粉煤灰在預(yù)制橋梁高性能混凝土中的應(yīng)用探究

郭 雪 芳

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 粉煤灰在預(yù)制橋梁高性能混凝土中的使用價(jià)值

如今，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，交通基礎(chǔ)建設(shè)也在不斷的進(jìn)行，城市更是增設(shè)了一些大跨橋梁。為了滿(mǎn)足交通承載的需要，必須要在預(yù)制橋梁中使用性能較好的混凝土。高性能混凝土除了對(duì)混凝土拌合物有著較高的要求，同時(shí)也要求強(qiáng)度、硬度必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。在預(yù)制橋梁高性能混凝土中，不可避免的會(huì)使用到粉煤灰。粉煤灰屬于一種活性摻合料，在混凝土中摻入一些粉煤灰，并且取代一些水泥，能提高混凝土的強(qiáng)度和性能。粉煤灰效應(yīng)是活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)三者的集合，其直接改變了混凝土的初始結(jié)構(gòu)、流變性質(zhì)等。而到了現(xiàn)在，我國(guó)對(duì)于粉煤灰的利用已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，這也為粉煤灰的推廣和使用夯實(shí)了一定的基礎(chǔ)。

在施工的過(guò)程中，普遍將粉煤灰用在一些預(yù)制構(gòu)件中。但很少將粉煤灰用在制備和預(yù)制橋梁高性能混凝土中，原因是粉煤灰質(zhì)量參差不齊，品質(zhì)差別很大。所以，必須選擇性能優(yōu)越的粉煤灰，并且針對(duì)粉煤灰在預(yù)制橋梁高性能混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行研究，合理進(jìn)行配比。從而避免橋梁在使用時(shí)產(chǎn)生凹凸不平、蜂窩等現(xiàn)象，并提升橋梁混凝土的使用壽命。

2 研究的技術(shù)路線(xiàn)和詳細(xì)措施

在這次研究中，采用的技術(shù)和方案是一般的硅酸鹽水泥、減水劑、膨脹劑以及粉煤灰。同時(shí)也在成型的時(shí)候采用了消泡劑，借助普遍采用的方式來(lái)對(duì)混凝土拌合物進(jìn)行拌制、制備。

具體方法是這樣的，先借助粉煤灰的性能對(duì)預(yù)制橋梁混凝土的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，使得混凝土的流動(dòng)率得到提升。也要充分利用粉煤灰的“活性成分”，使其提升預(yù)制橋梁混凝土的強(qiáng)度，或者通過(guò)粉煤灰的微集料作用來(lái)使得混凝土更加密實(shí)。這樣可以減少混凝土的孔隙，促使混凝土的使用壽命更長(zhǎng)。最后，必須借助膨脹劑、消泡劑來(lái)減少橋梁表面的凹凸，避免產(chǎn)生蜂窩、麻面。

在這次試驗(yàn)中，將粉煤灰作為重點(diǎn)。針對(duì)粉煤灰的砂率、水膠比、減水劑進(jìn)行深入研究，了解消泡劑、膨脹劑對(duì)橋梁高性能混凝土產(chǎn)生的作用，明確粉煤灰對(duì)于高性能混凝土所起到的作用。針對(duì)C60預(yù)制橋梁高性能混凝土進(jìn)行科學(xué)合理的配比，選擇出最適宜的配比方案。

3 原材料和試驗(yàn)的方案

要準(zhǔn)備一系列的原材料，首先是水泥。該水泥是由A市一家水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的一般硅酸鹽水泥。然后是粉煤灰，該粉煤灰是通過(guò)改性而獲得的，其細(xì)度為1%(0.004 3篩篩余)。另外還有96%的需水量比，以及82.7%的抗壓強(qiáng)度比。細(xì)骨料：正定中砂，細(xì)度指數(shù)為2.5。粗骨料：獲鹿碎石，516 mm顆粒，壓碎指標(biāo)為4.9%，針片狀顆粒占2.6%。外加劑使用的是以FDN為核心的強(qiáng)力減水劑，膨脹劑則使用UEA膨脹劑。

