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粉煤灰、矿粉双掺技术在连续刚构桥箱梁混凝土中的应用佟彦

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：佟彦

[导读] 本文通过对粉煤灰和矿粉在混凝土拌合物中单掺与双掺的理论比较分析

        云南省建设投资控股集团有限公司云南省昆明市 650000
        摘要：本文通过对粉煤灰和矿粉在混凝土拌合物中单掺与双掺的理论比较分析，并通过现场实际混凝土配合比设计、试验及连续刚构桥箱梁的应用，总结了“双掺”技术在混凝土施工和结构中发挥的优良性能，以及配合比设计、施工中应注意的问题，“双掺”技术的应用在提高混凝土各项性能指标、降低成本、保护环境等方面具有显著的经济效益和社会效益。
        关键词：混凝土；粉煤灰；矿粉；双掺；连续刚构桥

        一、工程概况
        本项目K107+210上元1号大桥为连续刚构桥施工，位于香格里拉至丽江高速公路上元村段，是国家高速公路网重要组成部分。该桥单幅桥宽12m，桥跨布置为：（83+150+83）m连续刚构+（3×30）m连续T梁，为跨越山谷而设，是本合同段控制性工程之一。桥梁上部结构箱梁为C55泵送混凝土，在结构的安全性、可靠性和耐久性方面提出更高要求。
        二、粉煤灰与矿粉双掺对混凝土性能的影响
        近年来，粉煤灰和矿粉的“双掺”技术应用，等量取代部分水泥拌制混凝土，充分发挥矿粉和粉煤灰各自的性能优势，利用二者之间良好的技术耦合性，发挥二者之间的综合功能，配制出工作性能好、强度较高、耐久性更强的泵送混凝土。
        （1）粉煤灰和矿粉双掺对混凝土坍落度的影响
        矿粉和粉煤灰双掺对混凝土的坍落度影响明显增大，这是发挥了粉煤灰的“形态效应”，增大了混凝土拌合物的流动性，减少了泵送混凝土的阻力，矿粉和粉煤灰的“工作性互补效应”得以有效发挥。
        （2）粉煤灰和矿粉双掺对混凝土力学性能的影响
        无论单掺矿粉还是粉煤灰，混凝土的早期抗压强度都较低。混凝土中采用矿粉和粉煤灰双掺，早期强度和后期强度都有明显提高，这是由于充分发挥了矿粉和粉煤灰“强度互补效应”。
        （3）粉煤灰和矿粉双掺对混凝土耐久性的影响
        混凝土中加入矿粉和粉煤灰，有效地减少了水泥的水化热，降低了混凝土内的温度峰值，有利于避免和减少温度裂缝，且整体和易性良好，抗压、抗渗强度有了提高，抗渗性能好，对混凝土的耐久性十分有利。
        三、粉煤灰与矿粉双掺技术的配合比试验
        1、原材料试验
        根据工程设计及施工特点，结合当地材料资源，选择以下几种原材料进行上元1号大桥箱梁C55泵送混凝土配制：
        （1）水泥：某公司生产的P.O 52.5普通硅酸盐水泥；
        （2）砂：质地洁净、级配良好的某石场生产的中砂，细度模数2.8、含泥量2.9%、泥块含量0.2%；
        （3）碎石：某砂石场生产的4.74mm~19mm连续级配碎石，针片状6.0%、压碎值21.0%、含泥量0.7%；
        （4）粉煤灰：某公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰；
        （5）矿粉：某公司生产的S95级矿粉；
        （6）外加剂：某公司生产的VIVID-500聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）；
        （7）拌合用水：某村饮用水。
        2、配合比设计
        为了方便对比分析，我们采用水胶比、胶凝材料用量、砂石用量、用水量固定不变，通过调整粉煤灰、矿粉各自不同掺量及二者双掺时对混凝土工作性能、力学及耐久性能的影响进行研究。混凝土强度等级为C55泵送混凝土，水胶比为0.30，砂率为41%，粉煤灰、矿粉不同掺量的混凝土配合比见表1。

表1 粉煤灰、矿粉不同掺量的混凝土配合比

编号	水胶比	水泥（kg/m³）	掺合料掺量（%）		砂（kg/m³）	碎石（kg/m³）	水（kg/m³）	外加剂（%）
			粉煤灰	矿粉
A1	0.30	510	0	0	737	1060	153	1.7
A2	0.30	449	12	0	737	1060	153	1.7
A3	0.30	448	0	12	737	1060	153	1.7
A4	0.30	448	7	5	737	1060	153	1.7

