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摘要 本文介绍粉煤灰掺合料在桥梁混凝土结构物中的应用及施工质量控制。
关键词 粉煤灰掺合料应用质量控制
随着我国公路基础设施建设的不断加快，对应用于桥梁工程中的水泥混凝土要求越来越高。为适应这一要求，目前在公路工程的水泥混凝土中已大量使用混凝土外加剂与掺合料。粉煤灰掺合料以其价格低廉性能良好的优势在桥涵混凝土得到了普遍应用。在此我结合自己的实践经验，谈谈粉煤灰掺合料在桥梁工程混凝土中的应用及其质量控制。
一、粉煤灰掺合料的作用及意义
粉煤灰作为混凝土的掺合料，不仅能大大改善混凝土的工作性能、增强耐久性，而且减少了水泥用量，降低了工程成本。根据《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》及大量现行科技文献资料显示，在结构混凝土中掺用一定数量的粉煤灰、矿渣粉等掺合料，不仅能够提高混凝土拌合物的工作性能，还大大提高了混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化和抗硫酸盐侵蚀性。在杭州湾跨海大桥、郑州黄河公铁两用大桥和咸阳渭河横桥等项目，桥梁工程的桩基、承台、墩柱和箱梁预制及现浇等混凝土结构物中，普遍使用粉煤灰掺合料，取得了良好的经济效益和社会效益。
二、粉煤灰掺合料对混凝土性能的改善
1、粉煤灰掺合料的适用条件
⑴适宜用粉煤灰做掺合料的水泥品种
根据文献资料及实践经验，结构物混凝土使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥时，可以掺入20%以上的粉煤灰等量取代熟料，掺加后其性能随之产生变化。当采用掺入粉煤灰掺合料来配制桥涵结构的混凝土时，适用的水泥一般应为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，对于大体积混凝土使用粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥时不宜再掺入相应的矿渣、粉煤灰。
⑵适宜配制的混凝土
粉煤灰适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗防水混凝土、蒸养混凝土、轻集料混凝土、地下工程混凝土、压浆混凝土、抗水中分离混凝土、抗硫酸盐、抗酸雨、抗软水侵蚀或需要抑制碱集料反应的混凝土。
2、掺入粉煤灰后混凝土性能的改善
粉煤灰等活性摻合料具有与水泥水化生成的氢氧化钙反应的特性，活性掺合料与氢氧化钙发生的反应比水泥水化滞后，称作“二次反应”，粉煤灰等活性掺和料的主要成分是氧化钙和氧化铝，二次反应的生成物是水化硅酸钙和水化铝酸钙胶体，水化硅酸钙和水化铝酸钙是水泥石中提供强度的主要矿物来源，从而使混凝土强度提高。由于二次反应造成了掺粉煤灰的水泥混凝土凝结较慢，缓凝0.5～１h，水化热低，更适宜用于大体积混凝土；早期强度略低，不利于预应力混凝土的张拉和放张，在保持湿养生良好的条件下，后期强度增长率大，长龄期强度高；由于减少了氢氧化钙等有损强度、耐久性的大结晶体，水泥石中的细观裂纹尖端少，干缩变形小，不仅使粉煤灰水泥的抗微裂性提高，而且使掺粉煤灰的桥梁工程混凝土结构物抗冲击、耐疲劳的动载性得以改善，耐久性得到提高。
三、粉煤灰掺合料在桥涵混凝土中的应用
1、利用粉煤灰掺合料配制泵送混凝土
为了提高施工工艺、加快工程进度、保证工程质量，现浇箱梁和现浇高墩多采用泵送混凝土，泵送混凝土拌和物的出机塌落度为80～200mm，要配制小用水量、大坍落度的混凝土，一般通过掺聚羧酸系高性能减水剂和掺合料来实现。掺合料通常采用粉煤灰，其用量控制凝结材料总量的35%左右。
聚羧酸系高性能减水剂的减水率可以达到25%～35%。以聚羧酸系高性能减水剂配制的高性能混凝土要想应用于施工,必须解决坍落度损失问题。混凝土从搅拌站生产并运输到工地，一般要30～60min，到工地时混凝土应有80～180mm的坍落度，才能进行泵送。通常的解决办法是加入载体流化剂，载体流化剂是用粉煤灰等活性载体吸附外加剂制成一定粒径的颗粒,加入流态混凝土中，让外加剂慢慢溶解而逐渐释放出来,使液相中保持有一定浓度的外加剂，从而使坍落度长时间保持稳定。
