粉煤灰對商品砼表面強度影響的研究
2005-05-23 00:00
摘 要： 對某些混凝土表面硬度低的實例進行分析的基礎(chǔ)上，進行了生產(chǎn)性試驗驗證， 論述了粉煤灰對混凝土表面硬度的影響及某些混凝土表面硬度偏低的原因。
關(guān)鍵詞： 粉煤灰； 表面硬度； 泌水； 含碳量
目前， 由于粉煤灰質(zhì)量及配比、施工養(yǎng)護等方面的原因， 使許多人認為摻灰混凝土的表面硬度必然偏低。這種觀念阻礙了粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用。例如一些商品混凝土攪拌站在路面混凝土中不敢摻用粉煤灰或者只摻很小比例的粉煤灰。他們擔心摻加粉煤灰會影響混凝土的回彈強度， 以致在某些可能會現(xiàn)場回彈檢測的結(jié)構(gòu)部位不摻或少摻粉煤灰。本文結(jié)合我們近年遇到的有關(guān)混凝土表面硬度問題的典型實例進行分析， 并做了大量模擬試驗， 以探討粉煤灰對混凝土表面硬度的影響和某些混凝土表面疏松的原因。
1 典型實例
實例1 某工程C50 混凝土構(gòu)造柱，在驗收過程中發(fā)現(xiàn)，混凝土回彈推定值剛滿足C40 強度等級混凝土的要求， 但隨后鉆芯取樣表明， 其強度值均在50MPa 以上，完全滿足工程設(shè)計要求。類似的情況在近幾年的監(jiān)督檢測、驗收過程中時有出現(xiàn)，且都集中在C40 及以上強度等級的混凝土中。于是有人認為這是摻用粉煤灰影響了混凝土的表面硬度，有些攪拌站為避免糾紛，在工程重點部位尤其是需要通過回彈驗收質(zhì)量的部位限制粉煤灰摻量，但效果也并不明顯。
實例2 某廠區(qū)道路工程，采用C25 非泵送商品混凝土。水泥為立窯產(chǎn)普硅水泥，在混凝土中摻用10 % Ⅱ級粉煤灰。使用一段時間后發(fā)現(xiàn)局部路面起砂，且面層疏松。有人認為這是摻用大量粉煤灰所致。在當年的濟南市混凝土企業(yè)技術(shù)交流會上， 幾家預(yù)拌混凝土企業(yè)一致反映使用上述水泥也出現(xiàn)過類似的情況， 于是認為這是粉煤灰富集于混凝土表面所致。后來這幾家攪拌站找到該水泥生產(chǎn)廠家時卻發(fā)現(xiàn)該水泥生產(chǎn)時并未過多摻入粉煤灰， 且主要摻合料也不是粉煤灰。
實例3 濟南市某集團公司院內(nèi)路面工程，使用C20 商品混凝土800余m3 。投入使用后不到一個月，部分混凝土路面有“起粉”、“起砂露石”現(xiàn)象，混凝土表面硬度較低，局部甚至在清掃過程就能掃出大量粉塵，汽車駛過則出現(xiàn)“揚塵”。建設(shè)及施工單位懷疑混凝土強度不合格，但質(zhì)檢部門對“起砂露石”較嚴重部位的混凝土鉆芯取樣檢驗表明，其強度完全符合設(shè)計施工要求。于是有人認為是混凝土中粉煤灰質(zhì)量較輕，過振后富集于新拌混凝土表面，導致表面硬度下降，造成“起粉”。但混凝土生產(chǎn)廠家對此認為，他們所用水泥為大廠旋窯水泥，一部分摻粉煤灰10 % ，另一部分則
未摻加粉煤灰。施工日志及混凝土廠家生產(chǎn)記錄表明，未摻灰的混凝土也有起粉現(xiàn)象。至于該配比已多次用于路面混凝土工程，并未出現(xiàn)過類似現(xiàn)象。
實例4 2001 年施工的某公司廠房地面工程，厚度10cm ，采用C20 商品混凝土。施工后一個月，發(fā)現(xiàn)局部混凝土表面疏松， 干燥處也出現(xiàn)“起粉”現(xiàn)象，另外一部分則沒有類似現(xiàn)象。該混凝土生產(chǎn)記錄表明其配比中并未摻用粉煤灰，且所用水泥摻加的混合材也不是粉煤灰。但部分混凝土水灰比過大，有離析泌水現(xiàn)象。泌水較嚴重地段的混凝土表面疏松。至此基本上可以肯定，路面混凝土“起粉”“起砂露石”與粉煤灰
