科技成果文本--三明長深高速a3標(biāo)高性能砼雙摻技術(shù)研究

1、<p>　　三明長深高速A3標(biāo)高性能混凝土雙摻技術(shù)研究</p><p>　　中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 月仁榮、楊勝忠、任平、譚志親、賀恩友、張勇軍、蘭海弋</p><p><b>　　課題來源</b></p><p>　　隨著我國高速鐵路及公路建設(shè)對混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求越來越高，公司近年承攬了大量的高速鐵路及公路施工任務(wù)，年

2、混凝土需要量在150萬m3以上。如何通過自主創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，掌握高性能混凝土雙摻技術(shù)、質(zhì)量控制等核心技術(shù)，推動公司混凝土生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，成為一個非常迫切的課題?？偨Y(jié)我公司多年混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，如何改變原來高速公路項(xiàng)目普通混凝土配合比傳統(tǒng)設(shè)計思路，在高速公路施工領(lǐng)域使用雙摻（粉煤灰、礦粉）技術(shù)，全面推廣成熟的高性能混凝土技術(shù)，設(shè)計出工作性能穩(wěn)定，符合常規(guī)及復(fù)雜施工條件下需要的高性能混凝土。2011年上半年，公司由中心試驗(yàn)室牽頭組成混

3、凝土專家組會同長深高速A3標(biāo)項(xiàng)目部，首次在公司高速公路項(xiàng)目開展高性能混凝土雙摻技術(shù)研究，經(jīng)過大量基礎(chǔ)試驗(yàn)研究及檢測，設(shè)計出性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的混凝土，并取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。為更好的推廣長深項(xiàng)目高性能混凝土雙摻技術(shù)，通過本次技術(shù)研究工作總結(jié)，對今后類似工程的混凝土配合比優(yōu)化提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　1.混凝土雙摻技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.1國內(nèi)混凝土雙摻技術(shù)研究現(xiàn)

4、狀</p><p>　　雙摻技術(shù)是高性能混凝土技術(shù)中不可缺少的技術(shù)手段，雙摻即在混凝土中摻入外加劑和礦物摻合料。外加劑主要指無需取代膠凝材料而外摻的小于膠凝材料用量5%的化合物。用于高性能混凝土的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等。礦物摻合料主要包括粉煤灰、礦渣粉和硅灰等，硅粉的細(xì)度細(xì)，摻入占水泥重量的5%～10%的硅粉，可以取代10%～25%的水泥，但硅粉來源少、價格高，難以大量應(yīng)用。現(xiàn)階段我國粉煤灰年排渣量達(dá)2

5、億多噸，水淬礦渣粉的年排放量為8000多萬噸。隨著電力工業(yè)和冶金工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰和冶金企業(yè)的礦渣粉排放量將逐年增加，占地面積必然隨之加大。雙摻技術(shù)的使用給礦渣粉和粉煤灰的綜合利用開創(chuàng)了一條綠色環(huán)保的通道，同時大大改善了混凝土的工作性能，更加適合工程的需要。</p><p>　　趙多蒼等研究了雙摻粉煤灰和石灰粉對混凝土的氯離子滲透能力和凍融性能的影響。王稷良、王雨利等研究了粉煤灰和礦粉對高強(qiáng)混凝土耐久性

6、的影響，結(jié)果表明：粉煤灰和礦粉均可明顯改善混凝土抗氯離子的滲透性能，礦粉比粉煤灰的作用更加顯著，且隨摻合料取代量的提高，混凝土抗氯離子滲透性能提高。楊錢榮、張樹青、楊全兵等做了摻鋼渣-礦渣-粉煤灰復(fù)合微粉混凝土性能研究，結(jié)果表明：在同水膠比下，復(fù)合微粉等量取代水泥后，可有效降低混凝土的干燥收縮，且混凝土的抗氯離子滲透性能顯著提高。胡明文通過鄭西客運(yùn)專線32m預(yù)應(yīng)力梁C50泵送混凝土雙摻粉煤灰和礦渣粉試驗(yàn)，在摻量達(dá)36%的情況下，混凝土的

7、強(qiáng)度和耐久性技術(shù)參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求，明顯改善混凝土的綜合性能。</p><p>　　礦渣磨至超細(xì)粉取代混凝土中部分水泥后，使得混凝土的流動性提高，泌水量降低，緩凝，早期強(qiáng)度可與硅酸鹽水泥混凝土相當(dāng)，但后期強(qiáng)度高，耐久性好。超細(xì)磨礦渣對混凝土耐久性的貢獻(xiàn)表面在優(yōu)異的抗氯離子滲透性和抗化學(xué)侵蝕性，良好的抗凍性和抗?jié)B性。粉煤灰能明顯改善混凝土的收縮性能；更多地節(jié)約水泥和處理電廠廢棄物，可節(jié)能、節(jié)約資源和改善溫室效應(yīng)；降低

