粉煤灰在预制桥梁高性能混凝土中的应用探究

2018-05-14郭雪芳

山西建筑 2018年10期

郭雪芳

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

1 粉煤灰在预制桥梁高性能混凝土中的使用价值

如今，随着社会经济的大力发展，交通基础建设也在不断的进行，城市更是增设了一些大跨桥梁。为了满足交通承载的需要，必须要在预制桥梁中使用性能较好的混凝土。高性能混凝土除了对混凝土拌合物有着较高的要求，同时也要求强度、硬度必须达到一定的标准。在预制桥梁高性能混凝土中，不可避免的会使用到粉煤灰。粉煤灰属于一种活性掺合料，在混凝土中掺入一些粉煤灰，并且取代一些水泥，能提高混凝土的强度和性能。粉煤灰效应是活性效应、形态效应、微集料效应三者的集合，其直接改变了混凝土的初始结构、流变性质等。而到了现在，我国对于粉煤灰的利用已经达到了国际先进水平，这也为粉煤灰的推广和使用夯实了一定的基础。

在施工的过程中，普遍将粉煤灰用在一些预制构件中。但很少将粉煤灰用在制备和预制桥梁高性能混凝土中，原因是粉煤灰质量参差不齐，品质差别很大。所以，必须选择性能优越的粉煤灰，并且针对粉煤灰在预制桥梁高性能混凝土中的应用进行研究，合理进行配比。从而避免桥梁在使用时产生凹凸不平、蜂窝等现象，并提升桥梁混凝土的使用寿命。

2 研究的技术路线和详细措施

在这次研究中，采用的技术和方案是一般的硅酸盐水泥、减水剂、膨胀剂以及粉煤灰。同时也在成型的时候采用了消泡剂，借助普遍采用的方式来对混凝土拌合物进行拌制、制备。

具体方法是这样的，先借助粉煤灰的性能对预制桥梁混凝土的微结构进行改善，使得混凝土的流动率得到提升。也要充分利用粉煤灰的“活性成分”，使其提升预制桥梁混凝土的强度，或者通过粉煤灰的微集料作用来使得混凝土更加密实。这样可以减少混凝土的孔隙，促使混凝土的使用寿命更长。最后，必须借助膨胀剂、消泡剂来减少桥梁表面的凹凸，避免产生蜂窝、麻面。

在这次试验中，将粉煤灰作为重点。针对粉煤灰的砂率、水胶比、减水剂进行深入研究，了解消泡剂、膨胀剂对桥梁高性能混凝土产生的作用，明确粉煤灰对于高性能混凝土所起到的作用。针对C60预制桥梁高性能混凝土进行科学合理的配比，选择出最适宜的配比方案。

3 原材料和试验的方案

要准备一系列的原材料，首先是水泥。该水泥是由A市一家水泥厂生产的一般硅酸盐水泥。然后是粉煤灰，该粉煤灰是通过改性而获得的，其细度为1%(0.004 3筛筛余)。另外还有96%的需水量比，以及82.7%的抗压强度比。细骨料：正定中砂，细度指数为2.5。粗骨料：获鹿碎石，516 mm颗粒，压碎指标为4.9%，针片状颗粒占2.6%。外加剂使用的是以FDN为核心的强力减水剂，膨胀剂则使用UEA膨胀剂。

先借助30 L的强制性搅拌机来进行拌和，对于减水剂，则要使用后掺法。具体的搅拌方法是这样的：将水泥、粉煤灰、砂石等搅拌1 min，再添加一些清水继续搅拌。最后，增加一些减水剂并且再搅拌2 min。搅拌成型后，试件的尺寸应该是100 mm,100 mm,100 mm。搅拌完成后，还要进行养护。可采用一般的方式来养护，同时也要按照混凝土的工作状况来进行操作。

