三級配粉煤灰混凝土在青年渠首工程中的運用

三級配粉煤灰混凝土在青年渠首工程中的運用張建華(新疆呼圖壁河流域管理處新疆呼圖壁831200)摘要：探討了粉煤灰在不同摻量下混凝土的體積安定性，以及不同水膠比下粉煤灰混凝土的力學性能。研究表明：隨著水膠比的降低，粉煤灰混凝土強度逐漸增大。結(jié)合工程實際，選用大摻量的粉煤灰混凝土，在大摻量下，粉煤灰混凝土滿足工程對強度、抗?jié)B和抗凍性能的要求。經(jīng)過一年多的運行，粉煤灰混凝土沒有出現(xiàn)任何破壞，表明其具有很好的承載能力和耐久性。關(guān)鍵詞：粉煤灰，混凝土，安定性，抗壓強度，耐久性TheusingofthreegradationconcretewithFlyashinqingnianqushouprojectZhangJianhua(ThemanagementofxinjianghutubiriverbasinxinjiangHutubi831200)Abstract：Flyashconcreteindifferentdosagevolumestability,aswellasdifferentwater-cementratioofflyashconcretemechanicalproperties.Thestudyshowedthat:Withthelowerwater-cementratio,flyashconcretestrengthincreasesgradually.Engineeringpractice,thechoiceofHighVolumeFlyAshConcreteinLargeVolumeFlyAshConcretemeettheengineeringrequirementsofstrength,impermeabilityandfrostresistance.Aftermorethanayeartorun,flyashconcreteisnotanydamage,toshowthatithasagoodcarryingcapacityanddurability.Keywords:Flyash，concrete，Stability，compressionstrength，durability0引言混凝土是建筑工程中用量最大的建筑材料，水泥卻是混凝土必不可少的組成部分。在煅燒水泥的過程中，會向大氣中排放大量的CO2，一定量的SO3、NOx等氣體，造成環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等不良影響。文獻［1~3］提出了將工業(yè)廢渣運用于混凝土，不僅改善了混凝土的力學性能和耐久性，又節(jié)約了成本。粉煤灰是一種從燒煤的電廠或鍋爐煙氣中收集到的呈“球形”的的火山灰質(zhì)材料。1914年Anon首次在粉煤灰中發(fā)現(xiàn)了具有火山灰性質(zhì)的氧化物囹，這開創(chuàng)了各國學者對粉煤灰性質(zhì)研究的新進程。但是直到1937年，Davis等人的研究成果的發(fā)表揭開了粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的新紀元［5~6］。隨著社會的發(fā)展，城市化建設(shè)的需要，特別是50年代以來，發(fā)達國家已經(jīng)開始在大體積混凝土中廣泛應(yīng)用粉煤灰［刀。目前，在混凝土中使用一定量的粉煤灰已是廣大工程師可接受的。因此，在新疆呼圖壁河青年渠首工程的改建中，使用粉煤灰來等量代替水泥，以期可以節(jié)約經(jīng)濟成本，同時改善混凝土的力學性能和耐久性，達到提高粉煤灰混凝土的服役年限，以至延長工程的正常使用壽命。1工程概況新疆呼圖壁河青年渠首工程位于新疆呼圖壁河中游出山口處，屬W等?。?）型工程。新建青年干渠渠首樞紐由上壩和下壩兩套建筑物系統(tǒng)組成。上壩系統(tǒng)由上壩、泄洪沖沙閘和上壩溢流堰組成；下壩系統(tǒng)由下圖1工程平面圖壩、下壩沖沙閘和進水閘組成。上壩系統(tǒng)與 -30.2°C。因此，該工程在改建時，由于是水細密細密比表標準稠度凝結(jié)時間安定抗折強度抗壓強度度度面積用水量/min性/MPa/MPa/%/g/cm3/m2/kg/%初凝 終凝3d28d3d 28d0.53.137828165 245合格5.7 8.225.3 49.7天山牌P,O42.5R級技術(shù)性質(zhì)河道左岸形成外庫，下壩系統(tǒng)與上壩河道右岸形成內(nèi)庫。