三级配粉煤灰混凝土在青年渠首工程中的运用

三级配粉煤灰混凝土在青年渠首工程中的运用张建华(新疆呼图壁河流域管理处新疆呼图壁831200)摘要：探讨了粉煤灰在不同掺量下混凝土的体积安定性，以及不同水胶比下粉煤灰混凝土的力学性能。研究表明：随着水胶比的降低，粉煤灰混凝土强度逐渐增大。结合工程实际，选用大掺量的粉煤灰混凝土，在大掺量下，粉煤灰混凝土满足工程对强度、抗渗和抗冻性能的要求。经过一年多的运行，粉煤灰混凝土没有出现任何破坏，表明其具有很好的承载能力和耐久性。关键词：粉煤灰，混凝土，安定性，抗压强度，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，水泥却是混凝土必不可少的组成部分。在煅烧水泥的过程中，会向大气中排放大量的CO2，一定量的SO3、NOx等气体，造成环境污染、温室效应等不良影响。文献［1~3］提出了将工业废渣运用于混凝土，不仅改善了混凝土的力学性能和耐久性，又节约了成本。粉煤灰是一种从烧煤的电厂或锅炉烟气中收集到的呈“球形”的的火山灰质材料。1914年Anon首次在粉煤灰中发现了具有火山灰性质的氧化物囹，这开创了各国学者对粉煤灰性质研究的新进程。但是直到1937年，Davis等人的研究成果的发表揭开了粉煤灰在混凝土中应用的新纪元［5~6］。随着社会的发展，城市化建设的需要，特别是50年代以来，发达国家已经开始在大体积混凝土中广泛应用粉煤灰［刀。目前，在混凝土中使用一定量的粉煤灰已是广大工程师可接受的。因此，在新疆呼图壁河青年渠首工程的改建中，使用粉煤灰来等量代替水泥，以期可以节约经济成本，同时改善混凝土的力学性能和耐久性，达到提高粉煤灰混凝土的服役年限，以至延长工程的正常使用寿命。1工程概况新疆呼图壁河青年渠首工程位于新疆呼图壁河中游出山口处，属W等小（1）型工程。新建青年干渠渠首枢纽由上坝和下坝两套建筑物系统组成。上坝系统由上坝、泄洪冲沙闸和上坝溢流堰组成；下坝系统由下图1工程平面图坝、下坝冲沙闸和进水闸组成。上坝系统与 -30.2°C。因此，该工程在改建时，由于是水细密细密比表标准稠度凝结时间安定抗折强度抗压强度度度面积用水量/min性/MPa/MPa/%/g/cm3/m2/kg/%初凝 终凝3d28d3d 28d0.53.137828165 245合格5.7 8.225.3 49.7天山牌P,O42.5R级技术性质河道左岸形成外库，下坝系统与上坝河道右岸形成内库。外库库容由平均宽175m的泄洪冲沙槽形成，用来拦截沉积推移质，再由布置在下坝左侧的泄洪冲沙闸排到下游。内库用来沉积悬移质泥沙，并进行日调节。内库进水通过布置在上坝尾部的溢流堰进水，引水闸布置在下坝的右侧，输水渠道布置在右岸的阶地上，后接入老青年干渠，见图1。新疆呼图壁河流域到处亚欧大陆腹地，该流域呈典型的大陆性气候，青年渠首多年平均温度为6.8C，极端最低温度表1库工程，除了考虑抗冻性外，还需考虑混凝土的抗渗性。在做混凝土配合比时，下坝混凝土面板的配合比为C30W6F200。2试验材料试验原材料包括：（1）水泥：新疆天山水泥股份有限公司生产的天山牌P.O42.5R级水泥，技术性质见表1，化学成分见表2。（2）粉煤灰：试验选用玛拉斯电厂加工的粉煤灰，比表面积为430m9kg，需水量比89.53%，化学成分检测结果见表2。经检测，该粉煤灰属II级粉煤灰，且为低钙灰。（3）骨料：细骨料为呼图壁河青年渠首右岸阶地平台上的天然河砂，经过筛分水洗胶结材料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原材料化学组分后，细度模数为2.6的中砂，连续级配，33试验方案含泥量为0.5%；粗骨料为呼图壁河青年渠粉煤灰中都含有一定量的游离氧化钙，首右岸阶地平台上的卵石，最大粒径为为使硬化后的混凝土不会出现安定性不良80mm。的情况，在使用粉煤灰时，首先需要验证粉（4）外加剂：山西奥鑫建材有限公司生煤灰的安定性问题。因此将不同掺量的玛电产的FDN萘系高效减水剂，减水率20%，粉煤灰和水泥按比例混合，测定其胶凝材料最佳掺量为1.0%；山西凯迪建材有限公司的安定性，检查结果见表3。生产的KDSF型引气剂，最佳掺量1.0%〜1.5%，实际掺量以试验为准。（5）水：实验室自来水。