粉煤灰在黄河东安桩坝混凝土中的掺和技术及应用

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摘要：黄河东安灌注桩坝施工中，为了解决混凝土离析现象，避免断桩，在混凝土中掺和了粉煤灰，应用粉煤灰的性能，改善了混凝土的和易性，增加混凝土的稠度，保证了桩坝质量。同时减少了水泥用量，降低了工程成本，获得了明显的经济效益。经实际应用证明，水利工程水下混凝土中掺和粉煤灰，效果良好，可以作为同类工程设计的参考依据。

关键词：粉煤灰 混凝土 掺和 应用

黄河下游防洪基建工程中的堤防加固、河道整治工程，如混凝土灌注桩坝、混凝土防渗墙、砂袋坝等施工均采用水下导管浇注法。导管施工法首先要求混凝土拌和物达到较强的和易性。在保证质量的前提下为使混凝土拌和物在导管中靠自重作用产生流动，并均匀、密实地填满槽孔，同时保证混凝土拌和物的粘聚性，避免离析，杜绝断桩，改善混凝土的和易性至关重要。河南省焦作东安灌注桩坝，是黄河下游河道整治新结构护岸(滩)型工程，经过分析研究和调配试验，在混凝土施工中，采用了粉煤灰掺和技术，完成了灌注桩1820颗，长52780m，混凝土方量26530m3。经检测，强度满足设计要求，保证了桩坝质量，减少了水泥用量，取得了显著的经济效益。

一、粉煤灰的掺和技术

1．粉煤灰的主要成分及性能 粉煤灰为粒径1～50μm的微细玻璃体球形颗粒，以sIo2为主要成份，含有少量的K2o、Na2O，是优良的活性混合材料。

2．粉煤灰的选择 (1)技术指标 烧失量＜8%，含水量＜1%，so3含量＜3%，细度(用80μm方孔筛筛余)＜8%，需水性(粉煤灰净浆标准稠度需水量，以重量计)＜50%，28d抗压强度(与不掺粉煤灰水泥硬练胶砂28d抗压强度之比)＞75%。 (2)级别与选用 粉煤灰分I、II、III共3个级别。为保证混凝土质量，达到国家标准(GB1956－79)规定的技术指标，选用I级粉煤灰混合材料。由于粉煤灰属水硬性混合材料，贮运粉煤灰时，必须注意防潮、防水，避免结块，应随用随运。贮存期超过3个月，必须重新进行检验测定，符合要求方可选用。

3．粉煤灰掺量的原则 根据《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》的规定，掺粉煤灰混凝土配合比设计时，应以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度、等级原则，用超量取代法进行调整。

4．粉煤灰掺用方法 (1)干法 即在拌和混凝土时与水泥一齐加入，简便易行，容易操作，黄河东安混凝土桩坝施工即采用干法。 (2)湿法 将粉煤灰加入水中，拌制成浆状，然后按定量加入，但粉煤灰中的水分应计算到混凝土的总用量内，此种方法施工较复杂，一般不宜采用。

5．掺和粉煤灰的混凝土配合比设计 掺和粉煤灰混凝土的配合比设计按下列步骤进行： (1)首先按设计要求进行普通混凝土基准配合比的设计，然后按表1选择粉煤灰取代水泥率(βc)。 (2)根据所选用的粉煤灰取代水泥率(βc)，计算出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量(mc) mc＝ mco(1－βc) (3)按表2选择粉煤灰超量系数(δc)。 (4)根据超量系数(δc)，求出每立方米混凝土的粉煤灰掺量(mf) mf＝δc(mco－mc) 式中：mf-每立方米混凝土的粉煤灰掺入量(kg)； δc-超量系数；mco-每立方米混凝土的水泥用量(kg)； mc-每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量(kg)。 (5)计算出每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰和细骨料的绝对体积，求出粉煤灰超出水泥的体积，并扣除同体积的细骨料用量： ms＝mso－(mc/ρc＋mf/ρf－mso/ρc)ρs 式中：ms-每立方米粉煤灰混凝土的细骨料用量； ρc-细骨料的视密度； ρf-粉煤灰密度； mso-混凝土基本配合比细骨料用量； ρs-细骨料的视密度。 (6)粉煤灰混凝土的用水量，按基准配合比的用水量取用，粗骨料也同样按基准配合比取用。 即：mw＝ mwo mg＝mgo 式中：mw-每立方米粉煤灰混凝土的用水量；mwo-每立方混凝土基本配合比用水量；mg-每立方米粉煤灰混凝土粗骨料用量；mgo-每立方米混凝土基本配合比的粗骨料用量。 (7)根据计算的掺粉煤灰混凝土配合比，通过试配，在保证设计所需和易性的基础上，进行混凝土配合比的调整。 (8)根据调整后的配合比，提出现场施工用的掺粉煤灰的混凝土配合比。

二、粉煤灰的掺和成果及应用

根据上述方法和步骤计算提出了东安混凝土灌注桩配合比，见表3。经水利部黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心同意和该项目监理部总监许可，确定采用C20桩基配合比。 黄河东安桩坝工程施工分两期共4个标段，由4个施工单位施工，共1820颗桩，每颗抽检一组混凝土试块，经28d抗压强度试压实验，全部满足设计值要求。 该工程经建设单位、设计单位、监理单位、施工单位联合验收，验收组肯定了该项技术；经过对1820颗桩用美国研制的PAL打桩分析仪，进行高应变动力检测，其质量全部达到B类(合格)桩以上，其中A类(优良)桩达到98．8%。 黄河东安桩坝灌注桩1820颗，水下混凝土方量26530m3，按配合比计算实际用了粉煤灰1061t，相应节约水泥用量1061t，两者价格差额(水泥220元/t，粉煤灰120元/t)为100元/t，共节约资金10．61万元。 粉煤灰在混凝土中掺和技术，通过合理配比分析，既能改善水下混凝土拌和物的和易性，便于施工操作，避免断桩，又能保证施工质量，同时减少了水泥用量，节约成本，经济效益比较显著，在焦作黄河东安桩坝施工中，取得了良好的效果。水下混凝土工程施工不仅在黄河防洪工程的堤防加固、河道整治中大量存在，而且在路桥桩基等工程中也普遍存在。粉煤灰在混凝土中掺和技术具有广泛的推广应用价值，可作为同类工程设计的参考依据。