3、试验结果
3.1根据表1设计配合比进行试验，混凝土工作性能测定结果见表2。

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表2 混凝土工作性能统计

编号	坍落度（mm）		凝结时间（h：min）
	0min	60min	初凝	终凝
A1	210	190	9h：30min	11h：00min
A2	220	200	10h：15min	12h：15min
A3	210	195	10h：00min	12h：30min
A4	220	210	10h：30min	13h：50min

        从表2可知，混凝土中双掺粉煤灰及矿粉，与单掺粉煤灰、单掺矿粉及无任何掺和物比较，混凝土和易性得到改善，坍落度损失减小，混凝土初、终凝时间有所延迟，混凝土可泵性得到改善。
        3.2采用表1中的配合比，测定混凝土3d、7d、28d抗压强度，结果见表3
        表3 混凝土力学性表

编号	抗压强度（MPa）
	3d	7d	28d
A1	40	56	70
A2	46	56	71
A3	48	59	72
A4	50	63	76.6

        由表3可见，混凝土双掺粉煤灰及矿粉，早期强度增长快，28d强度有较大幅度增长，混凝土后期强度持续提高。
        3.2采用表1中的配合比，进行混凝土抗渗试验，结果见表4。
        表4 混凝土抗渗性能

编号	抗渗等级
A1	P8
A2	P10
A3	P8
A4	P10

        表4结果表明，在混凝土中掺入磨细矿粉、粉煤灰，混凝土的抗渗性能得到显著提高，进而获得优良的抗冻性、抗侵蚀性等耐久性能。
        4、粉煤灰与矿粉双掺技术在连续刚构桥箱梁混凝土中的施工应用
        4.1混凝土生产
        上元1号大桥混凝土生产供应采用集中拌合形式，自动化技术。生产前，对混凝土进场原材料取样检测，粉煤灰、矿粉、外加剂、水送有资质检测单位进行外委检测，砂、碎石、水泥由工地试验室进行检测，所有原材料检测结果均符合设计及规范要求。在正式浇筑连续刚构桥箱梁混凝土前，现场进行了多次试泵，确保混凝土工作性能满足现场施工要求。
        4.2混凝土浇筑
        为确保混凝土浇筑连续，连续刚构桥每个主墩配备两套泵送设备。项目部试验人员，认真检测混凝土出厂、入泵前及入模前坍落度和扩展度，保证混凝土工作性能满足现场施工要求。加强混凝土振捣工艺控制，必须排除其中气泡，进行捣固，使混凝土密实结合，消除混凝土的蜂窝麻面等现象，以提高其强度，保证混凝土构件的质量。混凝土浇筑完毕，待二次收浆后用土工布覆盖洒水、模板外侧包裹保温材料养护，悬臂浇筑梁段养护采用固定喷淋与人工辅助洒水养护相结合的方法，确保混凝土表面在养护期内保护湿润。
        4.3拆模后混凝土质量检查结果
        经检测，上元村1号大桥右幅2#墩0#块混凝土7d抗压强度61MPa，28d抗压强度65MPa，7d弹性模量4.6×104MPa，28d弹性模量5.1×104MPa，龄期28天回弹强度58.8MPa，混凝土实体质量满足设计及规范要求，性能有较大幅度提高。
        四、结论
        1、在混凝土中掺入粉煤灰、矿粉，可以减小坍落度的经时损失，有效改善混凝土的工作性能及泵送性能，大幅度提高混凝土后期强度，降低混凝土水化热，显著提高混凝土的耐久性能，特别适用于对耐久性有较高要求的混凝土。
        2、矿粉与粉煤灰双掺配制混凝土，可充分发挥二者的“优势互补效应”，配制性能更为优异的混凝土。
        3、粉煤灰、矿粉双掺技术在香丽高速公路连续刚构桥箱梁C55泵送混凝土的应用，保证了混凝土质量及耐久性要求，具有重要的现实意义和工程价值。
        参考文献：
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        [2]张朝荣.大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工技术分析[J].福建交通科技，2019（05）：104-106+134.
        [3]张旭光，杨维国，游建华，姜鸿鹄，周灿.无预应力箱梁混凝土单掺矿粉配合比技术应用[J].工程质量，2020，38（02）：92-96.