不同掺量的玛电粉煤灰和水泥按比例混合的安定性检查结果序胶凝材料掺量/%安定性能否号水泥粉煤灰雷氏夹膨胀值/mm评定结果使用190101.0合格能使用280201.0合格能使用375252.0合格能使用470302.5合格能使用从安定性的评价结果来看，试验选用的四个掺量安定性都没有问题，都可以在工程中使用。而规范中粉煤灰的掺量不宜突破30%，因此，为了节约成本，本项目选用粉煤灰的掺量为30%，选用3个水胶比，分别为：0.40、0.35、0.30。经过计算，得出初步配合比，然后再对每个水胶比进行试拌、调整。调整时，以混凝土的工作性为考核指标，特别是流动性，要有足够的流动性才易施工；除此之外，也要满足粘聚性和保水性好的要求。试拌合格后的混凝土配合比见表4,试拌合格后将混凝土拌合物浇筑成型试块，24h后脱模，移到标准养护室养护到规定龄期，再进行不同龄期的混凝土力学性能试验、抗渗试验、抗冻试验。表4三级配混凝土配合比试验水胶粉煤灰混凝土各项材料用量/1m3/kg减水引气剂编号比掺量/%水泥水粉煤灰砂小石中石大石剂/% /1/万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试验结果期，再进行不同龄期的抗压试验，混凝土拌按表4的三级配混凝土配合比浇筑成型合物工作性的试验结果和不同龄期的抗压混凝土抗压试块，脱模后标准养护到规定龄试验结果见表5。表5粉煤灰混凝土不同龄期的抗压试验结果试验水胶坍落度粘聚保水含气量实测表观密各龄期抗压强度/Mpa编号比 /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经过计算，三个水胶比中，F3的试验抗渗和抗冻试块，养护到28d，再进行抗冻结果满足C30的要求。由于混凝土还要考虑和抗渗试验，试验结果见表6和表7。抗冻和抗渗，因此，采用F3的配合比成型表6粉煤灰混凝土抗渗试验结果试验作用于试件上的试件渗水高度/mm混凝土编号最终压力/Mpa最小最大 平均 抗渗等级F37.8613 10.7 >w64.1试验结果分析表5〜表7示出了粉煤灰混凝土的试验结果，从中可以得出如下结论：当水胶比降低时，同龄期混凝土的强度反而增加，这说明了水胶比是影响混凝土抗压强度的显著因素；同一水胶比时，28d的强度较3d的要大，这主要是由于龄期的延长，混凝土中胶凝材料得到充分的水化，密实了混凝土的孔隙，改善了混凝土界面结构，从而提高了混凝土强度。粉煤灰掺量为30%时，不影响混凝土的安定性。当采用0.3的水胶比时，其抗

试件编号冻融循环次数冻融前试件编号冻融循环次数冻融前质量/kg冻融后质量/kg质量损失率/%相对动弹性模量/%抗冻等级实测值平均值实测值平均值F3-19.469.212.495.6F3-22009.539.282.52.596.395.6>F200F3-39.529.272.594.8表7 粉煤灰混凝土抗冻试验结果的抗渗、抗冻性能，瞒足寒冷地区使用混凝土的基本要求。新疆呼图壁河青年渠首改建工程于2011年10月已基本完工，在内库混凝土面板中使用了三级配的粉煤灰混凝土，经过一年多的运行，下坝面板基本没有出现承载不足、渗漏、开裂等现象。因此，三级配的粉煤灰混凝土具有较好的承载能力、抗渗和抗冻性能，特别适用于寒冷地区的水利工程。5结论粉煤灰具有较多的游离氧化钙，为了能很好地使用于混凝土中，文中将粉煤灰和水泥按不同比例混合，测其安定性，发现当粉煤灰掺量为30%是安定性仍合格。水胶比始终是影响混凝土强度的显著因素，水胶比降低，同龄期的混凝土强度逐渐增大。水胶比一定时，抗压强度随着养护龄期的延长而增大，这主要是养护龄期的延长，混凝土中胶凝材料得到了充分的水化，提高了混凝土的密实度而增强。掺30%粉煤灰的混凝土具有较好通过工程实践，证明了掺30%粉煤灰的混凝土具有较好的力学性能和耐久性，从而提高了混凝土的服役年限和工程的正常使用寿命。参考文献[1]AlainBilodeau,VMohanMalhotra.High-VolumeFlyAshSystem:ConcreteSolutionforSustainableDevelopment[J].ACIMaterialsJournal，2000，97(1):January-February:41~48.⑵胡晓鹏，牛荻涛，张永利.粉煤灰混凝土黏结性能试验研究[J].建筑结构学报2013,34(1):139~146.吴福飞，侍克斌等.锂渣钢渣复合高性能混凝土抗氯离子的渗透性能，新疆农业大学学报.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