高钙粉煤灰在水下混凝土中的应用

摘 要：简要论述了高钙粉煤灰的特点、性能及高钙粉煤灰与缓凝高效减水剂双掺配制水下混凝土技术，对高钙粉煤灰在混凝土中应用的安定性问题作了探讨，并对高钙粉煤灰在施工生产中的应用效果作了总结。

关键词：高钙粉煤灰 水下混凝土 应用

中图分类号：TU521 文献标识码：A 文章编号：1006-797312-0038-02

一、粉煤灰的性能、特点

1．外观和颜色

　　由于燃煤和燃烧条件不同，粉煤灰中的含碳量差距很大。颜色大多为乳白色、深褐色，高钙灰多为浅黄色或浅灰色，含碳量越高其颜色越深，在实际应用中应选用浅色粉煤灰，从颜色上初步判定粉煤灰的含碳量高低。

2．细度

　　粉煤灰的颗粒粒径大部分在45μm 以下，其中玻璃微珠粒径平均10～30μm，由于粉煤灰的活性主要来自于玻璃微珠颗粒，所以也要控制粉煤灰的细度满足规范要求。高钙粉煤灰经粉磨加工后，45μm 筛筛余一般在7~12%之间。

3．需水比

　　粉煤灰以不同结构颗粒组成，密实的玻璃体颗粒含量高，则需水比小，密度大，活性高；而疏松多孔，片状的颗粒多，则需水比大，密度小，活性低。一般高钙粉煤灰的烧失量很低，颗粒形态以球状为主，所以其需水量比较低，即使粒度较大时，需水量比仍低于100%，具有较好的减水作用。

4．化学成分

　　粉煤灰的化学成分主要有SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO 等，其中高温产生的SiO2，Al2O3，CaO 等具有一定活性，其含量越大，则活性越大，一般控制三者的含量和应大于70%。

二、掺和粉煤灰的混凝土配合比设计

1．混凝土材料的性能与选择

　　粉煤灰能提高混凝土的可泵性，用粉煤灰取代部分水泥，既可以节约水泥，又可使混凝土早期强度增长减弱，推迟水化热最高峰的到来，还可使混凝土后期强度增长显著。按照《粉煤灰混凝土应用技术规范》和《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》，经试验选用嘉兴兴欣粉煤灰公司的磨细Ⅱ级高钙粉煤灰。各项技术指标如下：

　　水泥为浙江星阁水泥建材有限公司生产的P·O32.5水泥。

　　经过水泥与减水剂相容性试验，综合考虑选用浙江德清五龙外加剂厂生产的ZWL-1 型缓凝高效减水剂，掺入胶凝材料用量的0.4%，可减水10%～15% ，能显著提高混凝土的粘聚性、可泵性和密实度，从而提高混凝土的强度。

　　采用中砂，含泥量在1%以内。

　　石子采用5～16mm、20-40mm 碎石掺配成5-40连续级配。

2．配合比

　　根据《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》的规定，掺粉煤灰混凝土配合比设计时，应以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度等级原则，用超量取代法进行调整。

　　首先按设计要求进行普通混凝土基准配合比的设计，然后按下表选择粉煤灰取代水泥率　　。并考虑高钙粉煤灰掺量对安定性的影响，对掺加粉煤灰的混凝土进行安定性复核试验。

　　根据所选用的粉煤灰取代水泥率，计算出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量mc=mco

　　选择粉煤灰超量系数。根据上海市地方标准DBJ08-230-98《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程》中推荐的参数取用，对于Ⅱ级高钙粉煤灰，超量系数取1.1～1.5，当水泥强度富裕较多、或配制大体积混凝土、或设计强度等级的龄期较长、或高钙粉煤灰品质较好、或采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥时，超量系数K 可取下限。

　　根据超量系数，求出每立方米混凝土的粉煤灰掺量mf=δc式中：ｍｆ-每立方米混凝土的粉煤灰掺入量；δc-超量系数；mco-每立方米混凝土的水泥用量；mc-每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量。