無關(guān)，很可能是混凝土泌水導致表面水灰比過大，表層水化產(chǎn)物搭接不密實所致。
實例5 2002 年施工的某廠房地面工程， 厚12cm ，采用C20 商品砼， 不摻粉煤灰，砼硬化后涂環(huán)氧地板漆。使用一年后發(fā)現(xiàn)多處地板漆與混凝土面層一起脫落且疏松。起初施工單位懷疑是地板漆與混凝土面層發(fā)生化學反應(yīng)所致，排除此可能后又對混凝土強度產(chǎn)生懷疑。質(zhì)檢部門對破壞較嚴重部位的混凝土鉆芯取樣檢驗表明， 該混凝土強度平均值達到30MPa ，完全滿足設(shè)計要求。施工日志及混凝土生產(chǎn)記錄表明，該混凝土配合比采用了礦渣水泥，混凝土拌和物水灰比較大，泌水較嚴重，且施工時正逢陰雨天，施工完畢后立即覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護。
綜合分析以上實例，我們認為混凝土表面硬度較低、路面混凝土“起粉”、“起砂露石”的主要原因不是粉煤灰富集于混凝土表面所致，而是由于混凝土表層在凝結(jié)硬化過程中水灰比過大或過小引起的。其中混凝土泌水導致表層水灰比過大是最主要的原因。
為了驗證上述結(jié)論的正確性，2002 年起我們作了大量模擬對比試驗。研究對象主要針對C40 泵送混凝土及C20 非泵送施工的路面混凝土。
2 驗證試驗
由于室內(nèi)試驗不能準確反映工程中實際混凝土的表面質(zhì)量，我們采取在攪拌站內(nèi)按不同配比用生產(chǎn)設(shè)備攪拌的混凝土進行試驗，模擬施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的一些振搗、養(yǎng)護方式，澆注了攪拌站修車棚的剪力墻及內(nèi)部一段廢棄路面。目的是驗證粉煤灰對混凝土表面硬度的影響，尋求混凝土表面出現(xiàn)疏松的原因。每個配比攪拌量1～3m3 ，并取有代表性的試驗多次驗證。前后共試驗14 次，使用混凝土29m3 。試驗所用水泥分別采用攪拌站常用的山東水泥廠產(chǎn)P.O 32.5R 水泥、P.O 42.5R 水泥、P.S 32.5R 水泥，以及實例2 所述及的立窯水泥。所用粉煤灰為攪拌站常用的兩種Ⅱ級灰A、B。A 灰細度(45μm 氣流篩篩余量) 15 %左右，含碳量在12 %左右，顏色較黑。B 灰細度(45μm 氣流篩篩余量) 8 %左右，含碳量在6 %左右，顏色較淺。粉煤灰摻量分別為0 、10 %、20 %等，路面最高摻量25 %。按攪拌站常用砂率、不同水灰比、不同摻灰量、不同施工方法進行對比試驗。
3 試驗結(jié)果與討論
剪力墻試驗采用C40 泵送混凝土，墻1 混凝土不摻粉煤灰，施工模擬國內(nèi)一些施工現(xiàn)場情況，混凝土硬化后立即拆模，拆模后只澆水養(yǎng)護了2 次。墻2 混凝土摻20 %粉煤灰B ，帶模澆水養(yǎng)護29 天后拆模?；炷粮稍锖髮Y(jié)構(gòu)實體進行回彈和鉆芯檢測。檢測結(jié)果見表1 。從表1 可以看出，養(yǎng)護對混凝土回彈值影響非常大，而混凝土的回彈值主要與混凝土表面硬度有關(guān)，也就是說養(yǎng)護直接影響到混凝土的表面硬度，而與是否摻加粉煤灰關(guān)系不大。這就證實了粉煤灰影響混凝土表面強度的認識是不準確的。