8、混凝土材料成本；降低混凝土水化熱；提高混凝土抗?jié)B、抗腐蝕等性能。研究表明：雙摻、三摻比單摻更容易使混凝土結(jié)構(gòu)獲得優(yōu)質(zhì)工程性能，雙摻礦渣粉、粉煤灰作為摻合料，國家目前沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其在混凝土中的具體摻量，各預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)在使用礦渣粉作摻合料時，摻量主要是根據(jù)其實(shí)驗(yàn)室配合比確定，而其在試配時往往只注重混凝土力學(xué)性能指標(biāo)，忽視其耐久性指標(biāo)。本項(xiàng)目針對不同摻量比例的粉煤灰、礦渣超細(xì)粉對高性能混凝土的力學(xué)性能、工作性能和耐久性等的影響展開

9、研究，得出較優(yōu)的摻量比例，用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。</p><p>　　1.2公司混凝土雙摻研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，在我公司承攬施工的津秦、京滬等高鐵項(xiàng)目，高性能混凝土配合比設(shè)計過程大量應(yīng)用粉煤灰、礦粉雙摻技術(shù)，降低混凝土生產(chǎn)成本及環(huán)境污染程度。目前高鐵高性能混凝土中粉煤灰摻入多，礦粉摻入少，尤其在北方冬季施工，粉煤灰摻入多使混凝土密度降低，易產(chǎn)生浮漿、流沙，且7d強(qiáng)度偏低，對混凝

10、土結(jié)構(gòu)物外觀及工期造成影響。針對存在的問題，公司在長深A(yù)3標(biāo)項(xiàng)目開展混凝土雙摻技術(shù)研究，針對粉煤灰及礦粉不同摻量摻量進(jìn)行調(diào)整，對混凝土性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定合適的雙摻比例，提高混凝土配合比設(shè)計、施工生產(chǎn)水平。</p><p><b>　　2.工程概況</b></p><p>　　福建省三明市長深高速公路連接線位于福建省西北部，起于規(guī)劃的海西高速網(wǎng)中的第六橫“廈沙線”呈

11、東北西南走向，經(jīng)在建的三明市綜合交通樞紐、沙縣、三明市區(qū)、永安市，連接廈沙高速，長深高速三明連接線。本項(xiàng)目A3合同段合同造價為5.38億元，線長約4.407km，按雙向6車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計等級為高速公路。主要結(jié)構(gòu)物：互通立交1處；特大橋、大橋各一座，全橋1300延米;隧道1.5座，計長2386.5m，C15～C40混凝土約24萬m3、主墩及梁部C50混凝土6萬m3，總計結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計用量約30萬m3。</p>&l

12、t;p>　　2.1主要混凝土結(jié)構(gòu)物情況</p><p>　　馬林大橋主墩采用空心薄壁墩高104m，單墩混凝土需求量超過5000m3；部分梁采用懸灌梁施工工藝，懸灌最大跨度為72m，寬度25.25m。由于本項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)物多、混凝土方量大，雙摻技術(shù)成為節(jié)約施工生產(chǎn)成本、提高混凝土耐久性的有效途徑之一。</p><p>　　2.2主要混凝土工程技術(shù)難點(diǎn)</p><p&

13、gt;　　高墩混凝土及大體積懸灌梁施工澆筑，采用泵送混凝土作業(yè)，施工時段正值三明地區(qū)是6、7、8月份高溫季節(jié)。且單墩混凝土方量大，對混凝土的技術(shù)要求特別高，主要有混凝土遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、高溫條件施工、高揚(yáng)程泵送、大體積施工混凝土水化熱控制、坍損較快等技術(shù)難題。</p><p>　　3.混凝土組成材料選用</p><p>　　混凝土配合比優(yōu)化使用材料與優(yōu)化前基準(zhǔn)配合比使用材料相同，擬選用項(xiàng)目附近現(xiàn)

14、有的材料：產(chǎn)自三明的中砂、產(chǎn)自三明的碎石、產(chǎn)自福建的P.O52.5水泥、產(chǎn)自福建的P.O42.5水泥、產(chǎn)自永安的Ⅱ級粉煤灰、產(chǎn)自三明的S95礦粉、產(chǎn)自廈門的聚羧酸高性能減水劑、產(chǎn)自山西的聚羧酸高性能減水劑。其中產(chǎn)自福建的P.O52.5水泥及產(chǎn)自廈門的聚羧酸高性能減水劑主要用于T梁C50混凝土及現(xiàn)澆梁C50混凝土。</p><p><b>　　3.1 砂</b></p><

