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      高性能混凝土用礦物摻合料在公路及應(yīng)急施工中的應(yīng)用

      2018-03-22 07:14:34李海鵬
      山西建筑 2018年6期
      關(guān)鍵詞:磨細(xì)礦渣高性能

      劉 健 李海鵬

      (武警第一機(jī)動(dòng)總隊(duì)交通第一支隊(duì),北京 102100)

      0 引言

      隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展,“節(jié)能高效,綠色環(huán)?!币咽墙ㄖI(yè)健康發(fā)展的趨勢(shì)。混凝土的和易性、坍落度、可泵性、密實(shí)性與水泥的各種指示有很大關(guān)系,水泥中C3A含量過(guò)大、堿含量過(guò)高等因素,都會(huì)影響混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性;混凝土施工中摻入礦物摻合料可以減少水泥用量,提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、改善混凝土施工和耐久性能、降低成本。高性能的摻合料在國(guó)內(nèi)外大型工程及高速鐵路中得到了廣泛應(yīng)用,陽(yáng)翼高速公路建設(shè)過(guò)程中對(duì)高性能摻合料的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。

      1 工程概述

      山西陽(yáng)(城)翼(城)段高速公路全長(zhǎng)64.8 km,于2007年10月20日開(kāi)工建設(shè),2010年10月20日建成通車(chē)。陽(yáng)翼高速公路位于山西省臨汾盆地東部,屬于構(gòu)造剝蝕基巖山區(qū),地形起伏大,溝壑縱橫,地下水埋深較大,存在大量的煤層及采空區(qū),地質(zhì)條件復(fù)雜。為了提高混凝土施工和易性、確保耐久性、經(jīng)濟(jì)性,在大橋、隧道的混凝土施工中摻加了高性能礦物摻合料。

      2 礦物摻合料的應(yīng)用機(jī)理

      水泥主要成分是熟料,其水化活性與水化程度在普通四組分混凝土(水泥、水、砂、石)中起決定性作用。過(guò)分提高粉料磨細(xì)度,某種程度上會(huì)惡化水泥性能(需水量、收縮增大、初期水化熱增高等)。摻加礦物微粉摻合料,作為膠凝材料取代部分水泥,可使混凝土性能得到改善。

      礦物摻合料包括磨細(xì)礦渣、磨細(xì)粉煤灰、磨細(xì)天然沸石、硅灰等。在山西省高速公路施工中,磨細(xì)礦渣粉和磨細(xì)粉煤灰具有材料來(lái)源廣泛、品質(zhì)有保障、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益好等多方面優(yōu)勢(shì)。適當(dāng)比例的雙摻疊加效應(yīng)是高性能混凝土最佳的選擇。

      2.1 磨細(xì)礦渣粉

      磨細(xì)礦渣粉是冶煉過(guò)程中排出的一種固體硅鈣系廢棄物,經(jīng)

      超細(xì)粉磨,精細(xì)分級(jí)制造而成,具有一定的細(xì)度,摻入混凝土中,形成合理顆粒級(jí)配的微粉。磨細(xì)礦渣粉技術(shù)指標(biāo)集化學(xué)成分見(jiàn)表1,表2。

      表2 主要化學(xué)成分

      2.2 磨細(xì)粉煤灰

      磨細(xì)粉煤灰是煤粉燃燒后的廢棄物,系黏土類(lèi)火山灰質(zhì)硅鋁系材料,經(jīng)過(guò)合理工藝磨細(xì)的一種活性摻合料,其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3,主要化學(xué)成分見(jiàn)表4。

      表3 磨細(xì)粉煤灰技術(shù)要求

      表4 主要化學(xué)成分

      2.3 礦物摻合料使用特點(diǎn)

      2.3.1降低混凝土水化熱

      混凝土在硬化過(guò)程中,水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱,減少水泥用量降低水化熱,減少混凝土裂縫。

      2.3.2提高混凝土抗?jié)B性能

      摻合料可以產(chǎn)生火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng),火山灰效應(yīng)吸收水泥水化時(shí)形成的Ca(OH)2,使晶粒變小,改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu),使水泥漿體的孔隙明顯下降,強(qiáng)化集料界面粘結(jié)力。微集料效應(yīng)可以填充水泥顆粒間隙的微集料,降低了孔隙率,使混凝土形成了密實(shí)充填結(jié)構(gòu),提高混凝土的抗?jié)B性能。

      2.3.3磨細(xì)礦渣與磨細(xì)粉煤灰摻入對(duì)混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

      在水泥水化初期,磨細(xì)礦渣粉分布并包裹在水泥顆粒的表面,起到了延緩和減少水泥初期水化物相互搭接的隔離作用,改善混凝土坍落度損失。礦渣粉和磨細(xì)粉煤灰復(fù)合摻加,改善了新拌和易性和粘聚性,使混凝土后期強(qiáng)度持續(xù)得到提高。

