力式混凝土結(jié)構(gòu)，長300m ，底寬最大為17143m ，堤高最大為29m ，基底墊層為500mm 厚C13 混凝土，堤身為C8 混凝土。涵閘三孔凈尺寸寬×高為315m ×710m ，長89m ，洞身為C18 混凝土，基底墊層為C8 混凝土。泵房長×寬為: 72m × 21m ，高28m ，下部為鋼筋混凝土墩墻結(jié)構(gòu)，上部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，底板墊層為C8 ，其他部位為C18 混凝土。混凝土總量6 萬m3 。由于采用綠色混凝土進(jìn)行泵送施工，確保了工期，也實(shí)現(xiàn)了文明施工。共制作混凝土抗壓試塊:C8 ，121 組;C13 ，19 組;C18 ，135 組，平均強(qiáng)度分別為1413MPa 、18MPa、2411MPa ，強(qiáng)度保證率都大于98 % ，強(qiáng)度離差系數(shù)都是0108 ，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到混凝土質(zhì)量評定優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。混凝土拌合評定，混凝土評定質(zhì)量和外觀質(zhì)量也達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。
5 效益分析
(1) 由于綠色混凝土摻入大量的粉煤灰，使水泥用量明顯降低，本項(xiàng)研究的綠色混凝土水泥用量與廣西97 水工定額純混凝土泵送配合比水泥用量相比，水泥用量降低27 %～38 %。單方綠色混凝土水泥降低量分別為: C8 ， 103kg/ m3 ; C13 ， 73kg/ m3 ; C18 ， 110kg/ m3 ?；炷僚浜媳葐蝺r因水泥及其他材料變化而比原定額混凝土配合比單價也明顯降低。其中，C8 降低額為12110 元/ m3 ，降低率為12176 %;C13 降低額為14186 元/ m3 ，降低率為14186 %;C18 降低額為13112 元/ m3 ，降低率為12115 %?？梢娊?jīng)濟(jì)效益頗為顯著，同時有利于環(huán)境保護(hù)和粉煤灰的綜合利用。
(2) 由于采用綠色混凝土泵送施工，不僅確保了工期、質(zhì)量和安全，而且實(shí)現(xiàn)了文明施工。竹鵝溪泵站工程被廣西水電廳評為1998 年度“文明工地”，社會效益顯著。
6 結(jié)語
(1) 綠色混凝土較常規(guī)混凝土更多地節(jié)約水泥(27 %～38 %) ，因此使生產(chǎn)熟料水泥的電力、礦山資源相應(yīng)得到節(jié)約。
(2) 綠色混凝土更多地?fù)郊恿艘怨I(yè)廢渣為主的細(xì)摻料，解決了工業(yè)化生產(chǎn)大量廢渣搶占土地資源、污染環(huán)境等的問題，同時減少了生產(chǎn)水泥產(chǎn)生的導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體( 27 %～38 %) ，改善了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，環(huán)保意義重大。
(3) 綠色混凝土中大摻量的活性細(xì)摻料與水泥的復(fù)合作用使混凝土的性能得到改善和提高，另外綠色混凝土還能有效地降低水化熱，減少收縮，避免溫度應(yīng)力裂縫，保證和延長了結(jié)構(gòu)的安全使用期，因而具有可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，有重大的推廣價值。
參考文獻(xiàn)
1 J GJ / T10 —95《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》， 1995 年
2 GBJ 146 —90《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，1991 年
3 DL/ T5055 —1996《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》，1996 年
4 傅溫1《混凝土工程新技術(shù)》1 中國建材工業(yè)出版社，1994 年