15、p>　　三明地區(qū)河砂資源豐富，級配良好、質(zhì)地堅硬，質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)自三明的中砂，砂細(xì)度模2.6-3.0不等，介于中粗砂范圍，氯離子含量符合規(guī)范要求，試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表1。</p><p>　　表1 河砂試驗(yàn)檢測統(tǒng)計表</p><p><b>　　3.2 碎石</b></p><p>　　產(chǎn)自三明的普通碎石，其規(guī)格為：4.75-13.2mm

16、 、13.2-19mm、19-31.5mm，碎石顆粒級配按三級摻配后為連續(xù)級配，粒形較好，線膨脹系數(shù)較小。T梁及懸灌梁配合比中反擊破碎石采用4.75-13.2mm 、13.2-19mm兩檔碎石進(jìn)行摻配，顆粒級配良好，兩級碎石粒形均勻、圓潤，線脹系數(shù)小，試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表2。</p><p>　　表2 碎石部分試驗(yàn)檢測項(xiàng)目統(tǒng)計表</p><p><b>　　3.3 水泥<

17、/b></p><p>　　產(chǎn)自福建的P.O52.5、P.O42.5水泥，強(qiáng)度富余系數(shù)大于1.15，整體富余系數(shù)較高，試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表3。</p><p>　　表3 水泥部分試驗(yàn)檢測項(xiàng)目統(tǒng)計表</p><p>　　3.4 摻和料粉煤灰、礦粉</p><p>　　粉煤灰采用產(chǎn)自永安的Ⅱ級粉煤灰，質(zhì)量符合Ⅱ級灰要求（試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表

18、4）。礦粉采用產(chǎn)自三明的S95礦粉，密度為2.9g/cm3，質(zhì)量穩(wěn)定（試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表5）。</p><p>　　表4 粉煤灰部分試驗(yàn)檢測項(xiàng)目統(tǒng)計表</p><p>　　表5 礦粉部分試驗(yàn)檢測項(xiàng)目統(tǒng)計表</p><p><b>　　3.5 減水劑</b></p><p>　　減水劑主要使用產(chǎn)自廈門的聚羧酸高性能

19、減水劑及產(chǎn)自山西的聚羧酸高性能減水劑，外加劑各參數(shù)符合普通混凝土配合比設(shè)計要求（試驗(yàn)檢測結(jié)果詳見表6）。</p><p>　　表6 減水劑部分試驗(yàn)檢測項(xiàng)目統(tǒng)計表</p><p><b>　　3.6 水</b></p><p>　　混凝土拌和用水選用拌合站飲用水，其主要指標(biāo)有：PH值7.35，不溶物170mg/L，可溶物含量405mg/L，氯

20、離子含量6.59mg/L，堿含量37.7mg/L，符合普通混凝土用水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。</p><p><b>　　4.混凝土配比設(shè)計</b></p><p>　　長深項(xiàng)目混凝土配合比設(shè)計包括選擇和檢測原材料，依據(jù)各強(qiáng)度等級混凝土拌和物技術(shù)性能，確定各組成材料的相對比例，各組成材料技術(shù)性能要求符合GB50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。保證混凝土的實(shí)際生產(chǎn)強(qiáng)

21、度要符合GB 50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。配合比設(shè)計分別考慮各組成材料對混凝土強(qiáng)度，和易性的影響。各強(qiáng)度等級混凝土配合比設(shè)計及材料用量詳見表7，各強(qiáng)度等級混凝土28d抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計要求，混凝土設(shè)計配合比抗壓強(qiáng)度詳見表8。</p><p>　　表8 長深高速公路A3合同段混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計表</p><p>　　4.1 配合比設(shè)計中砂率及集料粒徑對混凝土性能的影響

22、</p><p>　　砂率做為重要的級配參數(shù)，影響混凝土拌和物和易性。砂率的選擇關(guān)系到混凝土的和易性和經(jīng)濟(jì)性，是一個非常重要的設(shè)計參數(shù)。混凝土配合比設(shè)計過程，通過查表或經(jīng)驗(yàn)確定砂率，試配時不出現(xiàn)泌水或離析，試配配合比不再進(jìn)行調(diào)整?？紤]骨料的品種、粒徑以及水灰比的影響，并分別對中粗砂以及高強(qiáng)、流態(tài)、泵送混凝土進(jìn)行考慮，綜合選擇合理的砂率，本配合比初步設(shè)計中砂率確定在0.39～0.42之間。基準(zhǔn)配合比在總膠凝材料、混