外庫庫容由平均寬175m的泄洪沖沙槽形成，用來攔截沉積推移質(zhì)，再由布置在下壩左側(cè)的泄洪沖沙閘排到下游。內(nèi)庫用來沉積懸移質(zhì)泥沙，并進行日調(diào)節(jié)。內(nèi)庫進水通過布置在上壩尾部的溢流堰進水，引水閘布置在下壩的右側(cè)，輸水渠道布置在右岸的階地上，后接入老青年干渠，見圖1。新疆呼圖壁河流域到處亞歐大陸腹地，該流域呈典型的大陸性氣候，青年渠首多年平均溫度為6.8C，極端最低溫度表1庫工程，除了考慮抗凍性外，還需考慮混凝土的抗?jié)B性。在做混凝土配合比時，下壩混凝土面板的配合比為C30W6F200。2試驗材料試驗原材料包括：（1）水泥：新疆天山水泥股份有限公司生產(chǎn)的天山牌P.O42.5R級水泥，技術(shù)性質(zhì)見表1，化學成分見表2。（2）粉煤灰：試驗選用瑪拉斯電廠加工的粉煤灰，比表面積為430m9kg，需水量比89.53%，化學成分檢測結(jié)果見表2。經(jīng)檢測，該粉煤灰屬II級粉煤灰，且為低鈣灰。（3）骨料：細骨料為呼圖壁河青年渠首右岸階地平臺上的天然河砂，經(jīng)過篩分水洗膠結(jié)材料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2OR2OLOSS水泥24.766.483.6358.502.080.450.340.640.760.55粉煤灰55.6521.006.065.902.590.901.441.952.720.71原材料化學組分后，細度模數(shù)為2.6的中砂，連續(xù)級配，33試驗方案含泥量為0.5%；粗骨料為呼圖壁河青年渠粉煤灰中都含有一定量的游離氧化鈣，首右岸階地平臺上的卵石，最大粒徑為為使硬化后的混凝土不會出現(xiàn)安定性不良80mm。的情況，在使用粉煤灰時，首先需要驗證粉（4）外加劑：山西奧鑫建材有限公司生煤灰的安定性問題。因此將不同摻量的瑪電產(chǎn)的FDN萘系高效減水劑，減水率20%，粉煤灰和水泥按比例混合，測定其膠凝材料最佳摻量為1.0%；山西凱迪建材有限公司的安定性，檢查結(jié)果見表3。生產(chǎn)的KDSF型引氣劑，最佳摻量1.0%?1.5%，實際摻量以試驗為準。（5）水：實驗室自來水。不同摻量的瑪電粉煤灰和水泥按比例混合的安定性檢查結(jié)果序膠凝材料摻量/%安定性能否號水泥粉煤灰雷氏夾膨脹值/mm評定結(jié)果使用190101.0合格能使用280201.0合格能使用375252.0合格能使用470302.5合格能使用從安定性的評價結(jié)果來看，試驗選用的四個摻量安定性都沒有問題，都可以在工程中使用。而規(guī)范中粉煤灰的摻量不宜突破30%，因此，為了節(jié)約成本，本項目選用粉煤灰的摻量為30%，選用3個水膠比，分別為：0.40、0.35、0.30。經(jīng)過計算，得出初步配合比，然后再對每個水膠比進行試拌、調(diào)整。調(diào)整時，以混凝土的工作性為考核指標，特別是流動性，要有足夠的流動性才易施工；除此之外，也要滿足粘聚性和保水性好的要求。試拌合格后的混凝土配合比見表4,試拌合格后將混凝土拌合物澆筑成型試塊，24h后脫模，移到標準養(yǎng)護室養(yǎng)護到規(guī)定齡期，再進行不同齡期的混凝土力學性能試驗、抗?jié)B試驗、抗凍試驗。表4三級配混凝土配合比試驗水膠粉煤灰混凝土各項材料用量/1m3/kg減水引氣劑編號比摻量/%水泥水粉煤灰砂小石中石大石劑/% /1/萬F10.4030 20211687616 397 397576 1.0 1.25F20.3530 22211195562 380 380551 1.0 1.20F30.3030 272116116562 380 380551 1.1 1.104試驗結(jié)果期，再進行不同齡期的抗壓試驗，混凝土拌按表4的三級配混凝土配合比澆筑成型合物工作性的試驗結(jié)果和不同齡期的抗壓混凝土抗壓試塊，脫模后標準養(yǎng)護到規(guī)定齡試驗結(jié)果見表5。