粉煤灰混凝土車站地鐵論文范文

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1試驗(yàn)

1.1混凝土配合比和實(shí)驗(yàn)方案為了研究高摻量粉煤灰對(duì)福州地鐵地下車站混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的影響。采用不同摻量的粉煤灰，研究其對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能的影響，基準(zhǔn)混凝土配合比如F0表示，以F1、F2、F3、F4、F5分別代表?yè)饺?5%、25%、30%、35%、45%粉煤灰的混凝土。混凝土的水膠比固定為0.41，通過(guò)調(diào)整減水劑的用量和砂率，使混凝土坍落度均控制在160～180mm范圍，混凝土配比和新拌混凝土性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

1.2試驗(yàn)方法根據(jù)試驗(yàn)原材料的檢測(cè)分析結(jié)果，參照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》確定試驗(yàn)配合比；新拌混凝土工作性能測(cè)試按GB50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)定試件尺寸為100mm×100mm×100mm，硬化混凝土力學(xué)性能測(cè)試按GB50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，試件尺寸為100mm×100mm×100mm；混凝土抗氯離子滲透性能、早期抗裂性能以及抗碳化性能測(cè)定按GB50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1混凝土力學(xué)性能從圖1可看出，在相同水膠比條件下，單摻粉煤灰混凝土3d、7d、28d、60d齡期的抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而減小，均不同程度地小于未摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度。結(jié)合表2粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果也可發(fā)現(xiàn)：在標(biāo)養(yǎng)條件下，摻粉煤灰混凝土7d之前的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢，7d之后的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。混凝土3~7d抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)率隨粉煤灰摻量的增加而減小，混凝土7~28d、28~60d抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)率隨粉煤灰摻量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。基準(zhǔn)混凝土（F0）抗壓強(qiáng)度3~7d的增長(zhǎng)率為47.2%、7~28d的增長(zhǎng)率為33.3%、28~60d的增長(zhǎng)率為6.8%；當(dāng)粉煤灰摻量增加到30%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度3~7d的增長(zhǎng)率逐漸下降為38.1%、7~28d的增長(zhǎng)率上升為59.9%、28~60d的增長(zhǎng)率上升為20.9%；當(dāng)粉煤灰摻量增加至45%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度3~7d的增長(zhǎng)率僅為32.5%、7~28d的增長(zhǎng)率又下降至55%、28d至60d的增長(zhǎng)率也下降至17.9%。這說(shuō)明該單摻粉煤灰的摻量與混凝土力學(xué)性能之間存在一個(gè)最佳摻量范圍，與基準(zhǔn)混凝土相比粉煤灰摻量為15%～30%時(shí)，混凝土60d齡期抗壓強(qiáng)度下降甚微。其主要原因在于，在相同水膠比條件下，粉煤灰等量取代水泥后，7d之前混凝土中的水泥水化產(chǎn)物相應(yīng)減少，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢。與未摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土相比，在地鐵地下車站工程中濕度條件較為良好情況下，能夠保證粉煤灰中的活性礦物成分與水泥水化生成產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)的水分需要，進(jìn)一步生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣等，從而不斷填充混凝土孔隙，使混凝土7d之后的強(qiáng)度逐漸提高。因此在地下工程高摻量粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)中宜采用較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)齡期(宜為60d以上)，從而更能真實(shí)體現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

