磨细矿渣粉及粉煤灰双掺技术在大体积混凝土中的应用.pdf

公路交通技术 2 0 1 0 年 2月 第 1 期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r ans p o r t F e b 2 0 1 0 N o 1 磨细矿渣粉及粉煤灰双掺技术在 大体积混凝土中的应用 郑小聪 ( 广东省长大公路工程有限公司第三分公司，广州 番禺5 1 1 4 3 1 ) 摘要 ：结合磨细矿渣粉和粉煤灰双掺技术在广东清连 高速公路杜 步 3号桥 主墩承 台大体积混凝土 中的成功应 用， 从混凝土配合比设计及生产控制方面介绍如何有效解决大体积混凝土水化热问题 ，以防止裂缝形成。 关键词 ：磨细矿渣粉 ：粉煤灰 ；大体积混凝 土 文章编号：1 0 0 9 - 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 l 一 0 0 3 1 - o 4 中圈分类号 ：U 4 4 5 5 5 + 9 文献标识码 ：B Ap p l ic a t io n o f Te c h n iq u e b y Ad d i t i o n o f P u lv e r i z e d Sla g a n d F l y a s h i n Ma s s Co n c r e t e ZHENG Xi a o c o n g 1 工程概 况 广东清连高速公路杜步 3号桥位于广东省清远 市杜步镇 白须公村附近 ，全长 8 7 1 7 0 8 m，跨径组 成为( 6 0 m+4 X 1 0 0 m+6 0 m ) + ( 5 X 3 5 m) + ( 53 5 m ) 。主桥上部构造采用预应力混凝土刚构 一 连续组合梁 ，下部构造采用空心薄壁式桥墩 、钢 筋混凝土承台、基础采用钻孔灌注桩基础。其中桥 梁主墩承 台厚 3 5 m，平面尺寸 为 8 6 m8 6 m， 单个 承台混凝土体积达 2 5 8 6 8 m ，要求一次性施 工完成 ，混凝土设计强度等级为 C 3 5 。 由于该桥主跨跨越山谷 、农 田，各主墩承台 地面高差较大 ，且承台钢筋较密 ，为便 于施 工 ， 拟采用泵送混凝土工艺。考虑气温 、高差及施工 故 障等 因素影 响 ，要求 人泵坍 落度 为 1 6 0l 8 O m m；并且要求混凝土在满足 2 8 d强度的前提下具 有 良好的工作性能 ，能够满足连续泵送浇筑要求 ； 要求有效防止温度裂缝 和收缩裂缝 的产生 ，提高 混凝土耐久性。 根据该工程技术特点及要求 ，经过多方面考虑 和方案 比较，对杜步 3号桥主墩承台大体积混凝土 确定采用磨细矿渣粉和粉煤灰双掺技术进行配合 比 设计和施 r。 2 技术特点 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 0 1 2 作者简介 ：郑小聪 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，广东省湛江市人 ，本科 ，工程师 大体积混凝土 由于结构厚大 ，结 构内部水泥 水化热不易快速散发 ，导致混凝土 内部温升较大， 内外部形成一定的温度梯度 ，外部混凝土受到 内 部混凝土的约束会产生拉应力 ，当其超过混凝土 抗拉强度时 ，会产生温度裂缝。 粉煤灰在混凝土 中能起到活性效应 、形态效 应和微集料效应 ，可填充混凝土中的毛细孔及其 它孔隙 ，提高混凝土保水性能 ，改善混凝土 内部 孔结构 ，提高混凝土密实性。 从矿渣 的制备过程看 ，由于矿渣生产是在高 温下进行 的，其 自身呈熔融状 ，而经过急冷后其 大部分以熔融玻璃态被保 留下来 ，从而保证 了矿 渣 自身可具有较 高的活性 。因此 ，长期以来 ，矿 渣一直被作为一种具有潜在活性 的胶凝材料在水 泥生产中广泛使 用。