表5粉煤灰混凝土不同齡期的抗壓試驗結(jié)果試驗水膠坍落度粘聚保水含氣量實測表觀密各齡期抗壓強度/Mpa編號比 /mm性性/% 度/kg/m33d 28dF10.40 81好好4.8 238018.3 33.2F20.35 75好好5.2 237526.5 34.4F30.30 79好好5.1 237734.2 42.9經(jīng)過計算，三個水膠比中，F(xiàn)3的試驗抗?jié)B和抗凍試塊，養(yǎng)護到28d，再進行抗凍結(jié)果滿足C30的要求。由于混凝土還要考慮和抗?jié)B試驗，試驗結(jié)果見表6和表7。抗凍和抗?jié)B，因此，采用F3的配合比成型表6粉煤灰混凝土抗?jié)B試驗結(jié)果試驗作用于試件上的試件滲水高度/mm混凝土編號最終壓力/Mpa最小最大 平均 抗?jié)B等級F37.8613 10.7 >w64.1試驗結(jié)果分析表5?表7示出了粉煤灰混凝土的試驗結(jié)果，從中可以得出如下結(jié)論：當水膠比降低時，同齡期混凝土的強度反而增加，這說明了水膠比是影響混凝土抗壓強度的顯著因素；同一水膠比時，28d的強度較3d的要大，這主要是由于齡期的延長，混凝土中膠凝材料得到充分的水化，密實了混凝土的孔隙，改善了混凝土界面結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土強度。粉煤灰摻量為30%時，不影響混凝土的安定性。當采用0.3的水膠比時，其抗

試件編號凍融循環(huán)次數(shù)凍融前試件編號凍融循環(huán)次數(shù)凍融前質(zhì)量/kg凍融后質(zhì)量/kg質(zhì)量損失率/%相對動彈性模量/%抗凍等級實測值平均值實測值平均值F3-19.469.212.495.6F3-22009.539.282.52.596.395.6>F200F3-39.529.272.594.8表7 粉煤灰混凝土抗凍試驗結(jié)果的抗?jié)B、抗凍性能，瞞足寒冷地區(qū)使用混凝土的基本要求。新疆呼圖壁河青年渠首改建工程于2011年10月已基本完工，在內(nèi)庫混凝土面板中使用了三級配的粉煤灰混凝土，經(jīng)過一年多的運行，下壩面板基本沒有出現(xiàn)承載不足、滲漏、開裂等現(xiàn)象。因此，三級配的粉煤灰混凝土具有較好的承載能力、抗?jié)B和抗凍性能，特別適用于寒冷地區(qū)的水利工程。5結(jié)論粉煤灰具有較多的游離氧化鈣，為了能很好地使用于混凝土中，文中將粉煤灰和水泥按不同比例混合，測其安定性，發(fā)現(xiàn)當粉煤灰摻量為30%是安定性仍合格。水膠比始終是影響混凝土強度的顯著因素，水膠比降低，同齡期的混凝土強度逐漸增大。水膠比一定時，抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的延長而增大，這主要是養(yǎng)護齡期的延長，混凝土中膠凝材料得到了充分的水化，提高了混凝土的密實度而增強。摻30%粉煤灰的混凝土具有較好通過工程實踐，證明了摻30%粉煤灰的混凝土具有較好的力學性能和耐久性，從而提高了混凝土的服役年限和工程的正常使用壽命。參考文獻[1]AlainBilodeau,VMohanMalhotra.High-VolumeFlyAshSystem:ConcreteSolutionforSustainableDevelopment[J].ACIMaterialsJournal，2000，97(1):January-February:41~48.⑵胡曉鵬，牛荻濤，張永利.粉煤灰混凝土黏結(jié)性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學報2013,34(1):139~146.吳福飛，侍克斌等.鋰渣鋼渣復合高性能混凝土抗氯離子的滲透性能，新疆農(nóng)業(yè)大學學報.2012(6):499-503.Anon.Aninvestigationofpozzolmicnatureofcoalashes[J].EngineeringNews,1914,71(24):1334?1335.R.E.Davis,J.W.Kelly,GE.Troxell.PropertiesofmortarsandconcretescontainingPortlandpozzolancement[J].JournalofACI,1935,7?9.R.E.Davis.Et.W.C