23、凝土配置強(qiáng)度確定后，從粗細(xì)集料粒徑及總表面積考慮，在保持集料用量、混凝土工作性能不變的條件下，隨著集料顆粒粒徑的減小，其單位質(zhì)量總表面積增大，配合比設(shè)計時膠凝材料用量增加。粗集料的級配和最大粒徑對混凝土質(zhì)量有一定影響。級配越好，集料空隙率及總表面積越小，不僅能節(jié)約水泥用量，而且混凝土的和易性、密實(shí)性和強(qiáng)度也越高；石子粒徑太大，增大水泥用量，導(dǎo)致混凝土收縮量加大，產(chǎn)生收縮裂縫。</p><p>　　4.2配合比設(shè)計

24、中粗集料技術(shù)要求</p><p>　　為保證混凝土的質(zhì)量，粗集料部分技術(shù)要求：有害物質(zhì)含量少；具有良好的顆粒形狀，適宜的顆粒級配；表面粗糙，與水泥粘結(jié)牢固；性能穩(wěn)定,堅固耐久。設(shè)置快速檢測室及時對進(jìn)場地材進(jìn)行檢測，在5min到15min內(nèi)進(jìn)行快速檢測，杜絕不合格原材料進(jìn)場，確保集料質(zhì)量穩(wěn)定可控。</p><p>　　4.3配合比設(shè)計中摻合料控制</p><p>　　

25、礦粉在混凝土中主要發(fā)揮細(xì)顆粒物理填充作用，化學(xué)活性顯著，粉煤灰在混凝土中與水泥填充粗細(xì)集料的空隙。配合比設(shè)計過程，膠凝材料中粉煤灰與礦粉摻量按1:1進(jìn)行設(shè)計，C40～C50配合比設(shè)計中水泥用量與摻合料（粉煤灰、礦粉）用量比為1:0.5，C30～C15配合比設(shè)計中水泥用量與摻合料（粉煤灰、礦粉）用量比為1:0.72。</p><p>　　5.混凝土配比二次優(yōu)化</p><p>　　根據(jù)長深項(xiàng)

26、目現(xiàn)有資料、現(xiàn)場原材料情況及高墩泵送混凝土等實(shí)際情況，外聘高性混凝土專家王教授與公司混凝土專家組制定了配合比調(diào)整的總體思路。主要方案是對原配比總膠凝用量基本保持不變的前提下，而對于兩種礦物摻料比例進(jìn)行較大調(diào)整，增加礦物摻合料總摻量，降低水泥主膠材的用量，個別配方水膠比適當(dāng)降低。在混凝土試拌過程中，通過調(diào)整砂率和減水劑用量，保證混凝土和易性符合設(shè)計要求。</p><p>　　圖1 外聘專家指導(dǎo)

27、 圖2 高性能混凝土拌和物</p><p><b>　　5.1 具體方案</b></p><p>　　三明本地粉煤灰和礦粉資源豐富、價格較水泥便宜、品質(zhì)較好等特點(diǎn)，對混凝土礦物摻合料比例做較大幅度的調(diào)整。配合比優(yōu)化過程，摻入摻和料降低水泥量，粉煤灰一般可摻入膠凝材料總量的10%～30%，礦渣可摻入膠凝材料總量的20%～50%，具體摻量經(jīng)試配檢驗(yàn)并綜合各性能指

28、標(biāo)來確定。粉煤灰價格雖然最低廉，但由于其需水量大，混凝土和易性不易滿足，摻量大時，混凝土產(chǎn)生較大浮漿，甚至泌水。在保持總膠凝材料不變的條件下，增加礦物摻合料總量，降低水泥用量，對所有標(biāo)號混凝土降低粉煤灰的摻入比例，調(diào)高礦粉的摻量，并針對每個標(biāo)號配比提出兩個比例的摻量（粉煤灰與礦粉分別按重量比1:2及3:7摻配）。</p><p>　　5.1.1粉煤灰與礦粉按1:2比例進(jìn)行摻配</p><p&g

29、t;　　粉煤灰按總膠材15%摻，礦粉摻量為總膠材30%（粉煤灰與礦粉重量比為1:2），此時水泥占總膠材的55%，各標(biāo)號混凝土中較原配比水泥摻量降5%～10%不等，其它材料用量與基準(zhǔn)配合比用量一致（詳見表9）。</p><p>　　表9 長深高速公路A3合同段混凝土配合比粉煤灰與礦粉按1:2優(yōu)化統(tǒng)計表</p><p>　　5.1.2 粉煤灰與礦粉按3:7比例進(jìn)行摻配</p>&