但传统工艺是把矿渣与水泥 熟料一起粉磨 ，由于矿渣与水泥熟料的硬度及易 磨性差异较大 ，导致混磨 的水泥中矿渣组分平均 粒度较大 ，除较 细的颗粒活性得到发挥外 ，大量 较粗的矿渣颗粒活性没有得到充分发挥 ，仅起到 微集料作用 ；而近代的磨细矿渣概念是将细度很 高 的矿渣粉作为混凝土掺合料直接使用或作为复 合水泥的混合材料掺入水泥中。磨细矿渣粉 ( 简 称矿粉)因其细度高 、比表面积大 ，其活性在碱 性条件下得到充分激发 ，使混凝土和水泥的多项 性能得到极大的提高和改善 。在混凝土 中掺入一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 公路交通技术 2 0 1 0丘 表 1 水泥技术指标 表 2 细骨料技术指标 表 4 粉煤灰技术指标 密 g m m2 面 k g A 7 A 2 8 含 ( )( ) 比 硫， 一 2 8 2 4 3 0 71 1 0 2 1 O 6 2 6 6 0 1 定量的矿渣粉 ，由于矿渣粉 自身的细度小于水泥 ， 因此在混凝土拌合物中可以替代原来的填充水或孔 隙填充在水泥颗粒之间 ，在硬化混凝土中填充毛细 孔及其它孔隙，改善混凝土内部孔结构 ，提高混凝 土密实性。 由于矿渣粉和粉煤灰的早期物理填充作用和后 期活性填充作用等特性 ，不仅可使混凝土的后期强 度满足强度要求 ，而且还可使混凝土耐久性得到提 高。在利用粉煤灰和矿渣粉取代水泥的同时 ，在混 凝土中适量掺加高效减水剂，可降低水胶比，减少 水泥用量 ，从而大大降低 了混凝土水化热 ，延缓了 水化热峰值 出现的时间 ，对控制混凝土的温度裂缝 和收缩裂缝极为有利。 3 混凝土配合比设计 3 1 原材料选择 1 )水泥 。选用清远广英水泥厂生产 的广英牌 P 0 4 2 5等级水泥，技术指标见表 1 。 2 )细骨料。选用 阳山砂场中砂 ，技术指标见 表 2 。 3 )粗骨料。选用拳头岭石场生产的花岗岩质 碎石，技术指标见表 3 。 4 )粉煤灰。选用广州黄埔电厂生产 的 I 级粉 煤灰 ，技术指标见表 4 。 5 )矿渣粉。选用深圳伟发矿粉厂生产的 $ 7 5 矿渣粉，技术指标见表 5 。 6 )减水剂 。选用深圳同地外加剂公司生产 的 T D A1 0 0高效减水剂 。 3 2 配合比设计及试验 配合 比设计采用正交试验法 ，在水胶 比一定 ( 0 4 4 )的前提下确定其 因素与水平 。其 因素与水 平见表 6 ，试验方案及结果见表 7 。 3 3 试验数据分析与复核 在 9组配合 比试验方案 中，8 配合 比既能满 足设计要求 的坍落度和强度 ，且又 比较经济 ，因 此对 8 配合比进行了复核 ，复核情况见表 8 。 3 4 最终配合比确定 经工地实验室复核验证及 中心实验室平行试 验和微调 ，最终的配合 比材料用量及平行验证试 验结果见表 9 。 4 实际生产应用 表 6 因素与水平 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 l 期 郑小聪 ：磨细矿渣粉及粉煤灰双掺技术在大体积混凝土中的应用 3 3 表 7 混凝土配合比试验方案及结果 坍落度 m m l h 坍落度 凝结时间， m i n 抗压强度， M P a 抗渗 损失 m m 初凝 终凝 3 d 7 d 2 8 d 等级 由于大体积混凝土所用材料组分多 ，水泥含量 相对较少 ，因此为保证大体积混凝土质量 ，在生产 过程中采取了以下措施。 1 )严格控制原材料质量。 由于该混凝土所用材料组分多，而原材料品质 的优劣将直接影响到混凝土质量的好坏 ，因此采取 措施严格控制好各种原材料的质量是确保大体积混 凝土质量的前提( 按规范及常规方法控制 ，在此不 再赘述) ；对原材料的质量控制除经常性的检测外 ， 还要求质量控制人员随时掌握其变化规律并拟定相 应的对策措施。 