大摻量粉煤灰海工混凝土在金塘大橋灌注樁中的應(yīng)用

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摘　要: 針對(duì)金塘大橋海工混凝土所處環(huán)境的特點(diǎn),采用大摻量粉煤灰配制灌注樁海工混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明,大摻量粉煤灰海工混凝土的工作性、力學(xué)性能良好,所確定的配合比使混凝土既能滿(mǎn)足耐久性要求,又能滿(mǎn)足低成本要求,在金塘大橋工程施工中得到比較成功的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:大摻量粉煤灰;海工混凝土;灌注樁
中圖分類(lèi)號(hào): TV37513 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 　　　文章編號(hào):1005 - 8249 (2007) 06 - 0015 - 03 收稿日期:2007 - 04 - 12
1 工程概況
　　金塘跨海大橋橫跨杭州灣海域,全長(zhǎng)36km ,其中西通航孔橋主墩樁基礎(chǔ)34 根, 樁徑200cm , 樁長(zhǎng)110m ,邊墩樁基礎(chǔ)20 根,樁徑200cm ,樁長(zhǎng)90m ,混凝土等級(jí)為C35 ?；炷猎O(shè)計(jì)為大流動(dòng)度耐久性海工混凝土,應(yīng)具有良好的可泵性和較長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間,在滿(mǎn)足強(qiáng)度的條件下達(dá)到高耐久性要求。
本文根據(jù)《金塘大橋海工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)程》和海上施工的實(shí)際情況,采用大摻量粉煤灰配制的灌注樁海工混凝土,通過(guò)優(yōu)化混凝土材料組成,研究混凝土的工作性、力學(xué)性能、抗氯離子滲透及其他性能,從而達(dá)到設(shè)計(jì)、施工工藝和經(jīng)濟(jì)的要求。
2 　灌注樁混凝土配合比設(shè)計(jì)思路與技術(shù)措施
2. 1 　設(shè)計(jì)思路
　　為了保證灌注樁混凝土有足夠的良好工作性能、強(qiáng)度和耐久性能,使其能承受上部結(jié)構(gòu)的各種外力和不同因素的影響,混凝土應(yīng)達(dá)到如下要求: (1) 混凝土拌和物必須具有良好的粘聚性能,不產(chǎn)生或少產(chǎn)生離析現(xiàn)象; (2) 混凝土必須具有一定的流動(dòng)性,由混凝土本身重量自動(dòng)流平來(lái)完成混凝土的平整和密實(shí); (3) 由于灌注樁混凝土是在水下施工和凝結(jié)硬化,必須保證混凝土獲得足夠的強(qiáng)度; (4) 混凝土在施工后凝結(jié)硬化,并長(zhǎng)期承受各種荷載作用和其它因素的影響,因此除強(qiáng)度滿(mǎn)足要求外,還必須考慮耐久性能,如抗氯離子滲透性、耐蝕性等。
2. 2 　技術(shù)措施
　　為配制符合設(shè)計(jì)和施工要求的灌注樁海工混凝土,主要采取以下技術(shù)措施: (1) 控制原材料質(zhì)量:砂、石材料的含泥量與泥塊含量要求嚴(yán)格,石子的最大粒徑控制在25mm ,砂子采用中粗砂,水泥的堿含量控制在0. 6 %以下。(2) 采用聚羧酸高效減水劑:控制混凝土的水膠比,減少坍落度的經(jīng)時(shí)損失,延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間,混凝土含氣量控制在4 %～6 % ,保證混凝土具有適宜的粘度、較大的流動(dòng)性、不離析和適宜的凝結(jié)時(shí)間等優(yōu)良施工性能。(3) 控制膠材種類(lèi)和用量:混凝土膠凝材料用量為430～450kg/ m3 ,采用大摻量的粉煤灰和礦粉。礦物摻合料在混凝土中微集料作用,參與膠凝材料的水化反應(yīng),降低了水膠比,改善水泥漿的質(zhì)量,提高混凝土抗氯離子滲透性能。
3 　試驗(yàn)原材料與方法
3. 1 　試驗(yàn)原材料
　　試驗(yàn)原材料包括:寧國(guó)海螺P. II42. 5 水泥、諫壁I級(jí)粉煤灰、蕪湖朱家橋S95 級(jí)礦粉、中砂(細(xì)度模數(shù)2. 63 ,表觀密度2. 64g/ cm3 ) 、碎石(5cm～25mm 連續(xù)級(jí)配,表觀密度2. 63g/ cm3 ) 、聚羧酸減水劑(減水率≥25 %) 、自來(lái)水。
3. 2 　試驗(yàn)方法
　　依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GBJ80 - 85進(jìn)行混凝土拌合物性能試驗(yàn),依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GBJ80 - 85 進(jìn)行混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)。
　　倒坍落筒流出時(shí)間法　海工混凝土由于粘性大,僅用坍落度和擴(kuò)展值等難以表征其流動(dòng)性,這時(shí)結(jié)合倒坍落筒流出時(shí)間顯得尤為重要。方法是將坍落筒倒置,底部封蓋裝滿(mǎn)混凝土并抹平(一般倒置坍落度筒,底部離地50cm 為宜) ,迅速滑開(kāi)底蓋,用秒表記錄混凝土流空時(shí)間,時(shí)間越長(zhǎng)代表混凝土粘度越大。
　　氯離子滲透試驗(yàn)　混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)參照混凝土抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測(cè)定的RCM 法進(jìn)行。按照該方法測(cè)得混凝土中氯離子非穩(wěn)態(tài)快速遷移擴(kuò)散系數(shù)。
4 　試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　試配灌注樁海工混凝土?xí)r,試配強(qiáng)度不是主要解決的問(wèn)題,抗氯離子滲透是關(guān)鍵的因素,混凝土的工作性及經(jīng)濟(jì)性也是必須要考慮的問(wèn)題。本工程設(shè)計(jì)混凝土要求84d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤2. 5 ×10 - 12 m2 / s ,因此在混凝土中摻入粉煤灰和礦粉,混凝土膠凝材料用量為430～450kg/ m3 ,選擇與水泥及摻合料相容的外加劑并調(diào)整外加劑的摻量, 控制適宜的水膠比0. 33～0. 35 ,并采用倒坍落度評(píng)價(jià)混凝土的工作性。5種不同比例膠凝材料的混凝土配合比見(jiàn)表1 。