先借助30 L的強(qiáng)制性攪拌機(jī)來(lái)進(jìn)行拌和，對(duì)于減水劑，則要使用后摻法。具體的攪拌方法是這樣的：將水泥、粉煤灰、砂石等攪拌1 min，再添加一些清水繼續(xù)攪拌。最后，增加一些減水劑并且再攪拌2 min。攪拌成型后，試件的尺寸應(yīng)該是100 mm,100 mm,100 mm。攪拌完成后，還要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。可采用一般的方式來(lái)養(yǎng)護(hù)，同時(shí)也要按照混凝土的工作狀況來(lái)進(jìn)行操作。

4 試驗(yàn)后獲得的結(jié)果

4.1 預(yù)制橋梁高性能混凝土的強(qiáng)度分析

在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，使用的配合比和最后的試驗(yàn)結(jié)果如表1～表4中的數(shù)據(jù)所示。表1～表4中，每一個(gè)齡期的強(qiáng)度都要乘以0.95。

表1 粉煤灰的使用量對(duì)混凝土性能的影響

表2 砂率對(duì)于混凝土功效所產(chǎn)生的作用

表3 水膠比對(duì)于混凝土功效所產(chǎn)生的作用

表4 高效減水劑對(duì)混凝土產(chǎn)生的作用

根據(jù)表1～表4中的數(shù)據(jù)，可以得出這樣的結(jié)論：

第一，如果以改性粉煤灰來(lái)代替17%，21%，30%的水泥，那么會(huì)提升混凝土拌合物的流動(dòng)率、保水率以及粘聚率等。因?yàn)榉勖夯液吭诓粩嗵嵘曰炷恋奶涠纫苍絹?lái)越大。此外，在其中添加改性粉煤灰混凝土以后，4 d,8 d和29 d以后的強(qiáng)度也比一般混凝土更高。當(dāng)粉煤灰含量添加到21%時(shí)，混凝土在養(yǎng)護(hù)29 d后的強(qiáng)度逐漸達(dá)到了最大抗壓強(qiáng)度，也就是73 MPa。一旦粉煤灰的添加量一樣，均為17%，那么使用改性粉煤灰的混凝土，在每一個(gè)階段的強(qiáng)度均高于二級(jí)原狀粉煤灰混凝土強(qiáng)度，其坍落度是相同的。

第二，砂率會(huì)影響混凝土拌合物的流動(dòng)率。砂率在不斷的提升，坍落度也會(huì)得到一定的提升。然而需要注意的是，砂率對(duì)于混凝土每一個(gè)階段的強(qiáng)度并不會(huì)產(chǎn)生影響。

第三，隨著水膠比的不斷提升，混凝土拌合物的坍落度也會(huì)得到提升，但抗壓強(qiáng)度卻會(huì)在29 d以后逐漸的降低。

第四，提高減水劑的含量，可以提升混凝土拌合物在每一個(gè)階段的強(qiáng)度。如果采用了其他的添加方法，比如先摻法，那么坍落度會(huì)低于后摻法，但強(qiáng)度卻不會(huì)產(chǎn)生任何的變化。

第五，添加一部分膨脹劑，不但能提升混凝土拌合物的流動(dòng)性，也能提升混凝土在每一個(gè)階段的強(qiáng)度，同時(shí)減少混凝土試件中的麻面、蜂窩現(xiàn)象。

4.2 預(yù)制橋梁高性能混凝土的抗凍性和抗?jié)B性

要了解橋梁的耐用性，就需要測(cè)評(píng)混凝土的抗凍性、抗?jié)B性。為此，筆者針對(duì)粉煤灰和基準(zhǔn)混凝土的抗凍性、抗?jié)B性進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。試驗(yàn)過(guò)程中所使用的混凝土配合比，是按照之前的試驗(yàn)結(jié)果篩選出來(lái)的優(yōu)良配合比，也就是37%的砂率，21%的粉煤灰摻量，1.2%的減水劑摻量，11%的膨脹劑摻量。通過(guò)這些配比所配置出來(lái)的混凝土試件，進(jìn)行29 d的養(yǎng)護(hù)，再進(jìn)行抗?jié)B和抗凍的測(cè)試工作。