2 )过程质量控制。 ( 1 )混凝土搅拌时 ，采用水泥裹砂 、石二次 投料法 ，矿粉 、粉煤灰计量后与水泥同时直接投 入搅拌机内； ( 2 )搅拌时间延长 2 03 0 S ，保证搅拌均匀 ， 使矿粉、粉煤灰在混凝土中充分分散； ( 3 )实验室技术人员对生产过程进行监控，确 保混凝土和易性和坍落度满足施工要求。 3 )混凝土养护。 为确保工程质量， 混凝土浇筑完毕后立即采用 塑料薄膜覆盖 ，待混凝土硬化后采用蓄水及洒水相 结合的方式养护 1 5 d 。 通过 采用 矿粉 、粉煤灰 双掺 技术 和 以上质 量控制措 施 ，杜 步 3号桥 主墩承 台大体 积混凝 土质量得 到保证 。全桥 主墩承 台混凝土施 工抗 压 强度抽检结果显示 ，标养 2 8 d强度最 小值为 4 1 8 M P a ，强度平均值 为 4 6 0 M P a ，混凝土和 易性 良好 ，泵送顺 利 。现 场测得混凝 土入模 最 高温度 3 l c C，混凝土 内外最大温差 2 5 c c。养护 结 束后对 该承 台基 础混凝 土进行 了检查 ，未发 现有害裂缝 。 5 结束语 广东 清连高速公路杜步 3号桥主墩承 台大体 积混凝土施工采用 了矿粉和粉煤灰双掺技术 ，提 高了混凝土质量，取得了较好的技术经济效益。 1 )有效 防止裂缝 。矿粉和粉煤灰双掺技术 ， 利用 了矿粉和粉煤灰的潜在活性 与高效减水剂性 能 ，大大减少水泥用量 ，降低水化热 ，延缓水化 热峰值出现的时间，有效地抑制了混凝土温度裂 缝和收缩裂缝的形成。 2 )提高混凝土耐久性 。矿粉和粉煤灰的早期 ( 下转第 3 9页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 1 期 韩辉，等：不同试验钗器对沥青混合料中沥青含量及矿料级配试验的误差分析 3 9 0 1 ，与推论相符。 5 3 美国 MODE I A7 3 1 型沥青混合料燃烧仪 该仪器试验环节少 、精度较高。笔者认为，在 排除称量仪器和工作人员操作误差后 ，影响试验结 果准确度的主要原因是集料的烧失量。集料的烧失 量为已定系统误差 ，对采用同一材质集料的沥青混 合料 ，其烧失量在相同温度条件下可看作常数 ，作 为试验结果修正系数使用。 尽管每种集料的修正系数可以事先通过批量试 验确定 ，但由于现场检查取用的沥青混合料中集料 是未知量，使得修正系数因集料质量的不同而存在 差异悯 。有研究表明 ，玄武岩燃烧后 的质量损 失与 粒径大小呈正比关系 。因此 ，这类误差很难消除。 前文试验数据表明，采用该仪器所得沥青含量测定 值比真值 (设计值)高0 2 4 ，其原因即可能是由 集料的烧失量造成。 6 结语 本文选取 目前较为常用的 3种沥青抽提试验仪 器，通过对几组室内拌和混合料试样的沥青含量和 矿料级配进行对比试验，分析了国产普通离心抽提 仪 、德 国 2 l 1 0 0型沥青混合料分析器和美 M O D E L 4 7 3 1 型沥青混合料燃烧仪等的精确性。 从试验数据来看 ，德 国 2 0 一 l 1 0 0型沥青混合 料分析器较其他 2类仪器具有更高的精确度，分析 其原因主要是在同等条件下 ，既避免了离心抽提仪 造成的部分矿粉流失带来的误差 ，又避免 了燃烧仪 ( 上接 第 3 3页) 物理填充作用和后期活性填充作用等特性 ，不仅可 改善混凝土内部孔结构 ，提高混凝土密实性和后期 强度，还可使混凝土耐久性得到提高。 3 )改善混凝土工作性能。矿粉和粉煤灰双掺 技术，可明显改善混凝土和易性，减少坍落度经时 损失 ，大大改善混凝土的施工性能。 4 )降低混凝土成本。矿粉和粉煤灰双掺技术 与同等级混凝土单掺粉煤灰方案进行成本 比较，可 降低材料成本 1 0 0元， m ， 以上，经济效益显著。 