粉煤灰混凝土在钻孔灌注桩施工中的应用

魏光辉

(新疆金达鑫工程建设有限公司，新疆库尔勒841000)

1 工程概况

某新建综合教学楼工程由A栋教学楼、B栋教学楼及学生活动中心组成，框架结构，总建筑面积32945m2，工程抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为标准类，结构使用年限为50年。A栋教学楼，建筑面积17667.66m2，5 层，建筑基底面积 3602.77m2，基础采用钻孔灌注桩，共计139根，桩径1m;B栋教学楼，建筑面积 10661.09m2，4层，建筑基底面积 2645.49m2，基础采用机械旋挖钻孔灌注桩，共计103根，桩径1m;学生活动中心，建筑面积4616.16m2，1层，建筑基底面积1026.38m2，基础采用机械旋挖钻孔灌注桩，共计102根，桩径1m，工程持力层均为中风化砂岩层，中风化砂岩层的饱和单轴抗压强度标准值为24.7MPa，钻孔灌注桩施工采用C30粉煤灰混凝土。

2 粉煤灰混凝土特性

粉煤灰混凝土是指混凝土中掺加粉煤灰组合的粉煤灰普通混凝土。粉煤灰掺入混凝土后可取代部分水泥，由于粉煤灰的形态效应和微集料效应对混凝土微观效能的改变，使混凝土具有良好的和易性及流变性，不泌水，不离析，还可提高混凝土的后期强度。将粉煤灰与高效减水剂双掺，由于粉煤灰的形态效应与减水剂的减水作用共同发挥，起到复合减水作用，为改善混凝土强度、耐久性提供了重要作用。

2.1 工作性

粉煤灰取代部分水泥后，使混凝土具有良好的粘聚性，并可降低水灰比。混凝土达到相同的流动性，其单位用水量可以减少，从而改善混凝土的可泵性[1]。

2.2 强度

掺粉煤灰置换部分水泥的混凝土，其早期强度有些降低，但后期特别是长期强度有较大的持续增长。《粉煤灰应用技术规范》中规定，粉煤灰混凝土的设计强度龄期，地下工程宜为60d，大体积混凝土工程宜为90d或180d。

2.3 耐久性

与强度相等的普通混凝土相比，混凝土的抗冻融能力基本相同但含碳量较高的粉煤灰混凝土抗冻融能力和抗碳化能力有较大提高。粉煤灰混凝土有较好的抗腐蚀能力，这些腐蚀主要是具有侵蚀能力的硫酸盐与水泥中的含铝、含钙及SO3成分发生反应，从而破坏混凝土的结构。在掺入粉煤灰后，由于水泥用量减少，减少了混凝土受侵蚀的内部因素，因而提高了抗腐蚀能力[2]。

2.4 水化热

由于粉煤灰部分取代水泥后，水泥用量减少使混凝土在硬化过程中产生的水化热相应减少，速度也得到缓和，有利于配制大体积混凝土。

2.5 干缩性及弹性模量

掺入粉煤灰后，混凝土的干缩性可以减少5%左右，使混凝土的弹性模量大约提高5% ～10%[3]。

2.6 抗渗性

粉煤灰混凝土的抗渗性与普通混凝土相比，其早期龄期抗渗性较低，而长期龄期的抗渗性得到特别改善。这是由于粉煤灰的细微颗粒均匀分散到水泥浆体时会成为大量水化物沉淀的核心，随着水化龄期的进展，这些细微颗粒及其水化反应产物填充了水泥的孔隙，改善了混凝土的结构，逐渐降低了混凝土的抗渗性[4]。

3 粉煤灰混凝土配合比设计

3.1 原材料的技术要求

(1)水泥为天山水泥厂生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，技术指标见表1。(2)细骨料经筛分，砂细度模数为2.8，粒径0.63mm筛孔的累计筛余量为69%，属于中砂，级配良好，而且砂质地较硬、洁净，含泥量为1%左右，吸水率为1.2%。(3)粗骨料5mm～20mm粒径压碎指标值为7%，含泥量为0.7%，针、片颗粒含量为5%，碱含量0.15%，吸水率0.51%;20mm～40mm粒径压碎指标值为6.5%，含泥量为0.25%，泥块含量0.17%，针、片颗粒含量为8%，碱含量0.19%，吸水率0.4%。(4)拌合用水采用城市自来水，水质符合饮用水标准。(5)减水剂选用新疆五杰实业投资有限公司NF－1型萘系高效减水剂。经对比试验，该减水剂减水率为19.5%，含气量2.5%，氯离子含量0.005%，28d抗压强度比为125%，与水泥相容性好，坍落度经时损失为10mm。(6)活性矿物掺合料选用独山子热电厂Ⅱ级粉煤灰，其颗粒成滚珠型，能增加混凝土和易性，富含大量无定型SiO2，能与水泥水化产物发生火山灰效应，生成C－S－H凝胶，减少骨料泌水，增强混凝土的强度。

