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當(dāng)規(guī)范規(guī)定使用這種“綠色”材料之時，就是它的成功之日
不久的將來，在你的一個工程項目中，可能會出現(xiàn)一個巨大的綠色龐然大物—即一幢采用大摻量粉煤灰混凝土建造的綠色建筑或一個可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計項目。在高摻量粉煤灰的混凝土拌合物中，粉煤灰的取代量要比常規(guī)的大，在許多情況下，其摻量都要超過50%。從技術(shù)上看，這類混凝土拌合物設(shè)計中，粉煤灰所占的體積要比常規(guī)水泥所占的體積大些，這是由于水泥比重與標(biāo)準(zhǔn)粉煤灰(2.54—2.65)比重的差異所致，因此，膠凝材料總體積也會有所增加。
當(dāng)面對一個要使用或規(guī)定使用大摻量粉煤灰時，承包商或生產(chǎn)商必然會問“為何我們一定要用這種材料呢？”幾年前，就有人問起過，各種不同的環(huán)境友好型建筑方法中，怎樣才算是真正綠色呢？為此，美國綠色建筑委員會針對這個問題，開發(fā)出一種測定方法，并建立了一系列能讓業(yè)主在設(shè)計和建設(shè)一個新項目時，就可以自動完成的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
用來對一個工程項目進(jìn)行“綠色度”評估的衡量標(biāo)準(zhǔn)中，其中一條就是把用到該工程項目中的所有“后工業(yè)廢料”加起來。粉煤灰適合后工業(yè)廢料的定義?；炷林惺褂玫姆勖夯伊吭礁?，那么后工業(yè)廢料在一個工程項目中所占的百分比總量也越高。在一個工程項目中，由于混凝土所占的體積很大，因此，稍微增加粉煤灰的取代量，就會對其總再生利用量起很大的影響作用。如果“綠色度”是至關(guān)重要的，那么理所當(dāng)然，在設(shè)計中就應(yīng)盡量多用粉煤灰，從而最大限度地提高整個工程項目中的廢料再生利用量。
初凝和強(qiáng)度
當(dāng)然，到目前為止，這方面的討論大都是學(xué)術(shù)性的。作為一個承包商最關(guān)心的問題是：混凝土的外觀如何？混凝土的性能如何？而最為重要的是：其價格到底是多少？
從技術(shù)上看，在進(jìn)行混凝土拌合物設(shè)計時，應(yīng)把兩個非常明確的要求考慮進(jìn)去：其一是初凝時間多久？其二是在某個齡期的強(qiáng)度應(yīng)多大？
在許多項目中，混凝土的凝結(jié)時間是不明確的。但是，當(dāng)采用大摻量粉煤灰時，對于那些自己進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)的承包商來說，必須明確混凝土的凝結(jié)時間。大多數(shù)承包商所期望的凝結(jié)時間范圍是4-6小時，并且都認(rèn)為混凝土供應(yīng)商也知道這個凝結(jié)時間范圍。但是，當(dāng)涉及采用大摻量粉煤灰時，在召開施工前準(zhǔn)備會議時，很重要的一點就是讓每個相關(guān)的施工人員都明確知道混凝土的凝結(jié)時間要求。承包商所期望的凝結(jié)時間必須明確無誤，而混凝土供應(yīng)商在進(jìn)行大摻量粉煤灰設(shè)計時，必須明確這個設(shè)計目標(biāo)。
要滿足這些要求，還必須把各種變化不定的氣候條件考慮進(jìn)去。如果一個工程項目的施工工期很長，它就會經(jīng)歷各種溫度高低的交替和變化，環(huán)境溫度和混凝土本身溫度都將對凝結(jié)時間產(chǎn)生重大的影響。這就是為什么對混凝土供應(yīng)商提供明確的預(yù)期凝結(jié)時間目標(biāo)和性能要求是至關(guān)重要的。不管任何環(huán)境溫度條件，承包商都應(yīng)明確表明其所期望的凝結(jié)時間。
大量試驗性證據(jù)表明，增加混凝土拌合物設(shè)計中的粉煤灰含量，也將增加其凝結(jié)時間。但是，情況并非一定如此。事實上，隨著外加劑技術(shù)的進(jìn)展和合理的配合比設(shè)計，大摻量粉煤灰混凝土拌合物設(shè)計已具有與常規(guī)混凝土相同的特征性能。參見圖1的檢測結(jié)果，任何一位承包商都會認(rèn)為這些是一種商品混凝土所具備的標(biāo)準(zhǔn)特性。但是，如果我告訴你它們是來自一種使用51%大摻量粉煤灰混凝土?xí)r，這些結(jié)果幾乎是難以置信的，特別是拌合物B和C的結(jié)果。
