粉煤灰在水下混凝土中的应用
总量多，人均少，是我国资源状况的一个显著特点，近年来节能问题已逐渐凸显出来。随着国家对节能减排的大力倡导和积极推进，近年来粉煤灰在建筑行业得到了广泛的应用。粉煤灰在我国建筑行业的推广与应用已有多年历史。掺入粉煤灰能有效的改善混凝土的工作性能同时增加经济效益。在基桩水下混凝土施工中，通过配合比的设计来确定粉煤灰的最佳掺量，可以有效的改善和提高水下混凝土的工作性能。
一． 粉煤灰的特性与优点
粉煤灰是热电厂的排放物，其堆放不仅造成大量的粉尘污染而且占用土地。然而当其作为建材使用的时候不仅可以改善混凝土的工作性能，还会取得良好的经济和社会效益。
1.1粉煤灰的物理性质
粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也很大。
粉煤灰的基本物理性质见表。
粉煤灰的基本物理特性
|
项 目 |
范 围 |
均 值 |
|
密度/（g/cm3） |
1.9～2.9 |
2.1 |
|
堆积密度/（g/cm3） |
0.531～1.261 |
0.780 |
|
比表面积（cm2/g） |
800～19500 |
3400 |
|
透气法 |
1180～6530 |
3300 |
|
原灰标准稠度/% |
27.3～66.7 |
48.0 |
|
需水量/% |
89～130 |
106 |
|
28d抗压强度比/% |
37～85 |
66 |
粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。
1.2化学性质
粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。
1.3粉煤灰的优点
粉煤灰作为一种优质的混凝土掺合料，将粉煤灰替代部分水泥合理掺入时，可以显著改善混凝土拌和物的和易性和流动性，提高混凝土的后期强度和耐久性，降低水化热，减少水泥用量，提高混凝土拌合物的可泵性。由于水泥用量的减少，对降低工程造价，节约能源都有很好的效果。
二、混凝土原材
2.1 粉煤灰
灌注水下混凝土用粉煤灰要求达到II级以上，通过对本省粉煤灰的技术指标与价格对比决定采用郑州生产的Ⅰ级粉煤灰，其主要技术指标如下：
|
试验项目 |
试验数据 |
试验结果 |
|
细度 |
8.1% |
合格 |
|
烧失量 |
1.58% |
合格 |
|
三氧化硫含量 |
0.11% |
合格 |
|
需水比 |
93% |
合格 |
|
游离氧化钙含量 |
0.0% |
合格 |
该粉煤灰需水量小该粉煤灰需水量比较小，能有效降低水的用量。游离氧化钙含量为0.0%有利于混凝土拌合物的体积安定性。#p#分页标题#e#
2.2水泥
通过对比水泥质量和水泥强度的离散系数决定采用同力P.O 42.5普通硅酸盐水泥。其主要技术指标如下：
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试验项目 |
试验数据 |
试验结果 |
|
细度 |
0.6 |
合格 |
|
标准稠度用水量% |
27.5 |
合格 |
|
初凝时间 |
2：45 |
合格 |
|
终凝时间 |
3：50 |
合格 |
|
3d抗折强度 |
5.9 |
合格 |
|
3d抗压强度 |
29.8 |
合格 |
|
28d抗折强度 |
7.5 |
合格 |
|
28d抗压强度 |
58.9 |
合格 |
2.3粗集料
粗集料采用禹州产5-25连续级配碎石。5-10占20%，10-20占80%，其主要技术指标如下：
|
试验项目 |
试验数据 |
试验结果 |
|
筛分 |
级配良好 |
合格 |
|
压碎值% |
9.7 |
合格 |
|
针片状% |
2.8 |
合格 |
|
含泥量% |
0.4 |
合格 |
碎石针片状含量较低能够改善混凝土拌和料的和易性与流动性。使用碱含量较低的粗骨料有利于提高混凝土的耐久性。
2.4细集料
细集料采用信阳浉河产河砂。
|
试验项目 |
试验数据 |
试验结果 |
|
筛分 |
Ⅱ区中砂 |
合格 |
|
细度模数 |
2.82 |
合格 |
|
含泥量% |
1.2 |
合格 |
|
表观密度g/m3 |
2.59 |
合格 |
|
有机质含量 |
合格 |
合格 |
2.5外加剂
外加剂采用北京建工高效减水剂（AN-4000）,属液态聚羧酸减水剂掺量为水泥用量的0.85%，减水率为22.5%，使用时砂石水泥加水搅拌1-2分钟后加入外加剂聚羧酸外加剂搅拌1-2分钟，与水泥的适应性较好，能得到较大坍落度与扩展度。
三、配合比设计
