参加粉煤灰预防公路工程混凝土碱-骨举反应技术经济分析.pdf

2 0 1 2 年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 O 1 2 ( T o 协1 No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL T ECHNOL0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 4 4 掺加粉煤灰预防公路工程混凝土碱一 骨料 反应技术经济分析、 付向红 ( 安阳工学院 土木与建筑工程学院，河南 安阳 4 5 5 0 0 0 ) 摘要： 碱一 骨料反应是影响混凝土耐久性的主要因素之一。 掺加粉煤灰能有效抑制碱一 骨料反应。 掺加不同比例粉煤灰代替水泥制作 砂浆棒， 测试其 1 4 d膨胀率均小于规定数值， 且掺加 3 0 粉煤灰时膨胀率最小。 对掺加不同比例粉煤灰制作不同混凝土强度进行了经济 分析表明： 混凝土强度越高， 经济效益越明显。 关键词： 碱一 骨料反应；粉煤灰；快速砂浆棒法；经济分析 中图分类号： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 1 4 0 0 2 Te c hno l o gy a nd e c onomi c ana l y s i s a bou t c onc r e t e adde d f l y a sh u s ed i n hi ghwa y e ngi ne er i ng t o pr e ve n t a l k al i - aggr ega t e r ea c t i on FU Xi a n g- h o n g ( A n y a n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g yS c h o o l o f C i v i l a n dA r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， A n y a n g4 5 5 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： Al k a l i a g g r e g a t e r e a c t i o n i s o n e i mp o r t a n t f a c t o r o f i n fl u e n c i n g c o n c r e t e d u r a b i l i t y I t c a n p r e v e n t a l k a l i a g g r e g a t e r e a c t i o n e ffic i e n t t o a d d fl y a s h Ma k e mo r t a r - b a r me t h o d of a d d i n g d i ffe r e n t p e r c e n t a g e fly a sh s u b s ti t u t e f o r e q ui v a l e n t c e me n t ， e x p ans i o n r a t i o o n 1 4 d a y l e s s t h a n pr e s c r i p ti ve n u mb e r s And e x p a n s i o n r a t i o i s t he mi nimum wh e n a d d i n g 3 0 fl y a sh Ec o no mi c a n a l y s i s a bo u t a d d i n g d i ffe r e n t p e r c e n t a g e fl y a s h t om ak ed i ffe r e n t s t r e n g t hg r a d ei n d i c a t e s ： mo r eh i c o n c r e t e s t r e n g t hgr a d e， i n o r eo b v i o u sEc o no m i can a l y s i s K e ywo r d s ： a l k a l i a g gre g a t e r e a c ti o n ； n ya s h ； r a p i dmo r t a r - b arme t h o d ； e c o n o mi c ana l y s i s 0 引言 1 混凝土工程碱一 集料反应的预防方法 目前我国公路建设和高铁建设任务繁重。 其中桥梁建设占 相当大的密度。 然而， 已建桥梁的耐久性问题比较突出的显现 出来。 由于耐久性问题丧失安全性， 其维修费用将非常昂贵。 