事實上，這些檢測結(jié)果是對從前認(rèn)為大摻量粉煤灰混凝土不可能達(dá)到這些性能的一個重大挑戰(zhàn)。圖1還包括了強(qiáng)度檢測結(jié)果，所有這三種混凝土拌合物設(shè)計的28天強(qiáng)度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對商品混凝土的許多要求。
抹面性
當(dāng)所需獲得的凝結(jié)時間和強(qiáng)度被規(guī)定為明確的性能要求時，還有若干其他不明確的性能要求，其中最重要的是抹面質(zhì)量。大摻量粉煤灰混凝土?xí)a(chǎn)生最低的泌水。在模板內(nèi)成型的混凝土中，這不是個問題。但是，對于大面積平面和那些要采用硬抹面刀進(jìn)行抹面的場合，泌水對于抹面作業(yè)是必不可少的。如果無泌水，承包商將面對若干挑戰(zhàn)。首先，混凝土表面無水分，脫模作業(yè)后，水分幾乎會立刻從混凝土表面蒸發(fā)。蒸發(fā)的水分不會超過表面的含水量，但是，會超過在水泥凈漿中水泥和粉煤灰進(jìn)行水化所需的水分。這就是說，混凝土表面水泥凈漿將立刻開始干燥，并形成一層硬殼，導(dǎo)致快速塑性收縮。
另一個有關(guān)大摻量粉煤灰混凝土的抹面問題是，抹面工需知道何時可開始使用硬抹面刀進(jìn)行抹面作業(yè)。在通常情況下，抹面工是采用“手指”測定法，即抹面工用其手指按一下混凝土表面，并根據(jù)經(jīng)驗、氣候條件和表面的阻力來決定是否可以進(jìn)行硬抹面作業(yè)。當(dāng)采用大摻量粉煤灰時，抹面工必須牢記“布丁現(xiàn)象”，即上層表面可能已硬化，但下層的混凝土拌合物可能仍處于流體狀態(tài)。圖1提供了常見的凝結(jié)時間以及采用大摻量粉煤灰混凝土在初凝過程中的不同特性。
圖1三種不同大摻量粉煤灰混凝土拌合物初凝時間及28天圓柱體試件強(qiáng)度
就普通混凝土而言，從新拌狀態(tài)到初凝過程中的特性一般呈線性發(fā)展，一旦初凝開始，混凝土仍將以穩(wěn)定一致的速率逐步硬化。而大摻量粉煤灰混凝土的新拌狀態(tài)持續(xù)時間較長，但是，到初凝所需的總體時間仍保持不變。對于承包商而言，這就意味著難以知道何時可開始進(jìn)行硬抹面作業(yè)，即不被表層“布丁現(xiàn)象”所蒙騙。使用硬抹面刀對大摻量粉煤灰混凝土如何進(jìn)行抹面的最好老師是現(xiàn)場經(jīng)驗。許多使用大摻量粉煤灰混凝土的商業(yè)結(jié)構(gòu)，最終常常會通過法律爭端的途徑來解決硬抹面作業(yè)所引起的混凝土供應(yīng)商、承包商、工程師和檢測機(jī)構(gòu)之間的責(zé)任問題。其中最常見的原因是：承包商對大摻量粉煤灰混凝土和純波特蘭水泥混凝土之間的差異缺乏了解，特別是在對大面積平面工程進(jìn)行抹面作業(yè)時，問題更為突出。
但是，凝結(jié)時間僅僅是問題的一個方面，還有缺少泌水的問題。而泌水對于大多數(shù)采用機(jī)械抹面作業(yè)是必不可少的。某些承包商已采用緩蒸發(fā)劑來協(xié)助進(jìn)行初平作業(yè)。
養(yǎng)護(hù)
由于混凝土中缺少泌水和水分，對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)就顯得十分重要，當(dāng)然這取決于混凝土的應(yīng)用情況和抹面作業(yè)。要使混凝土工程獲得成功，采用一種積極的養(yǎng)護(hù)方法也是必不可少的。有兩種可供承包商選擇的養(yǎng)護(hù)方法：其一是采用水飽和養(yǎng)護(hù)環(huán)境；其二是采用養(yǎng)護(hù)劑。
為了評估養(yǎng)護(hù)對強(qiáng)度的影響，我們進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，以便比較兩種養(yǎng)護(hù)方法對取代量為51%的大摻量粉煤灰混凝土的影響。檢測結(jié)果表明，水飽和養(yǎng)護(hù)稍優(yōu)于養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。但是，由于混凝土28天強(qiáng)度僅3000psi，因此，無論采用那種養(yǎng)護(hù)方法，都能達(dá)到該強(qiáng)度值。
采用大摻量粉煤灰混凝土的大型基礎(chǔ)底板
