粉煤灰在毗河供水工程槽身泵送混凝土中的應用

宗 培 軍， 蘭 旭 東

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

0 前 言

粉煤灰在混凝土中產生形態效應、火山灰效應和微集料效應三種效應。粉煤灰粒徑很小，多呈球形，表面比較光滑，這種球形小顆粒統稱為微球，摻入混凝土中，可提高混凝土的和易性減少用水量。同時粉煤灰在混凝土中可起到微集料作用，充填在微小的空隙中,可混凝土。

粉煤灰摻入混凝土后,混凝土坍落度變大，保水性和粘聚性也得到提高。粉煤灰的細度小于水泥，它替代部分水泥后，使混凝土獲得更多的膠凝漿體體積，增加拌合物的粘聚性。粉煤灰的微珠顆粒對泌水通道起到堵截作用，可提高拌合物的保水性。粉煤灰的細微顆粒填充于混凝土中不夠致密的孔隙中，使原本填充其中的水分被釋放出來，提高了拌合物的流動性。此外，粉煤灰延緩了混凝土初期的水化反應,隨著粉煤灰摻量的增加，明顯坍落損失明顯減少,滿足混凝土遠距離運輸、澆筑的要求。

1 工程簡介

毗河供水一期工程由引水樞紐、總干渠、干渠、充水渠及灌區渠系工程等組成。該工程主要建設內容包括茍家灘引水樞紐、輸水總干渠一期工程(渠首朝陽水庫)、新生水庫充水渠、十里河水庫充水渠、鯉魚水庫充水渠、樂陽干渠及灌區15條骨干渠配套工程。各類渠道總長381.36 km，其中總干渠長156.3 km。該工程為Ⅰ等工程，設計引水流量22 m3/s。

茍家灘引水樞紐位于成都市新都區毗河中游，引水樞紐包括攔河閘、進水閘及兩岸防洪堤。總干渠從茍家灘引水樞紐引水口起，向南東方向延伸。在金堂縣白果場下游設付家壩倒虹管跨沱江，經平橋鎮、悃牛寨于大河壩設倒虹管跨陽化河，再經曾家灣、金順場，以后線路折向南東經樂至縣城以南延伸至安岳縣的朝陽水庫。總干渠全長156.4 km，沿線總體地勢北西高、南東低，其中明渠(含暗渠)69.54 km；隧洞66座，長51.82 km；渡槽57座，長27.74 km；倒虹管4座，長7.35 km。其中該工程渡槽采用現場澆筑的施工方法，部分渡槽高度達到20～30 m，因此保證渡槽槽身混凝土拌合物工作性能和耐久性能是保證渡槽槽身工程施工質量的重點之一。

2 混凝土原材料

茍家灘引水樞紐項目槽身混凝土原材料使用情況如表1所示：

表1 毗河供水一期混凝土原材料列表

3 配合比調整

在茍家灘引水樞紐中，槽身中使用的混凝土設計指標為C30W6F100。試驗室初始設計的每立方米混凝土配合比如下：水泥372 kg,細集料743 kg,粗集料1 114 kg,水171 kg，外加劑3.72 kg，設計坍落度160～180 mm。但在實際施工過程中，深受當地環境影響，因天氣炎熱造成坍落度損失，極大程度上影響了槽身泵送混凝土的工作性能，導致在渡槽墩柱、槽身等部位施工中受到很大影響。項目部一方面受影響工程部位提前按夏季施工方案進行施工，另一方面通過摻和粉煤灰調整原配合比設計，改善整體混凝土的施工性能。

在保證C30W6F100混凝土強度和耐久性均能滿足設計要求的前提下，開展以改善工作性能為目的進行調整。在混凝土配合比調整上，采用先保持除膠凝材料外的其他參數配比不變，通過不同摻量的粉煤灰試拌觀察混凝土性能，以確定粉煤灰最優摻量，最后再采取優化的方式確定最終配合比。摻和粉煤灰后，試配配合情況如表2所示。

