在工程施工中,泵送混凝土特有的性能要求混凝土的可泵性,双掺技术就是在普通混凝土技术上掺加适量粉煤灰和高效减水剂用于提高其可泵性能。粉煤灰掺加到混凝土中取代部分水泥,由于“形态效应”和“微粒效应”的作用,可以提高混凝土的流动性,在外加剂的共同作用下,可以配制出大流动度的泵送混凝土。
某高速公路跨线桥为钢筋混凝土现浇连续箱梁桥,各为3跨普通钢筋混凝土连续结构,最大跨径25米,现浇箱梁施工高度7~15米,单箱混凝土方量400余方,混凝土设计标号为C40。综合考虑现场条件及施工要求,拟采用混凝土泵输送技术。根据这一施工特点,现浇混凝土采用了粉煤灰及高效减水剂双掺技术。
一、原材料的选择
根据工程设计及施工特点,结合当地材料资源,优选以下几种原材料进行C40泵送混凝土的配制。
1.水泥。选用普硅42.5R水泥,细度为0.08mm方孔筛筛余2.2%,体积安定性合格,标准稠度25.2%,初凝时间2:10,终凝时间3:20,28天抗压强度为48.1MPa,抗折强度为9.7Mpa。
2.粗细骨料。(1)砂:选用质地洁净、级配良好的当地产中砂,细度模数2.73,表观密度2609Kg/m3,含泥量1.7%。(2)粗骨料:选用当地生产的5~16mm及10~25mm两级配碎石。表观密度2825Kg/m3,含泥量0.51%,针片状含量3.9%,压碎指标5.2%,级配合理。
二、外加剂的选择
影响混凝土坍落度的主要因素是单位用水量,一般选用减水率20%左右的高效减水剂,掺量为胶凝材料总量的1.0~1.5%。高性能混凝土的特点是低水胶比、高流动性,选用减水剂应考虑与水泥、粉煤灰的适应性,通常用试验来选择减水剂。高效减水剂不仅能提高混凝土早期强度,而且可节约水泥用量,提高混凝土的流动性。
根据以上原则选用了某建材厂生产的GK-5A高效减水剂,减水率22.7%。
三、粉煤灰的选择
用高质量的粉煤灰部分取代水泥可改善混凝土的和易性,这是由于粉煤灰的形态效应和微集料效应对混凝土微观性能的改变,使混凝土拌和物具有良好的流变特性,不泌水、不离析,并且粉煤灰的火山灰活性效应还提高了混凝土的后期强度。
我们选用的是某粉煤灰公司生产的磨细粉煤灰。其各项技术指标检测结果如下:
细度为0.45mm筛筛余(18%)≤20% ;烧失量(4.1%)≤8%;需水量比(98%)≤105%;二氧化硫含量(0.45%)≤3%;含水量(0.3%)≤1%(注:括号内为实测数据)。检测结果显示,该粉煤灰为II级灰。
四、混凝土配合比的确定
C40泵送混凝土是参照GBJ146-90【粉煤灰应用技术规范】要求进行的,考虑到泵送施工及粉煤灰高性能混凝土的特性,混凝土的坍落度控制在16cm左右,粉煤灰超代系数取1.33。
从比较来看,粉煤灰混凝土比基准混凝土单方水泥用量节省94Kg, 单方用水量仅160Kg,水胶比为0.32,具备粉煤灰高性能混凝土的特点;其7天强度基本达到试配强度(95%保证率)的要求,其早期强度比基准混凝土低的很少,由于粉煤灰部分超量取代砂,砂率从数据看偏小,但能满足泵送的要求。双掺技术的应用,基本解决了粉煤灰混凝土早期强度偏低的缺点,其试配成果能满足施工要求。
五、C40粉煤灰泵送混凝土的施工
由于混凝土组分增加,施工时必须采用强制式拌和机,搅拌时间比普通混凝土延长10~30s,各种原材料按配比严格计量,用混凝土搅拌车运至混凝土泵车。
双掺技术的应用,从混凝土拌和物结果来看,在如此大坍落度的情况下,其流动性、粘聚性好,无离析泌水现象,可泵性良好且坍落度损失优于普通混凝土,施工时没有出现堵管现象。混凝土现场取芯外观均匀密实,抽检强度远超过设计要求(水泥用量还有进一步降低的潜力),混凝土表面未出现裂缝,其干缩性能优于普通泵送混凝土。
粉煤灰的火山灰效应可使混凝土的后期强度继续增长,因此必须保持湿热条件,要求养生期至少为14天。从施工情况看,由于混凝土的和易性好,易振捣,大大减低了工人的劳动强度,提高了劳动生产率。从效果上看,使泵送混凝土在单方用水量160Kg,砂率34%的条件下,坍落度可达到16cm,而且混凝土的性能得到改善,易于泵送,模板易充实,内在质量和外观质量都得到保证。
综上所述,粉煤灰与高效减水剂双掺技术,可使粉煤灰的掺入降低单方水泥用量,不仅节约成本(单方混凝土可节省32元),而且变废为宝,具有明显的社会效益与经济效益。