30、lt;p>　　粉煤灰按總膠材15%摻，礦粉摻量為總膠材35%（粉煤灰與礦粉重量比為3:7），此時水泥占總膠材的50%，各標(biāo)號混凝土中較原配比水泥摻量降10%～15%不等，其它材料用量與基準(zhǔn)配合比用量一致（詳見表10）。</p><p>　　表10 長深高速公路A3合同段混凝土配合比粉煤灰與礦粉按3:7優(yōu)化統(tǒng)計表</p><p>　　5.2配合比優(yōu)化后混凝土坍落度損失及凝結(jié)時間<

31、/p><p>　　混凝土坍落度損失及凝結(jié)時間在混凝土澆筑過程影響較大，尤其是高墩及大體積懸灌梁混凝土澆筑施工過程，澆筑時間長，施工難度大，控制好坍落度損失及凝結(jié)時間尤為重要。</p><p>　　5.2.1 混凝土坍落度損失及原因分析</p><p>　　混凝土初始坍落度及經(jīng)時損失值檢測依據(jù)JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果修約至

32、5mm。影響混凝土坍落度的因素是多方面的，通常而言主要有：原材料（碎石、砂）的吸水率，骨料的級配、砂率、單位用水量、外加劑減水性能及水泥材料的組成等。在保持前幾項(xiàng)材料基本一定的情況下，通過表11不難看出，采用雙摻技術(shù)比基準(zhǔn)混凝土坍落度損失明顯減小。這主要緣于粉煤灰顆粒形狀較為圓滑，其特有的“滾珠效益”在自由水的作用下減少顆粒間的摩擦，起到一個“滾動軸承”的作用，從而改善混凝土和易性，一方面摻入粉煤灰后可以提高混凝土流動性，而礦粉有較好保

33、坍性作用，減少混凝土坍落度損失。</p><p>　　5.2.2 混凝土凝結(jié)時間分析</p><p>　　混凝土凝結(jié)時間檢測，依據(jù)JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，試驗(yàn)結(jié)果以分鐘表示。從表11分析，采用雙摻技術(shù)混凝土的凝結(jié)時間較基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時間有所延長，坍落度損失減少。通過采用雙摻技術(shù)，大量取代膠凝材料中的水泥，降低混凝土單位體積水泥用量，使得體系中水化產(chǎn)生的

34、Ca(OH)2量下降，而粉煤灰和礦粉兩種摻合料均需要體系中提供較高濃度的Ca(OH)2進(jìn)行“二次水化”，保證混凝土的流動度。因此，雙摻技術(shù)混凝土與基準(zhǔn)混凝土配合比對比分析，雙摻優(yōu)化后凝結(jié)時間明顯延長，尤其在C40高墩混凝土施工、C50懸灌梁混凝土施工時，雙摻優(yōu)化后混凝土實(shí)際工作性能均優(yōu)于基準(zhǔn)配合比混凝土。</p><p>　　表11 試驗(yàn)配合比性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果表</p><p>　　5.

35、3配合比優(yōu)化后抗壓強(qiáng)度及混凝土工作性能</p><p>　　對基準(zhǔn)配合比進(jìn)行優(yōu)化后，總膠凝材料用量總量保持不變，對膠凝材料各組分用量進(jìn)行調(diào)整，按比例調(diào)整水泥、粉煤灰及礦粉用量，其它材料用量不變。結(jié)合使用材料的質(zhì)量波動、生產(chǎn)水平、施工水平等因素，使設(shè)計混凝土和易性滿足施工和易性的要求，混凝土抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計要求（詳見表12）。</p><p>　　表12 長深高速公路A3合同段混凝土配合

36、比優(yōu)化抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計表</p><p>　　5.3.1優(yōu)化后抗壓強(qiáng)度分析</p><p>　　本項(xiàng)目混凝土配合比各系列采用3d、7 d和28 d強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見上表12。通過基準(zhǔn)混凝土與優(yōu)化后雙摻技術(shù)對比分析，大礦粉摻量的混凝土早期強(qiáng)度(3 d、7 d) 與基準(zhǔn)混凝土（粉煤灰：礦粉按1：1摻量）相近， 28 d混凝土抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土28天高。粉煤灰、礦粉按1:2及3:7進(jìn)行摻配時，混