同时当混凝土具有大流动度的情况下，水泥浆体中凝絮结构已被完全破坏并分散，再添加外加剂已无法使坍落度继续增大。这时掺合粉煤灰掺合料后，由于高品质粉煤灰的形态多数是空心微珠玻璃球，这些微珠颗粒细小，表面光滑呈球状，嵌于水泥颗粒之间，起到滚珠润滑作用，增加混凝土的流动度，从而达到改善混凝土的拌和性能，减少混凝土的泌水性，提高可泵性，减缓混凝土的坍落度损失。而且由于粉煤灰的水化速度很慢，由微球的滚珠润滑作用产生的流动性增加，长时间内不会降低，可以达到延缓坍落度损失的目的。
2、利用粉煤灰掺合料提高混凝土强度，减少水泥用量，节约工程成本。
灌注桩水下混凝土工程量比较大，在不加掺合料的情况下，为了保证混凝土要有良好和易性，较大的坍落度，配制时往往采用加大砂率、提高水泥用量的方法，水泥用量一般在380Kg/m3。掺加粉煤灰后配制相同性能的水下混凝土水泥用量为270 Kg/m3，这样即增加了混凝土的耐久性又大大的降低了工程成本。
大体积承台混凝土，为了降低水化热，减少结构物早期裂缝，在配制混凝土时，普遍采用添加减水剂和掺合料的方法，降低水泥用量。粉煤灰掺合料的加入，使水泥熟料相对减少，一般可减少水泥用量的20%～40%，胶凝材料水化总热将会减少，从而降低混凝土内部温度应力，防止或减少了混凝土裂缝，同时又能提高混凝土的后期强度，大大增强了混凝土的耐久性。
四、掺入粉煤灰掺合料后混凝土的质量控
1、粉煤灰掺合料质量控制
粉煤灰掺合料应保证其质量稳定，来料均匀，并由生产单位专门加工，进行产品检验并出具合格证书。技术要求见下表：
注：1、F类粉煤灰指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰指由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。2、拌制混凝土和砂浆的粉煤灰试验结果符合表中技术要求时为等级品。其中任一项不符合要求允许在同一编号加倍取样复验全部项目，复验不合格可降级处理。凡低于表中最低级别要求的为不合格产品。3、表中比表面积要求为旧规范的要求，作为参考。
公路桥涵混凝土所用粉煤灰掺合料为Ⅱ级及以上粉煤灰，Ⅱ级粉煤灰常用于桩基和下部工程，Ⅰ级粉煤灰常用于桥梁上部工程。
2、混凝土拌合物质量控制
混凝土拌合要求采用强制式拌合楼，使用粉煤作为掺合料时，拌合楼的配料机必须设有粉煤灰配料仓，配料仓之间要求设有不低于50cm高的钢隔板，上料时不能过满，避免混料。拌合楼必须采用电脑配料和配备具有打印功能质量控制盒。粉煤灰以干粉掺入混凝土，单独计量，计量误差：对于预应力混凝土和钢筋混凝土不宜超过总用量的±1%，其他混凝土不得超过±2%。
在拌合时改变混凝土正常的投料顺序，将砂、水泥先与部分水混合，让水与水泥先接触，使C3A开始水化，隔2～3min后再投入碎石和余下的水以及外加剂、掺合料。这样混凝土的搅拌时间虽有延长,却可以使混凝土的坍落度损失降低，提高外加剂和粉煤灰掺合料的利用率。
3、混凝土浇筑
粉煤灰混凝土浇筑与普通不掺粉煤灰的混凝土相近，相同坍落度更易于振捣密实，但粉煤灰混凝土严防过振，以免使较轻的粉煤灰集中在表层浮浆中，粉煤灰浮浆强度较低，极不耐磨，色泽较差。粉煤灰混凝土泌水较少，更便于终饰抹面作业，但应在泌水结束、终凝前进行。
4、混凝土养生
掺加粉煤灰掺合料的结构物混凝土，后期养生特别重要，因为粉煤灰掺合料中得活性物质在后期反应中需要水分，如果养生不及时，将会使粉煤灰中的活性物质失去作用，降低混凝土强度。现在普遍要求在混凝土初凝后及时覆盖养生，墩柱采用自动喷淋养生工艺，箱梁及桥面铺装采用透水土工布覆盖洒水养生工艺，始终保持表面处于潮湿状态，确保混凝土后期强度的增长。薄壁结构潮湿养生时间应延长，不得少于28d,干燥或炎热气候条件下暴露面潮湿养生时间不得少于21d。粉煤灰混凝土低温或负温条件下，宜采用蒸汽养生法。
五、结语
随着高速公路事业的不断发展，“五化”思想理念的不断深入，标准化施工的顺利实施，新技术、新工艺和新材料的不断应用，混凝土掺合料粉煤灰将会在桥涵混凝土中得到更普遍的应用，它不仅能大大降低工程成本，而且还有利于增强混凝土的耐久性，真正发挥其节能环保作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词 粉煤灰掺合料应用质量控制
