粉煤灰混凝土在橋梁基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

蘇東陽

(河北省東光縣公路管理站)

粉煤灰混凝土在橋梁基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

蘇東陽

(河北省東光縣公路管理站)

利用粉煤灰的特性，在混凝土中加入粉煤灰，不僅能能污染物得到合理處理，還能減少水泥的使用量，降低工程費用，增強混凝土的各項性能，將其應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)工程中，有著廣闊的前景。

粉煤灰;混凝土;摻量;水化

1 概述

粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山的灰質(zhì)混合材料，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國是一個以煤炭為主要能源的國家，火力發(fā)電基本靠煤。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，加上電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰如不加處理直接排放，則不僅污染環(huán)境，還對人體健康和各類生物造成危害。在普通混凝土中摻加粉煤灰，不僅能使污染物得到合理處理，還能減少水泥的使用量，降低工程費用，增強混凝土的各項性能，將其應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)工程中，有著廣闊的前景。

2 粉煤灰混凝土用于橋梁工程的特性分析

2.1 粉煤灰混凝土抗壓強度分析

(1)水膠比對粉煤灰混凝土抗壓強度的影響。

圖1 水膠比對某外加劑粉煤灰混凝土抗壓強度的影響

從圖1不難看出:在粉煤灰的摻入量相同的情況下，隨著水膠比的增加，粉煤灰混凝土抗壓強度是逐漸下降的;水膠比相同的情況下，粉煤灰混凝土抗壓強度基本都比普通混凝土低。因此，粉煤灰混凝土要獲得較大的抗壓強度，不僅要選擇合適的摻量，而且要使用比普通混凝土更低的水膠比。

(2)粉煤灰摻量對粉煤灰混凝土抗壓強度的影響

圖2 粉煤灰摻量對某外加劑粉煤灰混凝土60 d抗壓強度的影響

從圖2可看出:粉煤灰摻量從0% ～27.3%的變化過程中抗壓強度是逐漸減小的，摻量為27.3%時達到極小值;由27.3% ～39.1%的變化中，又逐漸增大，在39.1%摻量時得到最大抗壓強度;在后續(xù)的變化中，抗壓強度大體呈逐漸下降趨勢。但水膠比較大的粉煤灰混凝土抗壓強度下降的更快，即水膠比小的粉煤灰混凝土適應(yīng)的摻量更大。

2.2 粉煤灰混凝土抗凍耐久性特性

(1)抗凍性

有學者通過研究粉煤灰混凝土的水化作用得出如下結(jié)論:含氣量和水膠比等都會對其抗凍融性產(chǎn)生影響。混凝土抗凍融的破壞機理是在其中摻用引氣劑，其產(chǎn)生的氣泡能緩解凍融過程中產(chǎn)生的膨脹壓力和滲透壓力。若摻用引氣劑的量達到一定要求，可使混凝土抗凍融性能提高好幾倍。在同等條件下，隨著含氣量的增大，混凝土抗凍融性能將增強，抗壓強度卻會降低。隨著抗壓強度的降低，抗凍融性能也會減弱，所以含氣量并不是越大越好，它存在一個最佳范圍。因此，最佳范圍含氣量的確定要通過嚴格的試驗按抗凍指標來確定。

同等條件下，普通混凝土的水灰比愈大，其毛細管越多，吸水率就愈大，其在凍融過程中產(chǎn)生的膨脹力和滲透力也就愈大，其抗凍融性能也就愈差。對于粉煤灰混凝土來說，同樣符合上述規(guī)律。而從圖2中曲線的發(fā)展趨勢來看，在原材料相同的情況下，較低水膠比的粉煤灰混凝土可獲得與普通混凝土相近的抗凍融性能。通過粉煤灰混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0.25～0.27范圍內(nèi)，隨著粉煤灰內(nèi)摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。

(2)耐久性

在結(jié)構(gòu)混凝土中單純只使用水泥，不摻粉煤灰等摻和料時，則不具有高性能混凝土的品質(zhì)，如果要將混凝土配制成將耐久性作為重要基本特征的高性能混凝土，在其水泥水化產(chǎn)物中就必須盡量消除氫氧化鈣等大批晶體對混凝土強度、耐久性的損壞。粉煤灰等活性摻合料的成分是SiO2和Al2O3，其能與水反應(yīng)生成Ca(OH)2，之后還能與Ca(OH)2發(fā)生“二次反應(yīng)”生成水化硫酸鈣和水化鋁酸鈣的膠凝體，而這些生成產(chǎn)物是水泥石中提供強度的主要礦物來源。這就不僅使混凝土的耐久性性能得到了改善，還使得強度得到了提高。