掺粉煤灰混凝土配合比设计，是以基准混凝土（即未掺粉煤灰的混凝土）的配合比为基础，按等稠度、等强度等级的原则，用超量取代法进行调整。 根据达到一定目标强度、耐久性和工作性时粉煤灰和水胶比的关系来确定混凝土的配合比。“等稠度、等强度等级原则”是指粉煤灰混凝土与基准混凝土拌和物的稠度和硬化后指定龄期的强度相等；“超量取代法”是指粉煤灰总掺量中，一部分取代等体积的水泥，超量部分粉煤灰取代等体积的砂。粉煤灰含水率大于1%时，应从粉煤灰配合比用水量中扣除。粉煤灰混凝土中掺入引气剂时，其增加空气体积应在配合比设计时在混凝土体积中扣除。#p#分页标题#e#
3.1基准配合比设计
经拌和物试拌的结果，确定使用以下配合比为基准混凝土配合比
基准混凝土配合比 （kg/ m3） βs=43% 表4
|
水灰比 |
水泥 |
水 |
砂 |
碎石 |
外加剂 |
扩展度
（mm） |
坍落度
（mm） |
和易性 |
|
0.41 |
370 |
152 |
795 |
1053 |
315 |
450 |
195 |
好 |
3.3粉煤灰混凝土配合比的确定
通过以基准配混凝土配合比为参照，按设计原则对粉煤灰掺量为0%、25%、30%、35%混合料分别拌制，配合比如下：
粉煤灰混凝土配合比
|
粉煤灰掺量 |
水灰（胶）比 |
水泥
（Kg） |
水
（Kg） |
砂
（Kg） |
碎石
（Kg） |
粉煤灰
（Kg） |
外加剂
（g） |
扩展度
（mm） |
坍落度
（mm） |
|
0 |
0.41 |
370 |
152 |
795 |
1053 |
0 |
315 |
450 |
195 |
|
25 |
0.41 |
278 |
152 |
795 |
1053 |
93 |
315 |
490 |
200 |
|
30 |
0.41 |
259 |
152 |
795 |
1053 |
111 |
315 |
550 |
205 |
|
35 |
0.41 |
241 |
152 |
795 |
1053 |
130 |
315 |
580 |
205 |
3.4配合比强度
按上述配合比试件在标准条件下养护分别在龄期为3d、7d、28d进行抗压强度试验，试验结果见下表：
粉煤灰混凝土抗压强度
|
粉煤灰掺量(%) |
3d强度(Mpa) |
7d强度(Mpa) |
28d强度(Mpa) |
|
0 |
21.7 |
39.3 |
47.2 |
|
25 |
19.7 |
38.7 |
50.4 |
|
30 |
18.4 |
37.1 |
55.2 |
|
35 |
16.3 |
35.4 |
51.4 |
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通过对以上数据的分析以及对粉煤灰性质的了解，我们发现：
1）加入不同量的粉煤灰混凝土的强度曲线也是不同的。粉煤灰加入量增加后，混凝土早期强度有所下降，这主要是由于粉煤灰水化反应慢在混凝土强度形成的初期，其中结合态钙含量少，火山灰作用不甚明显，导致早、中期强度增长较慢。
2）同一掺量的粉煤灰混凝土随龄期的增加，强度增长速度比基准混凝土快；
3）粉煤灰的掺入，提高了混凝土工作性能，从配合比数据中我们可以看出同样的质量胶凝材料，相同的水灰比，相同外加剂用量。加入了粉煤灰的配合比其坍落度和扩展度，随粉煤灰用量的增加而增大。
4）由以上试验数据可以得出结论:粉煤灰可以有效的提高水下混凝土的工作性能。因为加入了粉煤灰的混凝土其和易性和流动性具有明显的改善，这一点在扩展度上有很好的体现。良好和易性和流动性对钻孔灌注桩的整体质量由为重要。
5）粉煤灰的掺入能在一定上提高混凝土的耐久性例如：由于粉煤灰水化热较低在等量置换水泥用量后能有效的降低混凝土整体的水化热；粉煤灰的加入可以降低混凝土的泌水率；水 泥用量不减少，再外掺粉煤灰取代部分砂子，这样的粉煤灰混凝土抗碳化能力就可以增加；也有部分学者认为掺加不少于30%的粉煤灰，都足以减少碱—集料反应的危险性（也有部分美国学者持反对态度）。
四、结束语
根据配合比强度及试验数据分析得出，施工中可采用掺量为30%的配合比，大量的减少了水泥的用量。粉煤灰的价格远低于水泥的价格，节约了大量的工程成本，同时也提高工程企业的社会竞争力；随着我国经济的快速发展，环境污染和能源短缺成为制约经济发展的主要因素，推荐在以火电站为主要供电方式的地区，应用粉煤灰混凝土可以解决粉煤灰的堆放、处理问题，从而达到减少环境污染、节约能源的目的。粉煤灰掺入混凝土中提高了混凝土的工作性、强度、耐久性，产生了重大的经济和社会效益。
参考文献
1、GBJ146—90 《粉煤灰混凝土应用技术规范》
2、JGJ 55-2000 《普通混凝土设计规程》
3、GB 8076-1997 《混凝土外加剂》
4、GB 1596-91 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》