随着我国公路基础设施建设的不断加快，对应用于桥梁工程中的水泥混凝土要求越来越高。为适应这一要求，目前在公路工程的水泥混凝土中已大量使用混凝土外加剂与掺合料。粉煤灰掺合料以其价格低廉性能良好的优势在桥涵混凝土得到了普遍应用。在此我结合自己的实践经验，谈谈粉煤灰掺合料在桥梁工程混凝土中的应用及其质量控制。
一、粉煤灰掺合料的作用及意义
粉煤灰作为混凝土的掺合料，不仅能大大改善混凝土的工作性能、增强耐久性，而且减少了水泥用量，降低了工程成本。根据《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》及大量现行科技文献资料显示，在结构混凝土中掺用一定数量的粉煤灰、矿渣粉等掺合料，不仅能够提高混凝土拌合物的工作性能，还大大提高了混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化和抗硫酸盐侵蚀性。在杭州湾跨海大桥、郑州黄河公铁两用大桥和咸阳渭河横桥等项目，桥梁工程的桩基、承台、墩柱和箱梁预制及现浇等混凝土结构物中，普遍使用粉煤灰掺合料，取得了良好的经济效益和社会效益。
二、粉煤灰掺合料对混凝土性能的改善
1、粉煤灰掺合料的适用条件
⑴适宜用粉煤灰做掺合料的水泥品种
根据文献资料及实践经验，结构物混凝土使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥时，可以掺入20%以上的粉煤灰等量取代熟料，掺加后其性能随之产生变化。当采用掺入粉煤灰掺合料来配制桥涵结构的混凝土时，适用的水泥一般应为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，对于大体积混凝土使用粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥时不宜再掺入相应的矿渣、粉煤灰。
⑵适宜配制的混凝土
粉煤灰适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗防水混凝土、蒸养混凝土、轻集料混凝土、地下工程混凝土、压浆混凝土、抗水中分离混凝土、抗硫酸盐、抗酸雨、抗软水侵蚀或需要抑制碱集料反应的混凝土。
2、掺入粉煤灰后混凝土性能的改善
粉煤灰等活性摻合料具有与水泥水化生成的氢氧化钙反应的特性，活性掺合料与氢氧化钙发生的反应比水泥水化滞后，称作“二次反应”，粉煤灰等活性掺和料的主要成分是氧化钙和氧化铝，二次反应的生成物是水化硅酸钙和水化铝酸钙胶体，水化硅酸钙和水化铝酸钙是水泥石中提供强度的主要矿物来源，从而使混凝土强度提高。由于二次反应造成了掺粉煤灰的水泥混凝土凝结较慢，缓凝0.5～１h，水化热低，更适宜用于大体积混凝土；早期强度略低，不利于预应力混凝土的张拉和放张，在保持湿养生良好的条件下，后期强度增长率大，长龄期强度高；由于减少了氢氧化钙等有损强度、耐久性的大结晶体，水泥石中的细观裂纹尖端少，干缩变形小，不仅使粉煤灰水泥的抗微裂性提高，而且使掺粉煤灰的桥梁工程混凝土结构物抗冲击、耐疲劳的动载性得以改善，耐久性得到提高。
三、粉煤灰掺合料在桥涵混凝土中的应用
1、利用粉煤灰掺合料配制泵送混凝土
为了提高施工工艺、加快工程进度、保证工程质量，现浇箱梁和现浇高墩多采用泵送混凝土，泵送混凝土拌和物的出机塌落度为80～200mm，要配制小用水量、大坍落度的混凝土，一般通过掺聚羧酸系高性能减水剂和掺合料来实现。掺合料通常采用粉煤灰，其用量控制凝结材料总量的35%左右。
聚羧酸系高性能减水剂的减水率可以达到25%～35%。以聚羧酸系高性能减水剂配制的高性能混凝土要想应用于施工,必须解决坍落度损失问题。混凝土从搅拌站生产并运输到工地，一般要30～60min，到工地时混凝土应有80～180mm的坍落度，才能进行泵送。通常的解决办法是加入载体流化剂，载体流化剂是用粉煤灰等活性载体吸附外加剂制成一定粒径的颗粒,加入流态混凝土中，让外加剂慢慢溶解而逐渐释放出来,使液相中保持有一定浓度的外加剂，从而使坍落度长时间保持稳定。