      2.3.4磨細(xì)礦渣粉有效抗腐蝕

      磨細(xì)礦渣中氧化鋁含量高于水泥,其氧化鋁組分,最終以C3A方式結(jié)合氯離子生成F鹽(C3A·Cl(NaK)·10H2O);水泥中硫酸根含量明顯高于礦渣粉,所以普通混凝土結(jié)合氯離子受硫酸根的影響,就比摻礦渣粉混凝土大得多;礦渣粉水泥產(chǎn)物堿度低,能增強(qiáng)礦渣粉和氯離子的結(jié)合。礦渣粉具有優(yōu)越的氯離子結(jié)合能力,其抗腐蝕的能力比普通混凝土要強(qiáng)。

      3 使用磨細(xì)礦渣粉、磨細(xì)粉煤灰的現(xiàn)實(shí)意義

      磨細(xì)礦渣粉、磨細(xì)粉煤灰價(jià)格低于水泥,減少減水劑用量,降低成本?;炷帘砻嬷旅芄鉂崳^感好。改善因水泥品質(zhì)波動(dòng)而對(duì)混凝土產(chǎn)生的影響。摻合料可以改善混凝土的耐久性。

      摻合料在大體積混凝土施工中減少了溫度應(yīng)力。對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土,可大幅度降低成本??垢g、抗?jié)B性能提高,適用于隧道、樁基等工程。高性能混凝土礦物摻合料還可大量使用于水泥基灌漿材料中,改善砂漿的工作性能,使噴錨支護(hù)、壓力注漿、噴射施工效率更高。

      4 使用方法

      作為一種膠凝材料組分,礦渣粉等量取代,粉煤灰超量取代部分水泥后,超量部分適當(dāng)減少原配合比砂率即可。

      磨細(xì)礦渣粉執(zhí)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。所生產(chǎn)礦渣粉最高級(jí)別28 d強(qiáng)度比可達(dá)110,需水量比95,可供C100級(jí)以下混凝土使用,

      其工藝控制的關(guān)鍵是礦粉的粒度形貌和顆粒級(jí)配。

      磨細(xì)粉煤灰的比表面積可達(dá)800 m2/kg,甚至更高,選擇性使用粉煤灰與復(fù)合少量礦物激發(fā)劑, P.Ⅰ,P.Ⅱ型硅酸鹽水泥中,最高摻量可達(dá)60%,而強(qiáng)度等級(jí)不變。

      混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

      表5 混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)表

      5 摻礦物摻合料混凝土的工程應(yīng)用注意事項(xiàng)

      5.1 混凝土的制備與運(yùn)送

      制備混凝土?xí)r,宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī),并適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。各種礦物摻合料的計(jì)量應(yīng)按重量計(jì),每盤(pán)計(jì)量允許偏差不應(yīng)超過(guò)±2%?;炷吝\(yùn)送到澆筑點(diǎn)時(shí),不離析,保證施工要求的工作性和均勻性。

      5.2 混凝土的澆筑與成型

      凝土澆筑時(shí),實(shí)測(cè)坍落度與要求坍落度之間的允許偏差應(yīng)符合要求?;炷翝仓?yīng)分層連續(xù)進(jìn)行,其運(yùn)輸、澆筑及間歇的全部時(shí)間不應(yīng)超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間?;炷脸跄螅坏檬艿蕉握駝?dòng)?;炷翝仓髴?yīng)立即進(jìn)行振搗,并應(yīng)避免漏振或過(guò)振。振搗后混凝土表面不應(yīng)出現(xiàn)明顯的摻合料浮漿層。

      5.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

      混凝土澆筑后,應(yīng)及時(shí)覆蓋混凝土表面;在高溫季節(jié)、大風(fēng)、日照較強(qiáng)等環(huán)境中或采用水膠比小于0.40的混凝土施工時(shí)應(yīng)立即覆蓋混凝土表面,并進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于7 d;當(dāng)有補(bǔ)償收縮或緩凝要求的混凝土保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14 d;當(dāng)氣溫較低或在干燥環(huán)境下應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。蒸養(yǎng)時(shí)升、降溫速度宜小于20 ℃/h,恒溫溫度不宜超過(guò)60 ℃。當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5 d低于5 ℃時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)采取防凍措施。

      6 應(yīng)用效果及在道路搶險(xiǎn)搶通中的探討

      陽(yáng)翼高速公路橫穿崇山峻嶺,橋梁、隧道等控制性工程占到整個(gè)道路長(zhǎng)度的40%,混凝土用量多,在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用高性能混凝土用礦物摻合料,改善了混凝土的性能、節(jié)約了造價(jià),還起到節(jié)能降耗、美化環(huán)境的效果。在進(jìn)行道路大體積永久結(jié)構(gòu)混凝土搶險(xiǎn)搶通施工中,大體積的混凝土快速施工可能會(huì)產(chǎn)生大量水化熱,造成施工質(zhì)量隱患。這種情況下可以考慮摻加部分高性能的礦物摻合料,降低大體積混凝土施工的水化熱,在保證增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性的同時(shí),明顯改善施工的工作性能。

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