摘要：大掺量粉煤灰混凝土就是将粉煤灰看着一个独立组分，而不是水泥的替代品，以工程设计与施工及环境的要求为基准，而不是以不掺粉煤灰的混凝土为基准，进行混凝土设计、生产、浇筑和养护。
关键词：高温高湿；大体积粉煤灰混凝土；配合比设计
引言：本文从大体积混凝土原材料研究入手,针对大体积混凝土实际所处的高温高湿环境,围绕如何最大限度地降低水化热,选取符合实际工程需要的大体积混凝土原材料,并对大体积粉煤灰混凝土配合比进行设计,最终得到满足高温高湿特殊环境要求的大体积混凝土配方。
一、粉煤灰在混凝土中的主要作用
填充骨料颗粒的空隙并包裹其形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显着。
对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。
粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物（与水泥中硅酸盐的水化产物相同），而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显着作用。
粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。
二、粉煤灰在混凝土中的机理分析
粉煤灰的形态效应粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且其往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。
粉煤灰的微集料效应粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。
粉煤灰的活性效应粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。
三、工程案例
某矿务集团煤矿工作面于某日发生底板突水事故,突水点位于工作面老塘靠运输道附近,涌水量稳定在1020m/h,水温超过50℃。为治理水害,保证矿井安全,治水方案经多次论证,决定在21102工作面的材料道和运输道、自外切眼往里的75m和20m处(墙的外壁)分别施工水闸墙,水闸墙内预埋引水管,实现堵、放相结合的目的,水闸墙位置在工作面两道内距离运输下山约100m的半煤岩巷道内。
混凝土采用泵送混凝土,设计强度为C25,按C28施工。水闸墙段巷道均采用锚喷支护,并采用壁后注浆的方式加固围岩,壁后注浆终压为9.00MPa。运输道和材料道的水闸墙均长64m,纵向分为三部分:里加固段、主体墙段和外加固段。里加固段长30m,混凝土厚400mm;主体墙段均为多楔倒锥形钢筋混凝土结构,长为24m,分为3段,仅在混凝土四周和前后布设钢筋网;外加固段长lOm,混凝土厚400mm。其中运输道水闸墙设计承压为8.32MPa,材料道水闸墙设计承压为8.00MPa,两道水闸墙混凝土浇筑总量约为1772m。
四、大体积粉煤灰混凝土原材料的选用
4.1水泥
大体积混凝土工程宜采用低热水泥,水泥的化学成分和技术性能指标分别见表1和表2所示。
4.2粗细集料
配制大体积混凝土拌合物,必须尽可能减少水的用量,从而相应减少水泥用量。选用较大尺寸的粗集料,配以两种或更多种较细集料,可以组成合理级配,加以捣实后,产生的密实度接近最大值(最小空隙率),在给定的水胶比和稠度下,水和水泥用量两者都有所下降。天然石子具有很高的强度,对大体积混凝土来说,石子本身的强度并不是最重要的,而粒径、粒形、表面状况、级配以及软弱颗粒和石粉含量等因素既影响混凝土的强度又影响新拌混凝土的工作性能。因此,理想的石子应是清洁,颗粒尽量接近等径状,针、片状颗粒尽量少,不含能与碱反应的活性组分。根据相关标准,砂的细度模数MX=2.40,级配区Ⅱ区,为中砂。为得到5～31.5mm连续级配碎石,将5～16mm和16～31.5mm粒径的碎石各掺50%进行人工级配,然后对其进行筛分析试验,要求符合筛分比标准以减少用水量和水泥用量,根据相关标准,碎石符合5～31.5连续级配要求。要严格控制砂、石含泥量,其含泥量要求分别控制在2%和1%以下。
4.3粉煤灰
粉煤灰具有活性,可代替水泥,能改善混凝土的粘塑性,提高混凝土的可泵性,改善并提高混凝土的后期强度。以粉煤灰取代部分水泥或集料,都能在保持混凝土原有和易性的条件下减少用水量,降低混凝土的水化热,防止大体积混凝土开裂。鉴于此,本研究采用"等量取代法"取代水泥。根据国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，该粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
4.4减水剂
在大体积混凝土中,掺加一定量的引气减水剂,可降低水泥用量l0%～15%,并可引入3%～6%的空气,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土的抗渗性。一般掺量为胶凝材料重量的1。5%～3%,其减水率可达10%以上。减水剂主要检验其减水率,减水率是指在坍落度相同情况下,掺外加剂混凝土和基准混凝土单位用水量之差与基准混凝土单位用水量之比。
4.5水
拌合用水采用自来水,水质符合《混凝土拌合用水标准》。
结束语：原材料的研究是确保混凝土优质的前提条件,从材料的角度出发,通过对混凝土原材料水泥、粉煤灰、粗细集料及减水剂的化学成分和物理性能进行分析,选取适合实际工程高温高湿高压环境需要的混凝土原材料。然后,根据有关规范要求,对大体积粉煤灰混凝土的配方进行设计,得到了其理论配合比,为进一步采用正交试验进行优化配方奠定基础。高温高湿高压环境下大体积粉煤灰混凝土选材及配合比设计,为如何确定特殊环境下大体积混凝土的配方积累了一定的经验。
参考文献：
[1] 甘昌成 等.大掺量粉煤灰泵送混凝土的生产与应用[J].混凝土.2010.03.
[2] 张天一.大掺量粉煤灰绿色混凝土的试验研究[J].施工技术.2010.12.
论文作者:蒋海龙,邓军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/13
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 水化论文; 水泥论文; 体积论文; 水闸论文; 用水量论文; 《防护工程》2017年第35期论文;