　　计算出每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰和细骨料的绝对体积，求出粉煤灰超出水泥的体积，并扣除同体积的细骨料用量：

ms=mso-ρs

　　式中：ms-每立方米粉煤灰混凝土的细骨料用量；ρc-细骨料的视密度；ρf-粉煤灰密度；mso-混凝土基本配合比细骨料用量；ρs-细骨料的视密度。

　　粉煤灰混凝土的用水量，按基准配合比的用水量取用，粗骨料也同样按基准配合比取用。即：mw=mwomg=mgo

　　式中：mw—每立方米粉煤灰混凝土的用水量；

　　　　　mwo—每立方混凝土基本配合比用水量；

　　　　　mg—每立方米粉煤灰混凝土粗骨料用量；

　　　　　mgo—每立方米混凝土基本配合比的粗骨料用量。

　　根据计算的掺粉煤灰混凝土配合比，通过试配，在保证设计所需和易性的基础上，进行混凝土配合比的调整。

　　根据调整后的配合比，提出现场施工用的掺粉煤灰的混凝土配合比。

　　根据上述方法设计出了C25 桩基砼配比，经驻地办试验室复核验证并报申嘉湖高速公路中心试验室复核验证，确认采用水胶比为0.47 的配合比。

三、施工控制及安定性影响探讨

1．粉煤灰混凝土的施工控制

　　贮运粉煤灰时，必须注意防潮、防水，避免结块，应随用随运。

　　配制混凝土的骨料应级配良好，以减小空隙率，利于水胶比降低，保证使用效果；

　　混凝土采用微机控制、自动化计量上 料、强制式搅拌机拌制。砂、石、水泥、水、粉煤灰均为电脑自动计量上料，减水剂采用小包装准确计量后外加。

　　粉煤灰混凝土必须搅拌均匀，其搅拌时间应比基准混凝土延长10~30s。

　　每连续供应的200 吨相同等级的粉煤灰为一批，取样测定其细度、烧失量，对同一供灰单位每月测定一次需水量比，每季度测定一次三氧化硫含量。

2．游离CaO 含量对粉煤灰混凝土安定性影响探讨

　　高钙粉煤灰由于含有较高的CaO 含量，因此具有活性高，可自凝，自硬，颗粒细，需水量较低等性能特征。但是高钙粉煤灰中的游离氧化钙一般含量较大，由于这部分游离状态的Ca0 在水化过程中产生体积膨胀而有可能影响到体积安定性。

　　但由于磨细高钙粉煤灰，晶体结构较疏松，晶粒较小，水化活性较大，因此这种f- CaO 水化可能较快，不易造成局部膨胀应力集中，不至于对体积安定性构成严重后果。同时在工程中，一般情况下物料所处环境温度大都在40℃以下，游离CaO 水化时产生的极限膨胀值低于100℃试验的条件下极限膨胀值，而且出现极限膨胀值的时间亦大为推迟，尤其在应用缓凝型外加剂条件时，砼凝结时间一般在10 小时以上，其结果可能使膨胀发生处于水泥混凝土凝结时期之前基本完成，即使有剩余膨胀存在，此时此刻，水泥混凝土已产生一定强度，当其强度值达到可以抑制游离石灰产生的膨胀破坏应力时，已不可能对水泥混凝土结构构成破坏，体积安定性问题已不复存在。同时游离钙在水泥混凝土中水化时的工况条件与水泥净浆试验条件下的工况条件不相似，水化介质中溶有各外加剂盐类，这对于游离氧化钙的水化膨胀均有一定缓解作用，而且多组分复合物水泥混凝土中，由于集料的存在，对膨胀所起的抑制作用，以及高钙粉煤灰细度较细，在水泥混凝土中分布较均匀，其量又占砂浆混凝土组分中相对较少等种种因素均有利于掺用高钙粉煤灰混凝土的体积安定性。

参考文献

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　　[2] 粉煤灰混凝土应用技术规范.GBJ146-90.

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