混 凝土结构耐久性是指结构在规定的使用年限内， 在各种环境条 件下， 不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、 正常使用 性 和可接受 的外观 的能力【 I 。 影响混凝 土耐久性 的主要 因素包 括以下几类 ： 混凝土的碳化； 钢筋的锈蚀； 碱一 集料反应； 冻融破坏； 化学侵蚀； 混凝土的表面磨损等。 其中碱一 集 料反应( Al k a l i Ag g r e g a t e R e a c t i o n ， 简称 AA R) 是影响混凝土耐 久性的重要因素之一。 在 2 O世纪 2 0年代， 美国最初确认了水泥中的碱和某种集 料反应使混凝土产生劣化。 1 9 4 0年 T A S t a n t o n在美国土木学 会论文集上发表了关于“ 碱一 集料反应” 的报告【2 。 我国从 2 0 世 纪 9 0年代开始 ， 陆续在北京、 天津、 山东、 陕西、 内蒙古、 河南等 地的立交桥或机场或铁路轨枕中发现因碱 集料反应弓 1 起的破 坏实例。 北京三元立交桥在建成 5年左右的时间内就因碱一 集 料反应而破坏。 正是由于碱一 集料反应对混凝土耐久性的极大 危害， 使其成为混凝土工程的全球性灾害问题f 3 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 1 - 0 1 基金项目： 河南省科技计划重点攻关项目( 1 0 2 1 0 2 3 1 0 3 1 1 ) 1 40 碱一 骨料反应需要三个条件 ， 一是混凝土中含有一定数量 的碱或混凝土处于有碱侵人的环境中； 二是所采用的粗细骨料 具有碱活性； 三是潮湿环境。 所以预防碱一 集料反应破坏的方法 主要有4 1 ： 控制混凝土含碱量 ； 使用非碱活性骨料； 掺加矿物外 加剂( 矿渣、 硅灰、 粉煤灰) 等。 2 在混凝土中掺加粉煤灰抑制混凝土碱一 骨 料反应的意义 从预防碱一 骨料反应方法来看， 采用掺加矿物外加剂抑制 碱一 骨料反应是 目前 比较可行 的方法 。 我 国是 世界燃煤 发电 的 第一大国， 排出的粉煤灰为世界之最。 目前国内粉煤灰的利用率 不到 3 0 ， 每年约 1 5 亿 t 的粉煤灰储存于灰库中， 储存 1 t 粉 煤灰的建库费和运行费近 1 0 0 元5 。 因此， 粉煤灰作为混凝土掺 合料用于土木工程领域具有明显的经济效益和技术优势。 3 粉煤灰对混凝 土其他性能 的影响 ( 1 ) 粉煤灰对混凝土和易性的影响。 试验结果嘲 表明混凝土 中掺入优质粉煤灰能显著提高混凝士拌合物的和易性 ， 粉煤灰 取代水泥率为 2 0 5 0 时 ， 在坍落度比空白混凝土增大2 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 l n r l l 的条件下， 减水 4 6 1 2 6 ， 单掺粉煤灰混凝土用水量 均低 于空白混凝土。 ( 2 ) 粉煤灰对混凝土抗压强度的影响。 试验 表明粉煤灰掺 量1 0 时， 混凝土各龄期的抗压强度显著增加。 粉煤灰掺量 1 0 时， 混凝土各龄期的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低。 粉煤灰掺量增至 2 0 时， 混凝土 7 、 2 8 d的抗压强度明显降低， 9 0 d强度已接近基准混凝土。 因此， 粉煤灰的最佳掺量为 1 0 。 但掺量较大时。 水泥用量的大量减少使得混凝土早期强度下 降， 粉煤灰对混凝土强度的贡献主要在后期。 ( 3 ) 粉煤灰对混凝土耐磨性能的影响。 试验罔 表明凝土早期 耐磨性能随粉煤灰掺量增加而降低， 但混凝土后期耐磨性能随 粉煤灰掺量增加而提高 ， 当粉煤灰掺量为 3 0 时， 混凝土的后 期耐磨性能最佳 ， 磨损量较基准混凝土降低了 0 4 5 k g m2 。 ( 4 ) 粉煤灰对混凝土抗裂性能的影响。 试验 表明， 粉煤灰 可减小混凝土早期温升和自收缩， 有利于混凝土形成完好的结 构， 减少微裂缝的发生 ， 在加强保湿养护的条件下， 粉煤灰可提 高混凝土的抗裂性， 这对于粉煤灰混凝土在路面工程中的应用 具有十分重要。 当粉煤灰掺量为 3 0 时， 裂缝的最大长度由4 5 c m 降至 2 1 c m， 裂缝宽度由0 6 1 mil l 降至 0 0 8 i n m。 ( 5 ) 粉煤灰对混凝土收缩的影响。 由于粉煤灰的掺加非常 有效改善混凝土的工作性能， 在同样的工作性能的情况下， 粉煤 灰混凝土的收缩比普通混凝土为低。 粉煤灰掺量在 0 2 5 范围 内， 混凝土收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少 ， 但粉煤灰惨量 超过 2 0 后 收缩减少 的幅度变小。 ( 6 ) 粉煤灰对混凝土抗碳化的影响。 试验表明， 随粉煤灰 掺量的增加， 粉煤灰混凝土碳化速度增加， 当粉煤灰掺量高于 3 0 时， 混凝土的碳化速度迅速增加， 抗碳化能力有所降低 ， 从 保持混凝土抗碳化能力的角度来讲， 粉煤灰的掺量不宜高于胶 凝材料 的 3 O 。 ( 7 ) 粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透性的影响。 试验 1 11 表明， 掺入粉煤灰能大幅度降低混凝土的氯离子渗透性， 且随着粉煤 灰掺量的增大， 混凝土的抗氯离子渗透性越高。 而且， 大掺量粉 煤灰在后期充分水化后仍能大幅提高混凝土的抗渗性。 由上可以看出， 掺加一定量的粉煤灰对混凝土的强度影响 不大， 能有效提高混凝土抗碳化和抗氯离子渗透的能力。 4 混凝土中掺加粉煤灰抑制混凝土碱一 骨料 反 应 【 安阳建工集团下属的预制构件厂以生产 C 5 0以上的高性 能混凝土桥梁板为主 ， 经对其粗细骨料的岩相法和快速砂浆 棒法的试验 ， 得出其骨料具有碱活性 ， 需要采取措施抑制碱一 骨料反应。 所以采用安阳电厂生产的粉煤灰作为掺加料进行 试验 。 ( 1 ) 粉煤灰的来源和品质指标。 安阳电厂的粉煤灰， 有 I 、 I I 级两种， 有关技术指标见表 1 、 2 。 表 1 安阳电厂粉煤灰技术指标 S i 0， 61 6 8 ( 2 ) 在混凝土中掺加粉煤灰抑制混凝土碱一 骨料反应。 试验 方法按 G B T 1 4 6 8 4 _ 0 0 1 建筑用砂 和 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建 筑用卵石、 碎石 的规定制作砂浆棒试件， 考虑粉煤灰对混凝土 其他性能的影响， 以掺加小于 3 0 的比例等量取代水泥。 掺量分 别为 0 、 1 0 、 1 5 、 2 0 、 2 5 、 3 0 的比例， 共制作了 6 组 l 8个 试件， 用快速碱一 硅酸反应法测试， 其后在规定龄期( 3 、 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 d ) 分别测定试件长度， 计算各龄期的膨胀率， 以 1 4 d膨胀率 进行判定， 2 8 d的膨胀率作为研究参考。 试验数据如表 3 。 表 3 掺粉煤灰 的砂浆棒膨胀率 由表 3中检测数据可见， 掺加粉煤灰后不论掺量多少， 砂浆 棒 1 4 d膨胀率均小于 0 1 0 ， 粉煤灰用量越多， 砂浆棒膨胀率 越小。 试验结果表明， 用粉煤灰等量取代水泥可有效地预防和控 制碱一 骨料反应对混凝土的危害。 5 采用粉煤灰等量取代水泥的经济效益分析 安阳地区粉煤灰及常用水泥的价格见表 4 。 表 4 安阳地 区粉煤灰和水泥的价格 ( 1 ) 对安阳地区常用混凝土强度等级 C 3 0 C 5 0 ， 采用粉煤灰等 量取代水泥进行经济效益分析， 散装粉煤灰见表 5 ， 袋装粉煤灰见 表 5 散装粉煤灰等量取代水泥的经济效益 混凝土 水泥用量 水泥单价 粉煤灰单价 粉煤灰掺量3 0 的 强度等级水泥 k g ( 元 唱) ( 元 I ) 经济效益 ( 元， m 3 ) 表 6 。 每立方米混凝土粉煤灰等量取代水泥的经济效益( 元 m， ) = 混凝土水泥用量( k g m3 ) x ( 水泥单价 粉煤灰单价) ( 元 k g ) 。 表 6 袋装粉煤灰等量取代水 泥的经济效益 混凝土 水泥用量 水泥单价 粉煤灰单价 粉煤灰掺量 3 0 的 强度等级 g ( 元 k g ) ( 元 l 喑 ) 经济效益 ( 元 m ) 下转第 1 4 4页 l 4l 巫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 2 R M M 型臂架 此类型式臂架的布置特点是： 该布置方式充分利用了竖直 平面内的空间； 需在臂架 1 、 2之间装一个大连杆； 展臂架时需 要先依次展开臂架 1 、 2 、 3之后， 才可以同时去展臂架 4 、 5 、 6 ； 臂 架 3 、 4与臂架 5 、 6间需安装反折大三角连杆 ， 机构偏重 ； 由于 受高度限制需要综合考虑臂架 3 、 4 、 5 、 6的布置， 否则臂架 6 很 容易超高。 1 8 M M M 型 ( 又名 Z Z Z型 ) M- M M 型臂架， 其基本特征是 ： 臂架 1 、 2 、 3 为 M 型； 臂架 3 、 4 、 5为M 型； 臂架 4 、 5 、 6为M 型， 如图 l 3所示。 M M M 型臂架的最大优势是整个臂架的展开和折叠动作 十分迅速， 可以扩展到 6节臂架以上； 但是臂架 2 、 3与臂架 4 、 5 间需要安装两个反折大三角连杆 ， 机构偏重， 臂架 2 、 3间的连 杆布置要十分注意与转台及 1 号油缸的干涉问题， 臂架所需要 上接第 1 4 1页 可见 ， 利用粉煤灰可以降低混凝土的生产成本 ， 增加利润， 取得明显的经济效益。 ( 2 ) 采用粉煤灰等量取代水泥的经济效益率。 散装水泥见 表 7 ， 袋装水泥见表 8 。 采用粉煤灰等量取代水泥的经济效益率 = 每立方米混凝土粉煤灰等量取代水泥的经济效益( 元 m3 ) 混凝 土水泥用量( k mDx 水泥单价( 元 唱) 。 