硅灰粉煤灰復(fù)合雙摻工藝在橋梁工程中的應(yīng)用

申鐵軍

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

在力學(xué)性能方面因粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低，不利于C50梁板的張拉，因此在粉煤灰混凝土中采用摻硅灰的辦法來(lái)彌補(bǔ)混凝土早期強(qiáng)度較低的問(wèn)題。實(shí)踐證明，硅灰粉煤灰雙摻混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均高于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1 工程背景

本工程所在地處于山西省陽(yáng)泉市，該地區(qū)屬煤炭工業(yè)基地，建有大型火力發(fā)電廠、鐵合金廠，優(yōu)質(zhì)硅粉、粉煤灰資源豐富，方便利用。

2 試驗(yàn)方案

原材料確定以后，相關(guān)人員立即進(jìn)行水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)工作，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考量，采用復(fù)合雙摻“硅灰+粉煤灰”高性能混凝土作為太陽(yáng)高速公路本合同段橋梁工程的主要施工工藝，以達(dá)到縮短工期、加快進(jìn)度、降低成本的目的。

2.1 試驗(yàn)原材料

a)水泥 “鼎鑫”牌，P.O52.5級(jí)水泥,產(chǎn)地：河北省鹿泉市鼎鑫水泥有限公司。

b)細(xì)集料 中砂，細(xì)度模數(shù)2.6,產(chǎn)地：河北省石家莊市正定縣。

c)粗集料 5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石,產(chǎn)地：山西省陽(yáng)泉市盂縣。

d)外加劑 聚羧酸高性能減水劑,產(chǎn)地：山西省黃河新型化工有限公司。

e)粉煤灰 磨細(xì)粉煤灰,產(chǎn)地：山西省陽(yáng)泉市第一發(fā)電廠。

f)硅灰 二氧化硅含量85%,產(chǎn)地：山西省陽(yáng)泉市鐵合金廠。

2.2 硅灰品質(zhì)指標(biāo)

本項(xiàng)目采用山西省陽(yáng)泉市鐵合金廠生產(chǎn)的硅灰（硅粉），該硅粉是一種高活性、無(wú)定形球狀顆粒，成分以二氧化硅為主，其顆粒極細(xì)，比表面積是硅酸鹽水泥的85～95倍。硅灰能改善新拌混凝土的泌水性和黏聚性，大幅度提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。本合同段所用硅灰品質(zhì)指標(biāo)如表1。

表1 本項(xiàng)目采用的硅灰品質(zhì)指標(biāo)

2.3 粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)

本項(xiàng)目采用山西省陽(yáng)泉市第一發(fā)電廠生產(chǎn)的粉煤灰，粉煤灰是燃煤火力電廠排放量最大的固體工業(yè)廢棄物之一，是一種灰色粉狀廢棄物，又是一種具有火山灰活性物質(zhì)，同時(shí)它可作為一種水泥混凝土礦物摻和料，并通過(guò)二次水化反應(yīng)，改變水泥混凝土的技術(shù)性能（包括和易性、耐久性），具有很大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。本合同段所用粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)如表2。

表2 本項(xiàng)目采用的粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)

2.4 室內(nèi)進(jìn)行復(fù)合雙摻混凝土配合比設(shè)計(jì)與試配

為滿足高性能混凝土施工性能的要求,本項(xiàng)目在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用硅灰與粉煤灰復(fù)合雙摻進(jìn)行配置試驗(yàn),并與以往的普通配合比進(jìn)行比較,從中選取各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿足施工要求,且成本較低的混凝土配合比應(yīng)用于施工生產(chǎn)。由于本項(xiàng)目首次在混凝土配合比設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用雙摻技術(shù),所以試驗(yàn)從保守角度考慮，試配了C50強(qiáng)度等級(jí)的粉煤灰雙摻混凝土。混凝土配合比設(shè)計(jì)混凝土坍落度在130～180 mm之間。試驗(yàn)經(jīng)反復(fù)調(diào)整之后，在滿足混凝土和易性（流動(dòng)性、黏聚性、保水性）的基礎(chǔ)上最終確定了混凝土的配合比。從新拌混凝土的拌合物性能來(lái)看，硅灰粉煤灰雙摻混凝土（取代水泥的10%～15%）的流動(dòng)性、黏聚性、保水性均較好。見(jiàn)表3。

表3 普通混凝土和硅灰粉煤灰混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果比較

2.4.1 集料含泥量要求

與普通混凝土相比，硅灰混凝土對(duì)原材料要求更高，尤其是集料的含泥量。原材料的潔凈程度是控制硅灰混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是降低硅灰混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的前提條件。集料含泥量應(yīng)滿足表4技術(shù)要求。

表4 硅粉混凝土用集料含泥量技術(shù)要求

2.4.2 混凝土攪拌成型

混凝土中摻入硅粉和粉煤灰后，混凝土黏聚性增加，為確保混凝土混合料攪拌均勻，試驗(yàn)中應(yīng)采用強(qiáng)制攪拌機(jī)進(jìn)行拌合，拌合時(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)40～60 s。其次，硅粉粉煤灰混凝土成型時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加振搗棒插搗次數(shù)或延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間，確保混凝土排氣充分，達(dá)到振動(dòng)密實(shí)狀態(tài)。同時(shí)，硅粉粉煤灰混凝土具有早期水化放熱大和受外界環(huán)境因素影響大的特點(diǎn)，因而，混凝土試件成型后應(yīng)及時(shí)收面，試件表面做到平整、光滑。