同时当混凝土具有大流动度的情况下，水泥浆体中凝絮结构已被完全破坏并分散，再添加外加剂已无法使坍落度继续增大。这时掺合粉煤灰掺合料后，由于高品质粉煤灰的形态多数是空心微珠玻璃球，这些微珠颗粒细小，表面光滑呈球状，嵌于水泥颗粒之间，起到滚珠润滑作用，增加混凝土的流动度，从而达到改善混凝土的拌和性能，减少混凝土的泌水性，提高可泵性，减缓混凝土的坍落度损失。而且由于粉煤灰的水化速度很慢，由微球的滚珠润滑作用产生的流动性增加，长时间内不会降低，可以达到延缓坍落度损失的目的。
2、利用粉煤灰掺合料提高混凝土强度，减少水泥用量，节约工程成本。
灌注桩水下混凝土工程量比较大，在不加掺合料的情况下，为了保证混凝土要有良好和易性，较大的坍落度，配制时往往采用加大砂率、提高水泥用量的方法，水泥用量一般在380Kg/m3。掺加粉煤灰后配制相同性能的水下混凝土水泥用量为270 Kg/m3，这样即增加了混凝土的耐久性又大大的降低了工程成本。
大体积承台混凝土，为了降低水化热，减少结构物早期裂缝，在配制混凝土时，普遍采用添加减水剂和掺合料的方法，降低水泥用量。粉煤灰掺合料的加入，使水泥熟料相对减少，一般可减少水泥用量的20%～40%，胶凝材料水化总热将会减少，从而降低混凝土内部温度应力，防止或减少了混凝土裂缝，同时又能提高混凝土的后期强度，大大增强了混凝土的耐久性。
四、掺入粉煤灰掺合料后混凝土的质量控
1、粉煤灰掺合料质量控制
粉煤灰掺合料应保证其质量稳定，来料均匀，并由生产单位专门加工，进行产品检验并出具合格证书。技术要求见下表：
注：1、F类粉煤灰指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰指由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。2、拌制混凝土和砂浆的粉煤灰试验结果符合表中技术要求时为等级品。其中任一项不符合要求允许在同一编号加倍取样复验全部项目，复验不合格可降级处理。凡低于表中最低级别要求的为不合格产品。3、表中比表面积要求为旧规范的要求，作为参考。
公路桥涵混凝土所用粉煤灰掺合料为Ⅱ级及以上粉煤灰，Ⅱ级粉煤灰常用于桩基和下部工程，Ⅰ级粉煤灰常用于桥梁上部工程。
2、混凝土拌合物质量控制
混凝土拌合要求采用强制式拌合楼，使用粉煤作为掺合料时，拌合楼的配料机必须设有粉煤灰配料仓，配料仓之间要求设有不低于50cm高的钢隔板，上料时不能过满，避免混料。拌合楼必须采用电脑配料和配备具有打印功能质量控制盒。粉煤灰以干粉掺入混凝土，单独计量，计量误差：对于预应力混凝土和钢筋混凝土不宜超过总用量的±1%，其他混凝土不得超过±2%。
在拌合时改变混凝土正常的投料顺序，将砂、水泥先与部分水混合，让水与水泥先接触，使C3A开始水化，隔2～3min后再投入碎石和余下的水以及外加剂、掺合料。这样混凝土的搅拌时间虽有延长,却可以使混凝土的坍落度损失降低，提高外加剂和粉煤灰掺合料的利用率。
3、混凝土浇筑
粉煤灰混凝土浇筑与普通不掺粉煤灰的混凝土相近，相同坍落度更易于振捣密实，但粉煤灰混凝土严防过振，以免使较轻的粉煤灰集中在表层浮浆中，粉煤灰浮浆强度较低，极不耐磨，色泽较差。粉煤灰混凝土泌水较少，更便于终饰抹面作业，但应在泌水结束、终凝前进行。
4、混凝土养生
掺加粉煤灰掺合料的结构物混凝土，后期养生特别重要，因为粉煤灰掺合料中得活性物质在后期反应中需要水分，如果养生不及时，将会使粉煤灰中的活性物质失去作用，降低混凝土强度。现在普遍要求在混凝土初凝后及时覆盖养生，墩柱采用自动喷淋养生工艺，箱梁及桥面铺装采用透水土工布覆盖洒水养生工艺，始终保持表面处于潮湿状态，确保混凝土后期强度的增长。薄壁结构潮湿养生时间应延长，不得少于28d,干燥或炎热气候条件下暴露面潮湿养生时间不得少于21d。粉煤灰混凝土低温或负温条件下，宜采用蒸汽养生法。
五、结语
随着高速公路事业的不断发展，“五化”思想理念的不断深入，标准化施工的顺利实施，新技术、新工艺和新材料的不断应用，混凝土掺合料粉煤灰将会在桥涵混凝土中得到更普遍的应用，它不仅能大大降低工程成本，而且还有利于增强混凝土的耐久性，真正发挥其节能环保作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。