表 7 散装粉煤灰等量取代水泥的经济效益率 表8 袋装粉煤灰等量取代水泥的经济效益率 由表可见随着水泥强度等级提高， 粉煤灰等量取代水泥的 经济效益率亦提高； 同时， 粉煤灰等量取代水泥的掺量增加 ， 其 经济效益率亦增加。 6 掺加粉煤灰抑制碱一 骨料反应的技术及 经 济分析总结 ( 1 ) 通过测定掺加不同比例粉煤灰取代等量水泥的快速砂 浆棒膨胀率得出， 没有掺加粉煤灰的砂浆棒膨胀率为 0 1 8 5 ， 大于 1 ， 说明骨料具有碱活性。 当掺加粉煤灰后， 不论掺量多 少 ， 1 4d的膨胀率均小于 1 ， 当掺量为 3 0 时， 能有效抑制混 凝土碱一 骨料反应。 ( 2 ) 对取代不同等级和不同包装要求的水泥时的经济分析 表明， 粉煤灰掺量越多， 经济效益越好。 根据混凝土强度的不同， 经济效益不同。 混凝土强度越高 ， 其经济效益越明显。 ( 3 ) 考虑粉煤灰掺量较多时对混凝土早期强度的影响和对 1 4 4 圈 1 3 M M M 型臂 架 的展开空间较小 。 2结 柬 语 随着建筑高度的不断增加 ， 长臂架、 超长臂架混凝土泵车 逐渐占有市场主导地位已成为一种必然趋势， 从而如何在有限 的空间内合理布置长臂架、 超长臂架也显得比较重要。 本研究所 阐述的八种长臂架布置型式基本上囊括了所有可能的长臂架 折叠型式， 每种类型的布置型式各具特点。 但是在具体的设计过 程中选用哪种布置型式， 需要根据项 目要求和实际情况进行综 合考虑和选择。 作者简介： 徐鑫( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 主要从事混凝土机械机电一体化研究。 联系地址： 湖南省长沙市星沙三一工业泵送国际研究院( 4 1 0 1 0 0 ) 联系电话 ： 0 7 3 1 8 4 0 3 1 8 9 5 。 混凝土其他耐久陛的影响， 建议粉煤灰取代水泥的量不超过3 0 。 当采用散装粉煤灰 3 0 等量取代 P 0 4 2 5 级水泥制作 C 5 0混 凝土时， 经济效益为6 3 6 元 m， 混凝土， 经济效益率为2 4 0 0 。 参考文献 ： 【 1 】 牛荻涛混凝土结构耐久性与寿命预测【 M E 京 ： 科学出版社， 2 0 0 3 ： 1 9 2 】S T AN T O N T D E x p a n s i o n o f c o n c r e t e t h r o u g h r e a c t i o n b e t w e e n c e m e ri t a n d a g g r e g a t e C P r o c A S C E， 1 9 4 0 ( 6 6 ) ： 1 7 8 1 1 8 1 1 【 3 唐明述碱一 集料反应破坏的典型事例 j 中国建材， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 5 7 6 0 4 】 张红心， 江京平 混凝土碱一 骨料反应的成因及预防措施 J 】 四川建筑 科学研究， 2 0 0 2 ( 1 ) 【 5 】卢都友， 等 粉煤灰品质与抑制 A S R膨胀的能力【 J 1 _南京工业大学学 报， 2 0 0 3 ( 3 ) 6 】温以华 粉煤灰对混凝土性能影响的试验研究 J 】 _地下水 ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： l 7 3 1 7 7 【 7 刘冬梅粉煤灰对混凝土抗冲磨性能的影响【 J 混凝土， 2 O L O ( 8 ) ： 8 1 8 2 8 赵晓妍 ， 王文杰 粉煤灰对混凝土耐磨性能的影0 NJ 粉煤灰 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 7 2 2 【 9 张万祥粉煤灰对路用混凝土抗开 眭能的影响【 J 1 内蒙古公路与运 输， 2 0 0 9 ( I ) ： 3 0 3 2 【 l o 刘辉 高掺量粉煤灰对高性能混凝土体积稳定性及耐久性的影响 J 】 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 2 4 2 7 【 l 1 】 郭林涛， 局艳 粉煤灰对混凝土耐久性影响的试验研究【 J 】 水利与建 筑工程学报 ， 2 O L O ( 5 ) ： 4 8 5 0 1 2 1 曹阳 混凝土骨料碱活性测定及碱骨料反应抑制方法的研究 D J 济 南大学， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 6 2 1 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 付向红( 1 9 6 6 一 ) ， 女， 硕士， 副教授， 主要从事混凝土耐久性 研究。 河南安阳工学院土木与建筑工程学院( 4 5 5 0 0 0 ) 1 3 8 3 7 2 7 46 8 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m