2.2混凝土抗氯離子滲透性能從圖2可看出，在相同水膠比和粉煤灰等量取代水泥條件下，隨著粉煤灰摻量的增加混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、56d電通量呈逐漸減小的趨勢(shì)，混凝土的抗氯離子滲透性能有所增強(qiáng)。當(dāng)單摻粉煤灰摻量從0%增加至25%，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、56d電通量呈迅速減小趨勢(shì)，混凝土抗氯離子滲透性能增長(zhǎng)較為明顯；當(dāng)單摻粉煤灰摻量從25%增加至45%，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、56d電通量減小趨勢(shì)趨于緩慢，混凝土抗氯離子滲透性能增長(zhǎng)緩慢。大量的研究表明適量粉煤灰的摻入能有效提高混凝土的抗氯離子滲透性能[2]，其原因在于粉煤灰顆粒呈玻璃體球狀，內(nèi)比表面積較小，吸附自由水能力相對(duì)較低，在56d齡期時(shí)混凝土因失去自由水留下的孔隙率也相對(duì)較低。同時(shí)，粉煤灰具有良好的微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，等量取代水泥后可以進(jìn)一步提高密實(shí)性。隨粉煤灰摻量的增加，早齡期時(shí)由于密實(shí)填充作用混凝土的總孔隙率有所降低，但由于水化產(chǎn)物相對(duì)較少，混凝土大孔的孔隙率將有所增加。隨著混凝土齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰和水泥水化產(chǎn)物的二次水化作用，能有效降低水泥石中大孔的孔隙率，從而改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)[6]，提高混凝土的抗氯離子滲透性能。

2.3混凝土早期抗裂性能從圖3可以看出，隨粉煤灰摻量從0%增加至45%，混凝土單位面積的總開(kāi)裂面積呈逐漸減小的趨勢(shì)，混凝土的初始裂紋出現(xiàn)時(shí)間呈逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)，混凝土早期抗裂性能有所提高。當(dāng)粉煤灰摻量從0%增加至25%，混凝土單位面積的總開(kāi)裂面積減小速率較為明顯，混凝土的早期開(kāi)裂現(xiàn)象明顯下降；當(dāng)粉煤灰摻量從25%增加至45%，混凝土單位面積的總開(kāi)裂面積減小呈逐漸下降趨勢(shì)并趨于平緩。由此可看出，適量粉煤灰等量取代水泥可有效改善混凝土的早期抗裂性能。粉煤灰等量取代水泥能有效改善混凝土的早期抗裂性能的原因在于早期的水泥水化反應(yīng)中，隨粉煤灰摻量的增加，混凝土中膠凝材料水化放熱量相對(duì)減少，出現(xiàn)水化放熱滯后現(xiàn)象[7]，當(dāng)粉煤灰的摻量增加至25%～35%區(qū)間，粉煤灰混凝土的水化熱降低效應(yīng)更為明顯，同時(shí)部分未水化的的粉煤灰玻璃體易均勻分布在水泥石孔隙中起到約束作用，進(jìn)一步降低了混凝土的早期收縮開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。粉煤灰混凝土的早期開(kāi)裂時(shí)間出現(xiàn)延遲現(xiàn)象主要是由于在粉煤灰混凝土中粉煤灰顆粒易吸附在水泥顆粒表面、化學(xué)性能穩(wěn)定，在水化初期不參與水化反應(yīng)，而在后期隨水化產(chǎn)物Ca(OH)2濃度的增大，粉煤灰顆粒逐漸與水化產(chǎn)物進(jìn)行二次水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠等，但此二次水化反應(yīng)較為緩慢，從而在一定程度上延緩了粉煤灰混凝土中水化產(chǎn)物的生成，粉煤灰混凝土的早期開(kāi)裂也相應(yīng)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。