2.4.3 混凝土工作性能

與普通混凝土相比，混凝土中摻加硅粉和粉煤灰后，混凝土的和易性得到顯著改善，離析泌水現(xiàn)象消失，但若外加劑選用不當(dāng)或摻量不適宜可能出現(xiàn)混凝土坍落度損失較大的情況。為確保現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工可操作性，要求試驗(yàn)室必須對(duì)每批進(jìn)場(chǎng)的外加劑進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)（化學(xué)適應(yīng)性和摻量適應(yīng)性），并根據(jù)試驗(yàn)情況及時(shí)通知外加劑廠家進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，避免由于混凝土坍落度損失過(guò)大造成工程質(zhì)量事故。

3 室外“硅粉+粉煤灰”復(fù)合雙摻混凝土施工工藝

實(shí)際施工生產(chǎn)同室內(nèi)試驗(yàn)有所區(qū)別，本項(xiàng)目施工正值夏季更應(yīng)注意，硅粉粉煤灰混凝土黏聚性大、吸水性強(qiáng)，早期放熱快，為確保其施工質(zhì)量，施工中應(yīng)遵循溫度控制和施工控制兩項(xiàng)原則。

3.1 采取保溫保濕處理措施 防止混凝土出現(xiàn)早期開(kāi)裂

a）控制原材料溫度以降低混凝土入模溫度，并避免在高溫天氣下澆筑混凝土。現(xiàn)場(chǎng)堆放集料在高溫期間應(yīng)做好遮陽(yáng)處理，混凝土拌合用水可采用碎冰或深井冷水等方式降低溫度，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制夏季高溫期間水泥的溫度（通常要求小于50℃），水泥溫度升高不但造成混凝土早期水化放熱大，還可能造成與外加劑不適應(yīng)，因此，施工期間施工單位應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)散裝水泥的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)（這一點(diǎn)通常被施工單位所忽視）。為防止因混凝土入模溫度過(guò)高導(dǎo)致開(kāi)裂，混凝土澆筑時(shí)溫度應(yīng)控制在小于30℃。

b）通過(guò)“夏季保濕，冬季保溫”的技術(shù)原則，控制混凝土內(nèi)部與表面及表面與外界介質(zhì)的溫度差[1]。混凝土中心溫度與表面溫度的最大溫差應(yīng)小于25℃，混凝土表面溫度與外界介質(zhì)溫差也應(yīng)小于25℃。

c）選擇合理的拆模時(shí)間。拆模時(shí)混凝土內(nèi)外溫差不應(yīng)超過(guò)15℃，且氣溫急劇變化時(shí)不宜拆模。

d）選擇適合工程使用要求的化學(xué)外加劑，杜絕外加劑中摻入過(guò)量的早強(qiáng)成分，適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)周期，延緩混凝土水化放熱過(guò)程。

3.2 加強(qiáng)施工過(guò)程控制 提高混凝土施工質(zhì)量

a）攪拌時(shí)間應(yīng)比普通混凝土延長(zhǎng)40～60 s;b）運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)盡量縮短，并應(yīng)避開(kāi)高溫天氣；c）振搗時(shí)間比普通混凝土長(zhǎng)，振搗必須充分密實(shí)，不得漏振、欠振；d）施工應(yīng)連續(xù)供應(yīng)，防治出現(xiàn)冷接縫。

4 “硅粉+粉煤灰”復(fù)合雙摻混凝土養(yǎng)護(hù)工藝

硅粉粉煤灰混凝土早期收縮大，易出現(xiàn)早期塑性收縮裂縫和干縮裂縫，必須制定科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)方案。為此，宜參照以下養(yǎng)護(hù)措施：a）硅粉粉煤灰混凝土澆筑完成且處于初凝后至終凝前采用人工噴霧進(jìn)行保濕養(yǎng)生，保濕養(yǎng)生中混凝土表面應(yīng)基本濕潤(rùn)，不出現(xiàn)水滴或水流；b）硅粉粉煤灰混凝土終凝后，應(yīng)立即進(jìn)行全面保濕養(yǎng)生，具體養(yǎng)生方式應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地、水源、環(huán)境等各方面條件等制定，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d；c）針對(duì)硅粉粉煤灰混凝土早期收縮大的特點(diǎn)，推薦采用高分子混凝土養(yǎng)護(hù)膜來(lái)進(jìn)行養(yǎng)生，貼膜應(yīng)遵循先下后上、橫向鋪貼的原則，切忌先上后下鋪貼，以免造成下面養(yǎng)護(hù)膜的上邊緣搭在上面養(yǎng)護(hù)膜之外，而不能很好地粘貼在雙面膠上，容易松垮，形成進(jìn)風(fēng)口，從而影響?zhàn)B護(hù)質(zhì)量；切忌豎直鋪貼，以免澆水時(shí)，過(guò)多的水流將膜內(nèi)高分子材料順?biāo)疀_跑，從而影響?zhàn)B護(hù)質(zhì)量；將養(yǎng)護(hù)膜卷豎立并將養(yǎng)護(hù)膜有孔的一面緊貼混凝土立面，橫著向前移動(dòng)，且養(yǎng)護(hù)膜的上邊沿應(yīng)緊貼在雙面膠的中間，這樣，可以使養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)高分子材料充分吸水，吸水后養(yǎng)護(hù)膜便能緊緊吸附于養(yǎng)生立面，能達(dá)到最佳保濕保溫效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，一些路橋單位已開(kāi)始大量應(yīng)用水泥混凝土雙摻硅灰和粉煤灰技術(shù)，配制高性能、高強(qiáng)度、大流動(dòng)性混凝土，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，需要注意的是，由于硅灰本身固有的特性，混凝土拌合物的流動(dòng)性降低速度較快，夏季施工時(shí)應(yīng)特別注意。