混凝土中細集料填充了粗集料間的空隙，而細集料的空隙則是由水泥漿填充并將它們膠結(jié)起來，在混凝土硬化之后，集料均被水泥石包裹。混凝土用的粗集料升溫膨脹，而水泥石則升溫收縮，這兩種不同的脹縮行為會在水泥石與集料的粘結(jié)界面產(chǎn)生應(yīng)力，直至破壞粘結(jié)界面，導致混凝土的開裂，而粉煤灰則能增強水泥石與集料的界面粘結(jié)能力。

水泥在凝結(jié)硬化過程中，由于滲透壓力的作用，水泥微粒進一步水化，除繼續(xù)生成Ca(OH)2及鈣礬石外，還會生成大量凝膠。在160～300℃的相對低溫階段開始脫水，使凝膠體組織逐漸致密，混凝土強度將增加。到350～800℃時凝膠中約有85%水分逸出，達到900℃以上時則趨于完全脫水，這種脫去自身結(jié)合水的行為，會破壞凝膠體結(jié)構(gòu)，直至開裂，進而導致水泥石強度下降。凝膠層越厚，開裂程度將越大。加入粉煤灰后，水泥水化產(chǎn)生的凝膠體包裹在粉煤灰的表面，從而有效分散凝膠體，減少膠層的厚度，從而降低凝膠體在高溫下的開裂程度。粉煤灰顆粒越細，加入的量越多，凝膠層厚度越薄混凝土越不容易開裂。粉煤灰的摻入使硬化混凝土干縮變形較少，提高抗裂性能，從而提高混凝土的耐久性。

由于粉煤灰混凝土具有上述特性，將其用于橋梁工程中，不僅可以變廢為寶，減少對環(huán)境的污染，還便于工程就地取材，解決材料匱乏問題，降低工程造價，更由于其良好的工程特性，能提高混凝土質(zhì)量，可以廣泛利用于橋梁工程中。

3 工程應(yīng)用

結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)對混凝土有關(guān)耐久性的相關(guān)要求及關(guān)于高性能混凝土的有關(guān)觀點，該工程可按以下步驟進行設(shè)計來確定粉煤灰混凝土的配合比。

(1)混凝土強度等級選擇≥C30級，水泥用量不宜低于100 kg/m3，粉煤灰摻量不宜大于60%，利用以上這些條件來確保粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

(2)用水量選擇宜≤180 kg/m3。

(3)選擇粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%、50%、60%，選擇水膠比分別為 0.3、0.35、0.40、0.45、0.50，通過進行正交試驗設(shè)計或裂區(qū)設(shè)計，測試混凝土的和易性及強度，并進行經(jīng)濟指標比較。

(4)以滿足和易性為原則確定砂率，粉煤灰摻量增加，砂率減小，砂子減小的體積應(yīng)等于粉煤灰增加部分的體積。

(5)計算砂石用量。

(6)外加劑摻量以滿足混凝土和易性要求為宜，可由膠凝材料的適當比例及水灰比大小確定。

通過以上試驗步驟，確定出經(jīng)濟指標最佳，漿體用量在0.3～0.35 m3之間，且和易性滿足施工要求的不同強度等級的粉煤灰混凝土，從而得到該處跨線橋挖孔灌注樁粉煤灰混凝土施工配合比及摻量。每方混凝土用量見表1～表3(坍落度分別為180～220 mm、120～160 mm、120～160 mm)。

表1 樁基粉煤灰混凝土材料用量表

表2 系梁、承臺粉煤灰混凝土材料用量表

表3 墩柱粉煤灰混凝土材料用量表

經(jīng)實體工程回彈檢測，以上粉煤灰混凝土強度均滿足對應(yīng)的強度等級。

4 總結(jié)

經(jīng)過以上分析，將粉煤灰混凝土的優(yōu)良性能運用于工程實踐中，不僅解決了粉煤灰對環(huán)境的污染，降低工程造價，還能提高混凝土性能。通過實驗，根據(jù)具體工程要求，合理確定應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)工程中的粉煤灰混凝土中的粉煤灰的摻量和配置比，能提高混凝土的抗壓強度和抗凍耐久性能，因而在橋梁基礎(chǔ)工程中能得到較好的應(yīng)用。

［1］胡雅群.淺談粉煤灰對混凝土耐久性的影響［J］.建筑科學，2010，(32):41.

［2］劉愛新.粉煤灰混凝土的性能及其應(yīng)用［J］.混凝土，2001，(12).

［3］李永祥，王宇，董夢臣.粉煤灰混凝土性能的研究［J］.科學實踐，315-316.

U416.217

C

1008-3383(2012)03-0029-02

2012-01-15

蘇東陽(1984-)，男，助理工程師，從事橋梁工程施工技術(shù)研究。