2.4混凝土抗碳化性能從圖4可看出，在膠凝材料總量不變的情況下，粉煤灰等量取代水泥時(shí)混凝土3d、7d、14d、28d、56d齡期的碳化深度均隨粉煤灰摻量的增加而增大，粉煤灰混凝土的抗碳化性能呈逐漸下降趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)比3~28d碳化深度值、28~56d碳化深度值可明顯發(fā)現(xiàn)，28d齡期以前粉煤灰混凝土的碳化深度值增長(zhǎng)速率較快，28d齡期以后混凝土碳化深度值增長(zhǎng)速率較慢。除了環(huán)境溫濕度、CO2濃度的影響外，摻粉煤灰混凝土的碳化速率主要取決于CO2與混凝土內(nèi)部成分的反應(yīng)、CO2的擴(kuò)散速率以及粉煤灰的摻量等。粉煤灰等量取代水泥后，單位體積內(nèi)混凝土的水泥含量減少，水泥水化生成的Ca(OH)2產(chǎn)物也相應(yīng)地減少，從而降低了混凝土孔隙的液相堿度，導(dǎo)致混凝土表層吸收CO2的能力較低，加快了CO2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散的速率，混凝土碳化深度值逐漸增加，隨粉煤灰摻量的增加這種碳化現(xiàn)象尤為明顯。同時(shí)隨著粉煤灰混凝土齡期的增長(zhǎng)，粉煤灰的火山灰效應(yīng)會(huì)在一定程度上改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，阻礙了CO2氣體擴(kuò)散的速率，粉煤灰混凝土28d齡期以后的抗碳化性能較好。通常情況下，混凝土結(jié)構(gòu)工程都會(huì)允許存在一定的碳化深度，但該碳化深度值必須要滿足設(shè)計(jì)年限、混凝土耐久性設(shè)計(jì)要求，由此可看出針對(duì)碳化深度要求，混凝土中的粉煤灰摻量也存在一個(gè)限量要求。

3工程應(yīng)用

高摻量粉煤灰高性能混凝土配制技術(shù)迄今已在福州地鐵1號(hào)線地鐵地下車站工程中得到了成功應(yīng)用[8]，其粉煤灰摻量的確定應(yīng)綜合考慮混凝土力學(xué)性能以及耐久性能的設(shè)計(jì)要求。針對(duì)地鐵地下車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)專項(xiàng)工程應(yīng)用以及耐久性設(shè)計(jì)說(shuō)明要求，同時(shí)在相關(guān)國(guó)家及地方標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上適量提高了粉煤灰的摻量，最終結(jié)合混凝土性能檢測(cè)結(jié)果，確定單摻粉煤灰摻量為膠凝材料質(zhì)量的30%。配制出的高摻量粉煤灰混凝土具有良好的和易性、28d抗壓強(qiáng)度達(dá)46.2MPa、混凝土中56d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)為3.5×10-12m2/s、56d齡期電通量為1250.5C、早期抗裂等級(jí)達(dá)到I級(jí)、混凝土快速碳化56d深度值為9.4mm，符合福州地鐵1號(hào)線地鐵地下車站混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)要求，在地下車站工程應(yīng)用中取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)論

（1）隨粉煤灰摻量的增加，混凝土3d、7d、28d、60d齡期的抗壓強(qiáng)度逐漸減小，摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)貢獻(xiàn)較為顯著，地下工程高摻量粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)宜采用較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)齡期。（2）隨著粉煤灰摻量從0%增加至45%，混凝土抗氯離子滲透性能呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰摻量從0%增加至25%，混凝土抗氯離子滲透性能增長(zhǎng)較為明顯；但當(dāng)粉煤灰摻量從25%增加至45%，混凝土抗氯離子滲透性能增長(zhǎng)趨于緩慢。（3）適量粉煤灰等量取代水泥可有效改善混凝土的早期抗裂性能，隨粉煤灰摻量從0%增加至45%，摻粉煤灰混凝土單位面積的總開(kāi)裂面積呈逐漸減小的趨勢(shì)，混凝土的初始裂紋出現(xiàn)時(shí)間呈逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰摻量從25%增加至45%，混凝土早期抗裂性能增強(qiáng)趨于平緩。（4）在粉煤灰等量取代水泥情況下，混凝土碳化深度值隨粉煤灰摻量的增加而增大，粉煤灰混凝土的抗碳化性能呈逐漸下降趨勢(shì)。粉煤灰混凝土早期碳化深度值增長(zhǎng)速率較快，28d齡期以后碳化深度值增長(zhǎng)速率較慢。（5）綜合考慮粉煤灰摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能、耐久性能的影響，針對(duì)福州地鐵地下車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程，根據(jù)地下車站耐久性設(shè)計(jì)要求，在配制單摻粉煤灰混凝土?xí)r，宜選用25%～30%的高摻量粉煤灰等量取代水泥配制地下工程高性能混凝土。

作者：施伯超單位：福州市地鐵建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站