第一是抗?jié)B性，通過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，比起基準(zhǔn)混凝土試件，摻了改性粉煤灰混凝土試件的抗?jié)B性更高。在添加了11%左右的膨脹劑以后，抗?jié)B性又得到了一定的提升。通過(guò)進(jìn)行消泡處理，抗?jié)B性越來(lái)越高。

第二是抗凍性。添加了改性粉煤灰的混凝土試件，通過(guò)150次凍融試驗(yàn)后，其強(qiáng)度僅僅損失了5%。而添加了膨脹劑的試件，強(qiáng)度損失率只有2.6%。但一般的基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度損失卻高達(dá)11%左右。所以，比起基準(zhǔn)混凝土，采用了膨脹劑和改性粉煤灰的預(yù)制橋梁高性能混凝土，在抗凍性方面更強(qiáng)。

4.3 進(jìn)行施工應(yīng)用后的效果

在進(jìn)行了上面的試驗(yàn)之后，對(duì)橋梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用。預(yù)制大概10片33 m的后張梁，平均每片梁用了43 m3的混凝土。因?yàn)樘砑恿艘恍└男苑勖夯?，這些粉煤灰的價(jià)格約為150元/t，每1 m3的混凝土大概能節(jié)約水泥90 kg，那么10片梁大概能節(jié)約5 000元的成本。企業(yè)每年制造和生產(chǎn)大概600片的預(yù)制梁，若是全采用改性粉煤灰高性能混凝土，預(yù)計(jì)節(jié)約大概30萬(wàn)元的成本。

另外，因?yàn)樘砑恿艘恍└男曰?，所以使得混凝土的?qiáng)度得到了提升。同時(shí)也縮短了振動(dòng)、澆筑的周期、耗能，因此這也為企業(yè)帶來(lái)了一些經(jīng)濟(jì)效益。最后，通過(guò)對(duì)這批梁的使用壽命進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其達(dá)到了一定的要求。

5 結(jié)論與體會(huì)

粉煤灰之所以能提高預(yù)制橋梁高性能混凝土的強(qiáng)度，這是因?yàn)榉勖夯以诟男砸院螅?xì)顆粒、球狀顆粒越來(lái)越多，而且對(duì)水的需求量也越來(lái)越低。粉煤灰自身存在一定的激發(fā)力，能使得混凝土得到填充，更加密實(shí)。所以比起基準(zhǔn)混凝土，采用了膨脹劑和改性粉煤灰的預(yù)制橋梁高性能混凝土，在8 d,29 d以后的強(qiáng)度會(huì)更高。

另外，因?yàn)榉勖夯揖哂谢钚蕴畛涞淖饔煤托Ч苁沟盟酀{和顆粒進(jìn)行貼合，加強(qiáng)兩者之間的密實(shí)度。不但減少了混凝土的孔隙，也提高了抗凍性、抗?jié)B性。不僅如此，通過(guò)改性后的粉煤灰會(huì)降低水灰比以及對(duì)水的需求。而且因?yàn)榉勖夯以诓粩嗟乃?，所以降低了水泥漿體里的細(xì)毛孔數(shù)量、孔徑，進(jìn)而提升了混凝土的抗凍性、抗?jié)B性。

通過(guò)在粉煤灰混凝土里添加11%的膨脹劑，提升了混凝土在4 d,29 d以后的強(qiáng)度，這也使得混凝土擁有了更高的抗凍性、抗?jié)B性。而采用消泡劑，則能避免預(yù)制橋梁高性能混凝土中產(chǎn)生麻面、蜂窩、凹凸不平的現(xiàn)象，并且促使混凝土的表面更加平整。這樣一來(lái)，混凝土的耐用性也更強(qiáng)。

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