我們所了解的大多數(shù)有關(guān)大摻量粉煤灰混凝土的知識都來自現(xiàn)場的施工作業(yè)，因此，進(jìn)行一項現(xiàn)場案例研究，可以對使用大摻量粉煤灰混凝土的利弊獲得某些更為深入的了解。該項目于2005年4月8日在美國達(dá)拉斯破土動工。這是一幢31層綱結(jié)構(gòu)公寓房，幕墻為蘭色玻璃，耗資1億美元，共有202個住宅單元，由加拿大溫哥華的JamesCheng建筑師設(shè)計。
該建筑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板為65x65英尺，厚9英尺，2005年10月22日一次性連續(xù)澆筑量為1500立碼，每小時澆筑速度為300立碼，采用2臺52米的混凝土車泵。規(guī)定的混凝土28天強(qiáng)度為5600psi，根據(jù)目標(biāo)施工進(jìn)度，預(yù)期的3天強(qiáng)度需達(dá)到3000psi。
該大型基礎(chǔ)底板刻不容緩的問題是混凝土中的高水化熱、混凝土內(nèi)部高溫差和潛在的溫度裂縫。為了獲得所需的強(qiáng)度要求，需采用相當(dāng)高的水泥用量，致使上述的問題更為突出。為此，結(jié)構(gòu)工程師認(rèn)可在三種高強(qiáng)度混凝土拌合物中摻加取代量為35%的粉煤灰。這些高強(qiáng)混凝土分別用于該項目的混凝土墻體和立柱。
在混凝土澆筑作業(yè)開工前的準(zhǔn)備會上，對最初所關(guān)注的溫度裂縫問題進(jìn)行了討論。建議采用取代量為51%的粉煤灰混凝土進(jìn)行該基礎(chǔ)底板的澆筑作業(yè)。該設(shè)計可降低大體積混凝土水化熱。此外，由于摻加了聚羧酸基超塑化劑，使該混凝土還具有自密實混凝土的功能。為了使水化和相應(yīng)的潛在的溫度裂縫降到最低，最后采用了28天強(qiáng)度為40MPa的大摻量粉煤灰混凝土配合比設(shè)計方案。
雖然在準(zhǔn)備會期間，大家都覺得大摻量粉煤灰一定能解決許多問題。但是，項目經(jīng)理表示出對潛在成本價格上升的關(guān)注。最后，當(dāng)項目經(jīng)理、試驗室工程師和預(yù)拌混凝土供應(yīng)商達(dá)成一致意見時，大家都對在基礎(chǔ)大底板中使用大摻量粉煤灰充滿了信心，結(jié)果也清楚地證明了我們的選擇是正確的。
在本次施工案例中，使用的摻量粉煤灰并沒有增加成本，部分原因在于應(yīng)用場合。由于混凝土是應(yīng)用于基礎(chǔ)底板，無須抹面作業(yè)，施工方法也沒有發(fā)生任何變化，因此，混凝土的價格與我們支付給具有同等性能混凝土的價格相同。檢測顯示的混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果表明，7天時混凝土的強(qiáng)度就達(dá)到其28天的強(qiáng)度要求，遠(yuǎn)超過了規(guī)范要求。能夠獲得早期強(qiáng)度增長，也是非常重要的，因為它能使我們保持與急迫的工程進(jìn)度同步，并且還能給下一步施工作業(yè)騰出所需的模板和施工設(shè)備。
決定使用大摻量粉煤灰
本工程項目表明，對于施工方法變化極小的模板成型混凝土，加大摻量粉煤灰是一種很理想的方法。但是，當(dāng)必須采用特殊抹面作業(yè)時，使用大摻量粉煤灰的成本需根據(jù)項目的總成本進(jìn)行評估。這時，混凝土的價格就不僅僅是其銷售價了。在需要硬抹面刀抹面的應(yīng)用場合，施工方法必然變化，從而導(dǎo)致施工成本上升。
但是，阻止更大規(guī)模應(yīng)用大摻量粉煤灰的最大障礙不是其技術(shù)性能，而是建筑師和工程師、承包商和混凝土供應(yīng)商的應(yīng)變能力。就其最基礎(chǔ)的材性層面而言，大摻量粉煤灰混凝土仍然僅僅是混凝土而已。把大摻量粉煤灰需求引向市場的綠色建筑和可持續(xù)性設(shè)計必須懂得：平衡的兩側(cè)都存在著可變性。普通物理學(xué)中，每一種運動都存在于一種平衡體系并且還存在著反作用。大摻量粉煤灰的使用也會有來自施工業(yè)的反應(yīng)。的確如此，它可以獲得與常規(guī)混凝土的性能平衡，并且在價格可比的條件下，取得這一平衡。但是，如果其應(yīng)用場合發(fā)生變化，業(yè)主還必須愿意接受它給施工進(jìn)度，成本或?qū)@兩方面都會帶來的變化。
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