4. 1 　粉煤灰對(duì)混凝土工作性能影響

　　從表2 看出,在粉煤灰摻量為0 和15 %時(shí),由于礦粉摻量高,混凝土較粘,和易性較差;隨著粉煤灰摻量的增大,混凝土的和易性有較大的改善,其中摻40 %粉煤灰4 # 的新拌混凝土1. 5h 坍落度損失最小。本試驗(yàn)采用倒置坍落度評(píng)價(jià)混凝土的工作性,當(dāng)?shù)V粉摻量較大(40 %) 時(shí),倒坍落度時(shí)間為34s ,混凝土粘度最大,從而會(huì)降低混凝土泵送性能,影響混凝土施工;摻40 %粉煤灰混凝土倒坍落度時(shí)間僅15s ,這說(shuō)明摻入粉煤灰可以降低混凝土粘度,改善混凝土的泵送性能。 4. 2 　粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能的影響

　　從表3 試驗(yàn)結(jié)果看出,幾組混凝土的力學(xué)性能無(wú)明顯差異,均超過(guò)設(shè)計(jì)要求,其中摻40 %礦粉1 # 28d的抗壓強(qiáng)度60. 3MPa ,而由于粉煤灰的減水作用,摻40 %粉煤灰4 # 的水膠比降到0. 33 , 28d 強(qiáng)度達(dá)到57. 1MPa 。力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明,在混凝土中摻加40 %的粉煤灰對(duì)抗壓強(qiáng)度,無(wú)負(fù)面效應(yīng)。表3 中5 種配合比混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨礦粉摻量的增大而增大,84d 的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均小于2. 5×10 - 12m2 / s ,其中摻40 %礦粉混凝土1 # 氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小,84d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)為0. 872 ×10 - 12m2 / s ,而摻40 %粉煤灰4 # 混凝土84d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)為1. 13 ×10 - 12 m2 / s?？孤入x子滲透試驗(yàn)結(jié)果表明,僅摻入粉煤灰混凝土也具備優(yōu)良的抗氯離子侵蝕能力,并且氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨混凝土齡期的延長(zhǎng)而減小。
4. 3 　混凝土經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)和配比的確定
　　從混凝土配比經(jīng)濟(jì)性看,粉煤灰的價(jià)格只有礦粉的70 %左右,單摻粉煤灰的配合比經(jīng)濟(jì)上具有較大的優(yōu)勢(shì),1 # 與4 # 相比,僅粉煤灰與礦粉的價(jià)格差一項(xiàng),可以節(jié)約成本幾十萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。從施工過(guò)程質(zhì)量控制來(lái)看,只用粉煤灰一種摻合料,對(duì)海上攪拌船的原材料供應(yīng)、海上攪拌船對(duì)配合比的控制也更為簡(jiǎn)便,實(shí)驗(yàn)室也可以減少原材料的抽檢項(xiàng)目,間接為施工提供了方便。因此根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果和混凝土經(jīng)濟(jì)性分析,4 # 完全能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工要求,而性?xún)r(jià)比更優(yōu)。
5 　應(yīng)用情況
　　金塘跨海大橋西通航孔橋的主墩和邊輔墩的樁基目前已全部完成,總灌注的混凝土量約為17 500m3 ,均采用4 # 配合比。從已灌注的樁基來(lái)看,灌注過(guò)程順利,混凝土和易性好,坍落度損失小,初凝時(shí)間長(zhǎng),目前已檢測(cè)的樁均屬I(mǎi) 類(lèi)樁,所檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

原作者：李順凱,屠柳青,張國(guó)志