37、凝土3d、7d、28d分別進(jìn)行對比分析，摻合料中粉煤灰與礦粉按1:2進(jìn)行摻配時抗壓強(qiáng)度略高于粉煤灰與礦粉按按3:7進(jìn)行摻配的強(qiáng)度，在總膠凝材料保持不變時，粉煤灰與礦粉按1:2進(jìn)行摻配時效果最佳。實(shí)踐表明，在沒有張拉要求的混凝土中引入雙摻技術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于基準(zhǔn)混凝土。</p><p>　　5.3.2優(yōu)化后摻合料對混凝土工作性能及強(qiáng)度的影響</p><p>　　粉煤灰在混凝土中主要起物理填充作

38、用，加強(qiáng)粉末效應(yīng)，增加混凝土的密實(shí)度，改善混凝土的工作度和施工性能，減少混凝土的泌水和離析現(xiàn)象，減少收縮。粉煤灰還能夠延緩水化熱峰值的出現(xiàn)，降低溫度峰值，澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)物時能減少施工冷縫。</p><p>　　礦粉比粉煤灰填充效果更好一些，礦粉摻入量的提高有利于后期強(qiáng)度的提高。由于磨細(xì)礦粉的超細(xì)化，填充水泥、粉煤灰粒子的空隙，與粉煤灰增大漿體的體積，大量的漿體填充骨料間的孔隙，包裹并潤滑骨料顆粒，使混凝土拌

39、和物具有更好的粘聚性、可塑性。漿體體積增大，增加了漿體與骨料間的界面摩擦，在骨料的接觸點(diǎn)起滾珠軸承效果，改善混凝土拌和物和易性，使混凝土更加密實(shí)。礦粉中的活性成分較粉煤灰多而且高于粉煤灰，磨細(xì)礦粉中的活性SiO2 和Al2O3 與水泥水化生成的Ca (0H)2發(fā)生二次水化，產(chǎn)生硅酸鹽凝膠，使硅酸鹽凝膠數(shù)量比低礦粉摻量混凝土中多，所以摻磨細(xì)礦粉的混凝土的后期強(qiáng)度(28d) 要比低礦粉摻量混凝土強(qiáng)度高 (抗壓強(qiáng)度比約為110 %)。磨細(xì)礦粉

40、、粉煤灰化學(xué)活性比水泥低，采用大摻量外摻量的混凝土在攪拌后的最初兩小時內(nèi)混凝土的流變性易于控制，尤其能明顯地減少其坍落度損失，對高墩泵送混凝土施工非常有利。</p><p>　　圖3 長深高速公路A3合同段混凝土配合比優(yōu)化前后抗壓強(qiáng)度對比圖</p><p>　　從圖3對優(yōu)化前后混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，C40、C50混凝土抗壓強(qiáng)度優(yōu)化前后變化不大，C30及C30以下強(qiáng)度等級的混凝土，優(yōu)化

41、后抗壓強(qiáng)度大于優(yōu)化前抗壓強(qiáng)度。</p><p>　　5.4 配合比優(yōu)化前后耐久性對比</p><p>　　混凝土量32%～42%，粉煤灰與礦粉摻量為1:1，混凝土水化熱明顯，試件電通量大。優(yōu)化后，主要采用大摻量的粉煤灰和礦粉，配以高效減水劑并微量引氣技術(shù)，水泥整體置換量達(dá)20%～40%，一般坍落度在120～220mm。</p><p>　　5.4.1 摻合料置換與氯

42、離子滲透的影響</p><p>　　摻和料置換量還須考慮施工周期對混凝土強(qiáng)度的要求，必須兼顧混凝土其它綜合性能。通過大量基礎(chǔ)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從混凝土綜合性能方面考慮，外摻量在總膠凝材料中占比達(dá)45%，粉煤灰與礦粉質(zhì)量比為1:2時，水化熱降低效果較好，改善混凝土收縮作用較強(qiáng)，氯離子滲透電量最小，混凝土具有最佳強(qiáng)度及滲透電量值（詳見表13）。用基準(zhǔn)混凝土和雙摻技術(shù)混凝土做比較，分析得出雙摻技術(shù)抗氯離子滲透好于基準(zhǔn)混凝土，提

43、高混凝土防腐及耐久作用。其技術(shù)途徑是采用優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料和聚羧酸高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級配良好的粗細(xì)骨料，形成低水膠比，高密實(shí)、高耐久性的混凝土材料。</p><p>　　表13 長深高速公路A3合同段混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)統(tǒng)計表</p><p>　　圖4 墩柱混凝土施工效果 圖5 T梁施工效果</p>