混凝土路面工程模擬試驗前后共進行12 次，對混凝土的表面硬度采取目測和效果結(jié)合回彈法進行檢測。從混凝土拌和物狀態(tài)看，當粉煤灰A 摻量較大時，混凝土顏色明顯發(fā)黑，且在混凝土水灰比較大時確實給人一種粉煤灰上浮的感覺。但仔細觀察，上浮的全是粉煤灰中的粗顆粒，最主要的還是粉煤灰中的碳粒。同樣摻量的粉煤灰B 混凝土無此現(xiàn)象， 這從一個側(cè)面說明“粉煤灰上浮于混凝土表面”的說法是不確切的。試驗結(jié)果表明：優(yōu)質(zhì)粉煤灰完全可以用于路面工程而不會影響路面混凝土表面硬度及耐磨性。
用42. 5 級水泥配制的C20 混凝土，粉煤灰B 的摻量達到25 %時，只要保持混凝土水灰比，不使混凝土離析泌水，按正確的方法進行施工、養(yǎng)護，混凝土表面硬度依然很高， 耐磨性也很好。而用純32. 5 礦渣水泥配制的混凝土，由于礦渣水泥以及實例2 所述立窯水泥拌制的混凝土本身容易泌水，在水灰比較大時，混凝土拌和物離析泌水現(xiàn)象嚴重，如不及時處理將對硬化后的混凝土表面硬度影響很大。通過三次模擬試驗驗證，硬化后的混凝土均表現(xiàn)出不同程度的表面強度低以及“起砂”“揚塵”現(xiàn)象。由此可見混凝土表面“疏松起塵”現(xiàn)象與是否摻加粉煤灰無多大關(guān)系。
相同條件下，用粗顆粒及含碳量較高的粉煤灰B配制的混凝土表面強度及耐磨性較差。粉煤灰含碳量較大或粗顆粒較多時，會導致混凝土需水量增加，密實度降低，空隙率增大，還會明顯影響外加劑的摻量以及混凝土的外觀顏色和均勻性。碳粒會在泌水過程中逐漸與漿體分離，上升到混凝土表面，影響公路面層混凝土的質(zhì)量。可見，含碳量高是造成粉煤灰品質(zhì)低劣因而難以在表面硬度要求較高的混凝土中推廣應(yīng)用。
養(yǎng)護對混凝土表面硬度至關(guān)重要。如2003 年4月進行試驗時風速較大，中午氣溫較高，沒有養(yǎng)護的路段混凝土表面硬度明顯偏低， 且出現(xiàn)不同程度的“起粉”現(xiàn)象，摻灰混凝土比不摻灰混凝土更顯著。分析認為，粉煤灰水化速度較慢，如過早失水會使粉煤灰來不及水化。未水化的粉煤灰不僅不會對后期強度有所貢獻，反而會象土與石粉一樣有害。由于路面板較薄，暴露比表面積大，路面表層的硬度既與混凝土澆注后的養(yǎng)護條件、養(yǎng)護方式、養(yǎng)護材料密切相關(guān)，又與養(yǎng)護時間的選擇有很大關(guān)系。對于混凝土表面泌水多、天氣潮濕以及氣溫低的情況，養(yǎng)護時間應(yīng)當晚一些，否則泌到表面的水在覆蓋養(yǎng)生時蒸發(fā)不掉，表層就會疏松。反之，在干燥、氣溫高，以及有風的天氣，如果混凝土澆注后不及早進行養(yǎng)護，也會很快因內(nèi)部水分向外蒸發(fā)造成混凝土表層失水從而影響表層質(zhì)量。
4 結(jié)論
(1) 造成某些摻粉煤灰混凝土表面硬度低的主要原因，并不是混凝土在施工振搗過程中在混凝土表面出現(xiàn)粉煤灰浮漿，絕大多數(shù)都是由于混凝土表層在施工及凝結(jié)硬化過程中水灰比過大或過小所致。對表面硬度要求較高的混凝土，生產(chǎn)及施工中一定要注意它的泌水情況，在配制時應(yīng)選擇泌水率小的水泥，并正確養(yǎng)護。
(2) 粉煤灰中的碳是產(chǎn)生“粉煤灰較輕，易浮于混凝土表面”這一錯誤認識的主要原因。因為碳粒往往會在混凝土泌水過程逐漸與漿體分離并上升到混凝土表面。同時，含碳量較高的粉煤灰也是造成混凝土表面硬度低的一個原因。
(3) 對摻用粉煤灰的混凝土如果忽視養(yǎng)生，其表面硬度下降往往較不摻粉煤灰混凝土更顯著。
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