表1 水泥技术指标

3.2 配合比试验

(1)水胶比及水泥用量。在保证混凝土强度和耐久性的基础上，由于采用大掺量活性粉煤灰，就必须采用低水胶比。根据经验，由于混凝土强度等级不高，配合比采用的水胶比为0.4，粉煤灰等量取代水泥，取代量为40%。由于粉煤灰密度较小，施工、运输过程中易产生浮浆，因此，科学合理的搅拌，是保证混凝土密实性、耐久性的重要措施。

(2)高效减水剂。粉煤灰宜与外加剂复合使用以改善混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。复合使用时，外加剂宜采用后掺法。影响混凝土坍落度的主要因素是单位用水量。选用合适的减水剂，可以在不降低混凝土强度和流动性的情况下，减少用水量，从而节约水泥用量，降低成本。本配合比采用新疆五杰实业投资有限公司NF－1型萘系高效减水剂，减水率为19.2%。

(3)掺入活性矿物掺合料。在配制混凝土时，对掺入20%、30%、40%活性矿物掺合料的混凝土性能进行了对比试验，结果见表2与表3。

表2 C30粉煤灰混凝土配合比及力学性能

表3 C30粉煤灰混凝土性能指标

从表2与表3可以看出:在相同水胶比的情况下， 混凝土早期强度(3d)随着粉煤灰掺量的增加其降幅明显，但随着龄期的增长，由于火山灰效应的扩大，其28d抗压强度值增长较大。从混凝土的耐久性及经济性合理性角度综合考虑，最终选用A3配合比作为施工优选配合比。

4 工程施工质量控制

4.1 施工过程控制

在工程施工过程中，为确保粉煤灰混凝土的质量和结构耐久性，采取了以下措施:

(1)严把原材料关。所有原材料均按照施工配合比进行准确称量，最大称量偏差应控制在1%以内。(2)严格控制水胶比和坍落度控制指标。(3)严格控制拔管速度。灌注桩是靠混凝土自身重量将泥浆往上挤出，为了保证灌注桩完整而不出现断桩，导管的出口应始终埋在混凝土内，根据灌注的速度控制拔管的快慢。(4)及时抽样检测，按要求制作粉煤灰混凝土试件，测试其力学特性是否满足设计及规范要求。

4.2 施工质量检测

在混凝土灌注桩施工过程中，通过严格控制原材料计量和科学合理的施工工艺，经工程现场取样，所选配合比混凝土各项指标均符合规范要求。经现场抽样检验，施工混凝土坍落度均在210mm～220mm左右，NF－1型萘高效减水剂保塑效果较好，1h坍落度损失小于10mm。混凝土工作性能良好，满足施工要求。经现场取样测试，C30混凝土平均抗压强度40.5MPa，标准差为2.2MPa，弹性模量为3.38GPa。根据混凝土验收质量检验评定:混凝土现场抽样强度为39.3MPa，大于配制强度38.2MPa，抽样检测结果满足设计和工程要求。

5 结语

(1)该粉煤灰混凝土配合比充分考虑了粉煤灰的滚珠效应、抗侵蚀性及高火山灰效应形成的“中心介质圈效应”[4]的增强作用，并考虑了NF－1型萘系高效减水剂的特点，配制出了具有较高工作性能且满足规范要求和设计要求的高性能混凝土。

(2)粉煤灰的掺入降低了单方水泥用量，不仅节约了成本，降低了造价，而且变废为宝，具有重大的经济和社会效益;从技术角度看，粉煤灰的掺入也使混凝土性能得到改善，提高了耐久性、工作性，保证了强度，方便了施工。

(3)在配制粉煤灰混凝土时应当注意高效减水剂与胶凝材料的适应性，通过试验选择相对最佳的胶凝材料用量与高效减水剂掺量。

[1]李彰.谈粉煤灰混凝土在钻孔灌注桩中的应用[J].山西建筑，2006，32(13):149 －150.

[2]张晓喜，刘成松.大掺量高性能粉煤灰混凝土[J].国外建材科技，2007，(6):26 －29.

[3]唐明伟.浅谈粉煤灰混凝土配合比设计与应用[J].江苏建材，2008，(3):38 －40.

[4]王毅.掺粉煤灰水工混凝土配合比的设计方法浅析[J].陕西水利，2007，(6):26－29.