参考 文 献 1 路桥集团第一公路工程局删0 4 1 -2 0 0 0 公路桥涵 施工技术规范【 s 北京： 人民交通 出版社。2 0 0 0 【 2 】 交通部公路科学研究所 J T G F 8 0 1 -2 0 04公路工程 中集料有机物质的烧失量造成的失真。 目前，离心抽提仪和燃烧炉在我国的应用较德 国 2 0 一l 1 0 0型沥青混合料分析器更为普遍 ，主要 原因是不同的试验其 目的不同，对试验精度有不同 的要求。大多数情况下，前两者的精度已经满足需 要。但是 ，德 国 2 0 _ - l 1 0 0型沥青混合料分析器 以 其显著的优点 ，预期在沥青抽提领域必将得到更为 广泛的认可和大力推广。 参 考 文 献 【 1 】 石红星，吕伟民沥青混合料中沥青含量的几种测定方 法 J J 国外公路，1 9 9 9 ( 4 ) ：4 8 5 0 【 2 】 苏忠高 燃烧法与离心法测定沥青混合料中沥青含量试 验研究 J 1 福建建设科技， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 4 6 5 8 3 3 李永前沥青混合料中沥青含量测定方法浅析 J 1 公路， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 3 5 7 - 3 4 0 【 4 】 谭 巍， 周进川， 王随原 燃烧炉测定沥青含量精确性的 探讨硼重庆交通大学学报：自然科学版，2 0 0 7 ( 1 o ) ： 5 3 -55 【 5 】 交通部公路科学研究所 J T J 0 5 2 -2 0 0 0 公路工程沥青 及沥青混合料试验规程 s 1 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 0 【 6 】 吴桂金燃烧法测定沥青混合料中沥青含量应用的探讨 f J 1 公路，2 0 0 4 ( ： 1 2 3 1 2 6 【 7 】 吴立强 燃烧法测定沥青混合料中沥青含量在威乌高速 公路中的应用【 J j 华东公路， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 1 7 2 0 【 8 】 王保忠抽提法测定沥青混合料沥青含量的误差分析 J 1 陕西建筑， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 1 7 6 1 7 7 9 】 毛菊良，等影响燃烧法测定沥青含量的因素分析【 J 】 上海公路， 2 0 0 3 ( ：f ) ： 9 1 2 质量检验评定标准【 S 】 北京：人民交通出版社， 2 0 0 4 【 3 冯乃 谦新实 用混凝 土大 全【 M1 北 京：科学 出版社 ， 2o 05 【 4 J 金伟良， 赵羽习混凝土结构耐久性【 M 】 北京：科学出 版社， 2 0 0 2 5 彭立海大体积混凝土温控与防裂【 M】 郑州： 黄河水利 出版社， 2 0 0 5 6 】 钟 宁斜拉桥主塔承台大体积混凝土施工水化热分析 J 1 公路，2 0 0 8 ( 1 ) ： 8 9 9 2 7 】付朝江， 张维奇，卓平山 基础大体积混凝土温度应力 分析及控制【 J J 南昌大学学报， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 7 0 7 1 8 18 成 亮，张 鑫， 幸 芊桥梁承台大体积混凝土温度控制 fJ 1 重庆建筑， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 3 2 3 3 9 蔡鹏程，卢有城，曲春珑 大体积混凝土温度计算与实 测温差分析 J 】 建筑技术，2 0 0 5 ( 1 ) ： 6 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m