4 试验后获得的结果

4.1 预制桥梁高性能混凝土的强度分析

在进行试验的过程中，使用的配合比和最后的试验结果如表1～表4中的数据所示。表1～表4中，每一个龄期的强度都要乘以0.95。

表1 粉煤灰的使用量对混凝土性能的影响

表2 砂率对于混凝土功效所产生的作用

表3 水胶比对于混凝土功效所产生的作用

表4 高效减水剂对混凝土产生的作用

根据表1～表4中的数据，可以得出这样的结论：

第一，如果以改性粉煤灰来代替17%，21%，30%的水泥，那么会提升混凝土拌合物的流动率、保水率以及粘聚率等。因为粉煤灰含量在不断提升，所以混凝土的坍落度也越来越大。此外，在其中添加改性粉煤灰混凝土以后，4 d,8 d和29 d以后的强度也比一般混凝土更高。当粉煤灰含量添加到21%时，混凝土在养护29 d后的强度逐渐达到了最大抗压强度，也就是73 MPa。一旦粉煤灰的添加量一样，均为17%，那么使用改性粉煤灰的混凝土，在每一个阶段的强度均高于二级原状粉煤灰混凝土强度，其坍落度是相同的。

第二，砂率会影响混凝土拌合物的流动率。砂率在不断的提升，坍落度也会得到一定的提升。然而需要注意的是，砂率对于混凝土每一个阶段的强度并不会产生影响。

第三，随着水胶比的不断提升，混凝土拌合物的坍落度也会得到提升，但抗压强度却会在29 d以后逐渐的降低。

第四，提高减水剂的含量，可以提升混凝土拌合物在每一个阶段的强度。如果采用了其他的添加方法，比如先掺法，那么坍落度会低于后掺法，但强度却不会产生任何的变化。

第五，添加一部分膨胀剂，不但能提升混凝土拌合物的流动性，也能提升混凝土在每一个阶段的强度，同时减少混凝土试件中的麻面、蜂窝现象。

4.2 预制桥梁高性能混凝土的抗冻性和抗渗性

要了解桥梁的耐用性，就需要测评混凝土的抗冻性、抗渗性。为此，笔者针对粉煤灰和基准混凝土的抗冻性、抗渗性进行了试验对比。试验过程中所使用的混凝土配合比，是按照之前的试验结果筛选出来的优良配合比，也就是37%的砂率，21%的粉煤灰掺量，1.2%的减水剂掺量，11%的膨胀剂掺量。通过这些配比所配置出来的混凝土试件，进行29 d的养护，再进行抗渗和抗冻的测试工作。

第一是抗渗性，通过试验后发现，比起基准混凝土试件，掺了改性粉煤灰混凝土试件的抗渗性更高。在添加了11%左右的膨胀剂以后，抗渗性又得到了一定的提升。通过进行消泡处理，抗渗性越来越高。

第二是抗冻性。添加了改性粉煤灰的混凝土试件，通过150次冻融试验后，其强度仅仅损失了5%。而添加了膨胀剂的试件，强度损失率只有2.6%。但一般的基准混凝土强度损失却高达11%左右。所以，比起基准混凝土，采用了膨胀剂和改性粉煤灰的预制桥梁高性能混凝土，在抗冻性方面更强。

4.3 进行施工应用后的效果

在进行了上面的试验之后，对桥梁进行现场试用。预制大概10片33 m的后张梁，平均每片梁用了43 m3的混凝土。因为添加了一些改性粉煤灰，这些粉煤灰的价格约为150元/t，每1 m3的混凝土大概能节约水泥90 kg，那么10片梁大概能节约5 000元的成本。企业每年制造和生产大概600片的预制梁，若是全采用改性粉煤灰高性能混凝土，预计节约大概30万元的成本。

另外，因为添加了一些改性灰，所以使得混凝土的强度得到了提升。同时也缩短了振动、浇筑的周期、耗能，因此这也为企业带来了一些经济效益。最后，通过对这批梁的使用寿命进行测试，发现其达到了一定的要求。