硅灰粉煤灰复合双掺工艺在桥梁工程中的应用

申铁军

（山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006）

在力学性能方面因粉煤灰混凝土早期强度较低，不利于C50梁板的张拉，因此在粉煤灰混凝土中采用掺硅灰的办法来弥补混凝土早期强度较低的问题。实践证明，硅灰粉煤灰双掺混凝土立方体抗压强度均高于普通混凝土的抗压强度。

1 工程背景

本工程所在地处于山西省阳泉市，该地区属煤炭工业基地，建有大型火力发电厂、铁合金厂，优质硅粉、粉煤灰资源丰富，方便利用。

2 试验方案

原材料确定以后，相关人员立即进行水泥混凝土的配合比设计工作，从技术、经济两方面综合考量，采用复合双掺“硅灰+粉煤灰”高性能混凝土作为太阳高速公路本合同段桥梁工程的主要施工工艺，以达到缩短工期、加快进度、降低成本的目的。

2.1 试验原材料

a)水泥 “鼎鑫”牌，P.O52.5级水泥,产地：河北省鹿泉市鼎鑫水泥有限公司。

b)细集料 中砂，细度模数2.6,产地：河北省石家庄市正定县。

c)粗集料 5～20 mm连续级配碎石,产地：山西省阳泉市盂县。

d)外加剂 聚羧酸高性能减水剂,产地：山西省黄河新型化工有限公司。

e)粉煤灰 磨细粉煤灰,产地：山西省阳泉市第一发电厂。

f)硅灰 二氧化硅含量85%,产地：山西省阳泉市铁合金厂。

2.2 硅灰品质指标

本项目采用山西省阳泉市铁合金厂生产的硅灰（硅粉），该硅粉是一种高活性、无定形球状颗粒，成分以二氧化硅为主，其颗粒极细，比表面积是硅酸盐水泥的85～95倍。硅灰能改善新拌混凝土的泌水性和黏聚性，大幅度提高混凝土的强度和耐久性。本合同段所用硅灰品质指标如表1。

表1 本项目采用的硅灰品质指标

2.3 粉煤灰品质指标

本项目采用山西省阳泉市第一发电厂生产的粉煤灰，粉煤灰是燃煤火力电厂排放量最大的固体工业废弃物之一，是一种灰色粉状废弃物，又是一种具有火山灰活性物质，同时它可作为一种水泥混凝土矿物掺和料，并通过二次水化反应，改变水泥混凝土的技术性能（包括和易性、耐久性），具有很大的经济效益与社会效益。本合同段所用粉煤灰品质指标如表2。

表2 本项目采用的粉煤灰品质指标

2.4 室内进行复合双掺混凝土配合比设计与试配

为满足高性能混凝土施工性能的要求,本项目在混凝土配合比设计时采用硅灰与粉煤灰复合双掺进行配置试验,并与以往的普通配合比进行比较,从中选取各项性能指标能够满足施工要求,且成本较低的混凝土配合比应用于施工生产。由于本项目首次在混凝土配合比设计当中应用双掺技术,所以试验从保守角度考虑，试配了C50强度等级的粉煤灰双掺混凝土。混凝土配合比设计混凝土坍落度在130～180 mm之间。试验经反复调整之后，在满足混凝土和易性（流动性、黏聚性、保水性）的基础上最终确定了混凝土的配合比。从新拌混凝土的拌合物性能来看，硅灰粉煤灰双掺混凝土（取代水泥的10%～15%）的流动性、黏聚性、保水性均较好。见表3。

表3 普通混凝土和硅灰粉煤灰混凝土配合比试验结果比较

2.4.1 集料含泥量要求

与普通混凝土相比，硅灰混凝土对原材料要求更高，尤其是集料的含泥量。原材料的洁净程度是控制硅灰混凝土施工质量的关键环节，也是降低硅灰混凝土出现开裂的前提条件。集料含泥量应满足表4技术要求。

表4 硅粉混凝土用集料含泥量技术要求

2.4.2 混凝土搅拌成型

混凝土中掺入硅粉和粉煤灰后，混凝土黏聚性增加，为确保混凝土混合料搅拌均匀，试验中应采用强制搅拌机进行拌合，拌合时间比普通混凝土延长40～60 s。其次，硅粉粉煤灰混凝土成型时，应适当增加振捣棒插捣次数或延长振动时间，确保混凝土排气充分，达到振动密实状态。同时，硅粉粉煤灰混凝土具有早期水化放热大和受外界环境因素影响大的特点，因而，混凝土试件成型后应及时收面，试件表面做到平整、光滑。