44、<p>　　5.4.2 摻合料在混凝土抗侵蝕性和耐久性的作用機(jī)理</p><p>　　磨細(xì)礦粉顆粒呈球狀，表面光滑致密，主要化學(xué)成分為SiO2 、Al2O3 、CaO ，具有超高活性，將其摻入水泥中，水化時活化SiO2 、Al2O3 與水泥中C3S、C2S 水化產(chǎn)生的Ca (OH)2 反應(yīng)，進(jìn)一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物。在混凝土密實(shí)結(jié)構(gòu)物中，混凝土內(nèi)石子的空隙由砂來填充，而砂的空隙由水泥、粉煤灰來填充，由

45、于磨細(xì)礦粉比水泥、粉煤灰還細(xì)，所以它又填充水泥、粉煤灰的空隙，而且磨細(xì)礦粉中的活性SiO2 、Al2O3與水泥中C3S、C2S水化產(chǎn)生的Ca (OH)2反應(yīng)，增加混凝土密實(shí)度，各粒徑顆粒緊密堆積、填充降低空隙，產(chǎn)生的微細(xì)結(jié)構(gòu)與孔結(jié)構(gòu)均比低礦粉摻量的混凝土結(jié)構(gòu)物細(xì)，減小正負(fù)離子擴(kuò)散率，使混凝土獲得優(yōu)良的抗侵蝕性和耐久性。</p><p>　　6.雙摻優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效益分析</p><p>　　由

46、表14可知，長深項(xiàng)目高性能混凝土配合比采用雙摻優(yōu)化后，單方混凝土材料節(jié)余在10元左右（不考慮材料單價波動影響），按單方結(jié)余10元計，總量30萬m3混凝土預(yù)計結(jié)余材料費(fèi)用300萬元。因此，在施工企業(yè)高速公路項(xiàng)目推廣大高性能混凝土雙摻技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益將十分顯著。</p><p>　　6.1優(yōu)化前后成本對比</p><p>　　從優(yōu)化配合比統(tǒng)計表9、10分析，配合比二次優(yōu)化后，水泥用量減

47、少，礦粉用量增加，粉煤灰用量減少。根據(jù)工地混凝土攪拌站材料合同單價數(shù)據(jù)分析， P.O52.5水泥單價為580元/t、P.O42.5水泥單價為525元/t，礦粉單價為370元/t，粉煤灰單價為257元/t，外加劑按統(tǒng)一單價計算。在總膠凝材料不變時，減少水泥用量能節(jié)約部分生產(chǎn)成本，優(yōu)化前后成本對比（詳見表14）。從表中分析，C25S8配合比優(yōu)化后單方材料費(fèi)用節(jié)余在30元左右，單方材料費(fèi)用結(jié)余最大，除C25、C30配合比優(yōu)化后單方材料費(fèi)用節(jié)余

48、在4.4～8.1元，其余配合比優(yōu)化后單方材料費(fèi)用節(jié)余在10元左右；從粉煤灰與礦粉按1:2及3:7摻量分析，除C25、C30配合比優(yōu)化后單方材料結(jié)余費(fèi)用粉煤灰與礦粉按3:7摻量時費(fèi)用結(jié)余差價在3元左右，其它配合比優(yōu)化后單方材料費(fèi)用結(jié)余較近。</p><p>　　表14 長深高速公路A3合同段混凝土配合比優(yōu)化前后材料成本分析表</p><p>　　6.2優(yōu)化后社會經(jīng)濟(jì)效益</p>

49、;<p>　　通過雙摻混凝土配合比，節(jié)省施工生產(chǎn)材料費(fèi)用開支，減輕施工項(xiàng)目資金壓力。高性能混凝土雙摻技術(shù)在長深項(xiàng)目的使用，通過配合比優(yōu)化后結(jié)余單方混凝土材料成本，部分程度上提高混凝土工作性能，將混凝土配合比設(shè)計走向?qū)I(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。在長深項(xiàng)目配合比優(yōu)化過程中，公司混凝土專家小組通過大量試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，通過合理優(yōu)化后降低成本，節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用支出，大大減輕項(xiàng)目生產(chǎn)材料費(fèi)用支出壓力。水泥屬于高耗能產(chǎn)品，生產(chǎn)過程對環(huán)境污

50、染較嚴(yán)重，在高速項(xiàng)目推廣應(yīng)用混凝土雙摻技術(shù)，減少膠凝材料中水泥用量，既能保證混凝土強(qiáng)度及和易性符合施工要求，又能起節(jié)能減排作用。</p><p>　　6.3雙摻技術(shù)在公司高速項(xiàng)目范圍推廣前景</p><p>　　從表15分析，目前公司在建高速公路項(xiàng)目為11個（未將福永高速A5標(biāo)收尾項(xiàng)目計入），預(yù)估剩余混凝土方量為135.3萬m3（截至2012年7月公司在建高速公路項(xiàng)目總剩余混凝土方量）。通