表2 茍家灘C30W6F100泵送混凝土調整試配表

3.1 工作性能

不同配比情況下，坍落度損失情況表見圖1。

圖1 不同粉煤灰比例試配混凝土坍落度損失圖

由圖1中的試驗結果可知，隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土坍落度損失越來越少，有效地改善了混凝土的工作性能,提高了混凝土的施工質量,使混凝土的自密實和可泵性得到提高。

不同配比情況下，混凝土凝結時間影響的結果如圖2所示。

圖2 不同粉煤灰比例試配混凝土凝結時間圖

由圖2中的檢測數據可知，摻入粉煤灰后，混凝土的初、終凝時間相對延遲，并且隨著摻量的提高， 凝結時間越長。從而得出結論：摻加粉煤灰會延長混凝土的凝結時間。由于凝結時間直接影響混凝土的凝結硬化強度，凝結時間的延長有助于混凝土后期強度的增長，同時還為遠距離運輸混凝土后的澆搗工序贏得更多時間，保證了現場施工有序進行，提高了工程質量。

同時在等量取代水泥時，隨粉煤灰摻量增加，水泥水化熱降低，且降低了混凝土溫升。粉煤灰還能消減峰值和推遲最高溫升出現的時間，這對槽身薄壁混凝土防裂和抗裂有很好效果。

3.2 力學性能

不同配比情況下，混凝土強度增長的結果如圖3所示。

圖3 不同粉煤灰比例試配混凝土強度增長圖

粉煤灰對混凝土的影響取決于其減水效果和火山灰效應。由于粉煤灰自身的膠凝性比水泥小，須與水泥水化產物Ca(OH)2產生二次反應，因此摻加粉煤灰的混凝土早期強度發展緩慢，后期增長率高，使得粉煤灰混凝土在強度較之普通混凝土出現后來居上的現象。這對水工混凝土建筑物來說，能充分利用其后期強度的發展，有利于改善和提高混凝土性能。

一般水利工程強度評定以參照混凝土28 d抗壓強度為準，但在實際情況中，粉煤灰水化時間為28～90 d之間。因此28 d以后摻粉煤灰的混凝土強度依然具有很高的增長空間。圖3中所示也驗證了這一點。而且從圖中曲線趨勢分析，混凝土后期強度隨粉煤灰摻量的增加而增長更明顯。但隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土早期強度降低比較明顯，當摻量達到30%時，混凝土28 d抗壓強度為37.8 MPa，小于C30混凝土最低的配置強度fcu,o=30+1.645×5.0=38.2 MPa，不能滿足設計要求。

3.3 耐久性能

調整配合比經由混凝土抗凍及抗滲試驗4個不同粉煤灰比例試配混凝土的抗凍性能和抗滲性能均能滿足設計要求。

3.4 混凝土調整結果

經過對摻和不同比例粉煤灰后的混凝土各項指標進行對，特別是圖3強度增長根據內差法選定粉煤灰摻量為25%。最終茍家灘引水樞紐項目中槽身混凝土經調整的施工配合比為：水泥272 kg/m3,粉煤灰91 kg/m3,細集料729 kg/m3,粗集料1 141 kg/m3,水167 kg/m3,減水劑3.63 kg/m3。

4 結 語

在毗河供水一期工程開工初期，正置夏季，施工時氣候炎熱。又因水利工程施工線路較長等特點，混凝土從拌制、運輸、澆筑整個過程中水分蒸發較快，坍落度損失很大，導致混凝土泵送困難，影響施工進度和工程質量。為解決這一問題，試驗室分別從外加劑，摻和料方面入手調整配合比。經使用該配合比后三個月的試驗檢測數據分析，平均出機口坍落度175 mm，7天強度28.6 MPa，28 d強度39.1 MPa,抗凍性能和抗滲性能均能滿足設計要求。同時因坍落度損失較小，凝結時間適宜。使混凝土滿足力學性能和耐久性要求的同時，實現粉煤灰最經濟摻量，最大限度的改善了混凝土的性能，保證了整個項目工程進度的順利進行。