2.4.3 混凝土工作性能

与普通混凝土相比，混凝土中掺加硅粉和粉煤灰后，混凝土的和易性得到显著改善，离析泌水现象消失，但若外加剂选用不当或掺量不适宜可能出现混凝土坍落度损失较大的情况。为确保现场混凝土的施工可操作性，要求试验室必须对每批进场的外加剂进行适应性试验（化学适应性和掺量适应性），并根据试验情况及时通知外加剂厂家进行相应调整，避免由于混凝土坍落度损失过大造成工程质量事故。

3 室外“硅粉+粉煤灰”复合双掺混凝土施工工艺

实际施工生产同室内试验有所区别，本项目施工正值夏季更应注意，硅粉粉煤灰混凝土黏聚性大、吸水性强，早期放热快，为确保其施工质量，施工中应遵循温度控制和施工控制两项原则。

3.1 采取保温保湿处理措施 防止混凝土出现早期开裂

a）控制原材料温度以降低混凝土入模温度，并避免在高温天气下浇筑混凝土。现场堆放集料在高温期间应做好遮阳处理，混凝土拌合用水可采用碎冰或深井冷水等方式降低温度，同时应严格控制夏季高温期间水泥的温度（通常要求小于50℃），水泥温度升高不但造成混凝土早期水化放热大，还可能造成与外加剂不适应，因此，施工期间施工单位应对进场散装水泥的温度进行监测（这一点通常被施工单位所忽视）。为防止因混凝土入模温度过高导致开裂，混凝土浇筑时温度应控制在小于30℃。

b）通过“夏季保湿，冬季保温”的技术原则，控制混凝土内部与表面及表面与外界介质的温度差[1]。混凝土中心温度与表面温度的最大温差应小于25℃，混凝土表面温度与外界介质温差也应小于25℃。

c）选择合理的拆模时间。拆模时混凝土内外温差不应超过15℃，且气温急剧变化时不宜拆模。

d）选择适合工程使用要求的化学外加剂，杜绝外加剂中掺入过量的早强成分，适当延长混凝土的强度增长周期，延缓混凝土水化放热过程。

3.2 加强施工过程控制 提高混凝土施工质量

a）搅拌时间应比普通混凝土延长40～60 s;b）运输时间应尽量缩短，并应避开高温天气；c）振捣时间比普通混凝土长，振捣必须充分密实，不得漏振、欠振；d）施工应连续供应，防治出现冷接缝。

4 “硅粉+粉煤灰”复合双掺混凝土养护工艺

硅粉粉煤灰混凝土早期收缩大，易出现早期塑性收缩裂缝和干缩裂缝，必须制定科学合理的养护方案。为此，宜参照以下养护措施：a）硅粉粉煤灰混凝土浇筑完成且处于初凝后至终凝前采用人工喷雾进行保湿养生，保湿养生中混凝土表面应基本湿润，不出现水滴或水流；b）硅粉粉煤灰混凝土终凝后，应立即进行全面保湿养生，具体养生方式应根据场地、水源、环境等各方面条件等制定，养护时间不得少于14 d；c）针对硅粉粉煤灰混凝土早期收缩大的特点，推荐采用高分子混凝土养护膜来进行养生，贴膜应遵循先下后上、横向铺贴的原则，切忌先上后下铺贴，以免造成下面养护膜的上边缘搭在上面养护膜之外，而不能很好地粘贴在双面胶上，容易松垮，形成进风口，从而影响养护质量；切忌竖直铺贴，以免浇水时，过多的水流将膜内高分子材料顺水冲跑，从而影响养护质量；将养护膜卷竖立并将养护膜有孔的一面紧贴混凝土立面，横着向前移动，且养护膜的上边沿应紧贴在双面胶的中间，这样，可以使养护膜内高分子材料充分吸水，吸水后养护膜便能紧紧吸附于养生立面，能达到最佳保湿保温效果。

5 结束语

目前，一些路桥单位已开始大量应用水泥混凝土双掺硅灰和粉煤灰技术，配制高性能、高强度、大流动性混凝土，并取得了显著的经济效益。同时，需要注意的是，由于硅灰本身固有的特性，混凝土拌合物的流动性降低速度较快，夏季施工时应特别注意。