51、過生產(chǎn)配合比采用基準(zhǔn)配合比與雙摻技術(shù)優(yōu)化后配合比對比分析，實(shí)際單方混凝土材料結(jié)余費(fèi)用按長深項(xiàng)目單方結(jié)余10元計，預(yù)計此項(xiàng)可為公司結(jié)余材料費(fèi)用支出約1353萬元（水泥與粉煤灰、礦粉價差按照長深項(xiàng)目材料單價差進(jìn)行分析計算，未考慮擬推廣高速項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?shí)際膠凝材料價格）。所有高速公路項(xiàng)目按3年工期進(jìn)行分析（不含后期新中標(biāo)高速公路項(xiàng)目），公司在建高速項(xiàng)目全面推廣混凝土雙摻技術(shù)，預(yù)計每年可為公司結(jié)余材料費(fèi)用620萬元。</p><

52、p>　　表15 長深高速公路A3合同段混凝土配合比優(yōu)化前后材料成本分析表</p><p>　　附注：以上單方材料成本結(jié)余按長深項(xiàng)目平均單方結(jié)余成本預(yù)估，省內(nèi)公路項(xiàng)目未計入，各項(xiàng)目混凝土剩余量及總量由混凝土公司提供。 </p><p>　　目前公司多數(shù)高速項(xiàng)目混凝土采用自有攪拌站生產(chǎn)供應(yīng)，混凝土原材料從項(xiàng)目當(dāng)?shù)卣袠?biāo)采購，混凝土配合比設(shè)計及質(zhì)量均由項(xiàng)目部試驗(yàn)室控制。從混凝土配合比設(shè)計

53、及優(yōu)化，新技術(shù)、新材料應(yīng)用等渠道，加強(qiáng)自供混凝土生產(chǎn)、質(zhì)量控制。公司試驗(yàn)檢測中心建立配合比信息庫，不斷提高配合比設(shè)計優(yōu)化能力。組織混凝土專家小組對公司各高速項(xiàng)目自供混凝土配合比設(shè)計、混凝土工作性能、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行論證、指導(dǎo)，保證混凝土工作性能及質(zhì)量符合施工要求的前提下，使用雙摻技術(shù)最大程度降低混凝土生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　7. 結(jié)論</b></p><

54、p>　　通過大量試驗(yàn)研究，在滿足施工要求的前提下，對混凝土配合比進(jìn)行二次優(yōu)化，得出以下主要結(jié)論：</p><p>　?。?）摻入粉煤灰后可以提高混凝土流動性，采用雙摻技術(shù)比基準(zhǔn)混凝土（粉煤灰：礦粉按1：1摻量）坍落度損失明顯減小，雙摻優(yōu)化后凝結(jié)時間明顯延長。</p><p>　　（2）大礦粉摻量的混凝土早期強(qiáng)度(3 d、7 d) 與基準(zhǔn)混凝土相近， 28 d混凝土抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土

55、28天高。粉煤灰、礦粉分別按1:2及3:7進(jìn)行摻配時，混凝土3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度的對比分析表明，摻合料中粉煤灰與礦粉按1:2進(jìn)行摻配時抗壓強(qiáng)度略高于按3:7進(jìn)行摻配的強(qiáng)度，在總膠凝材料保持不變時，粉煤灰與礦粉按1:2進(jìn)行摻配時效果最佳。</p><p>　?。?）粉煤灰與礦粉質(zhì)量比為1:2時，水化熱降低效果較好，改善混凝土收縮作用較強(qiáng)，氯離子滲透電量最小，雙摻技術(shù)增加混凝土密實(shí)度，各粒徑顆粒緊密堆積、填充降

56、低空隙，產(chǎn)生的微細(xì)結(jié)構(gòu)與孔結(jié)構(gòu)均比低礦粉摻量的混凝土結(jié)構(gòu)物細(xì)，減小正負(fù)離子擴(kuò)散率，提高混凝土抗侵蝕性和耐久性。</p><p>　?。?）保持總膠凝材料不變，粉煤灰與礦粉按1:2（粉煤灰與礦粉重量比）進(jìn)行摻配，復(fù)合配制混凝土，獲得坍落度適宜及強(qiáng)度和耐久性理想的混凝土。三明長深A(yù)3標(biāo)項(xiàng)目混凝土配合比優(yōu)化后可獲得材料價差結(jié)余預(yù)計300萬元，在全公司高速項(xiàng)目推廣，預(yù)計每年可獲得材料價差結(jié)余620萬元。</p>