浅议粉煤灰替代率对CFG桩桩身强度发展的影响

何雅琦

摘要：以粉煤灰替代率为变量对CFG桩桩身强度进行实验，结果表明：随着粉煤灰掺量的增加，拌合物的坍落度逐渐增大。适量的粉煤灰在改善桩身拌合物和易性的同时，能够保证桩身的强度，但过量的粉煤灰会阻碍水泥的碱骨料反应，从而阻碍桩身的强度发展。掺入粉煤灰的桩身拌合物早期强度低，强度发展缓慢。

关键词：CFG桩；粉煤灰替代率；强度

CFG桩全称水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。由于CFG桩对建筑垃圾的利用符合绿色发展理念，CFG 桩地基处理技术自20世纪80年代末问世以来，在房建、公路、铁路等工程的地基处理中得到了广泛的应用[1]。目前，对CFG桩的研究主要是施工技术及工艺的创新等方面，而在桩身材料方面的研究较少。

本文通过对比实验，研究粉煤灰如何影响CFG桩桩身强度发展的影响。

1 实验方案

试验中，按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试新拌混凝土的坍落度。按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土成型和抗压强度试验。混凝土试块尺寸为 150 mm×150 mm×150 mm 立方体试块，实验桩身试块的养护龄期为7d、14d、28d、60d。

1.1 实验材料

试验中原材料选取：水泥：海螺牌P.O 32.5级水泥，粉煤灰；郑州巩义二电厂I级粉煤灰，检测信息如表1；细骨料：中砂，密度2.5g/cm3；粗骨料：碎石，密度2.14g/cm3，粒径520mm；外加剂：聚羧酸减水剂，减水率为17%；水：自来水。

1.2 樁身材料配合比

由于粉煤灰混凝土的适宜水灰比为0.40.65，水灰比较小时，混凝土的强度较高，耐久性较好，但这时要保持一定的流动性，会耗用较多水泥，在硬化过程中混凝土的发热量也较大。CFG桩通常体积较大，由于大体积构件形成温差和体积变化不均匀性较严重，因而在能满足强度和耐久性要求的情况下，水灰比大一些，在经济上有一定好处[2]。因此通过预实验确定水灰比为0.5时，强度可以达到C15。

据规范，水灰比取0.5，碎石最大粒径为20mm时，砂率的适宜范围在32%37%。选取砂率为35%，减水剂的掺量为凝胶材质质量的1.18%，粉煤灰的替代率分别选取0%，10%，20%，30%，40%进行实验，实验过程中，粉煤灰的掺量为唯一变量。配合比见表2。

2 实验结果

拌合物坍落度及养护强度如表3所示。

3 实验数据分析

通过实验数据分析，粉煤灰对拌合物的坍落度及桩身强度的发展有显著影响。

3.1 粉煤灰对和易性影响

在混凝土的坍落度实验中发现，随着粉煤灰掺量的增加，坍落度逐渐增加（如图1），即粉煤灰对混凝土的流动性有促进作用，这是因为新拌制的混凝土中的水泥颗粒易抱团，加入粉煤灰之后，可减弱混凝土聚集成团的作用，使水泥分布的更加均匀，这样可形成较多的浆体，这些浆体可起到润滑作用[3]；但在粉煤灰掺量达到较高值后，胶体的粘结作用下降，会出现泌水现象，尤其在D组试块制备时，泌水现象较明显，坍落度高达200mm。

3.2 粉煤灰对强度发展影响

由图2可知，粉煤灰的加入使桩身强度降低，与空白组早期强度差距对比较明显，但由斜率可以看出后期强度增长较快。在养护过程中，强度差距减小，但无法达到空白组强度，所以，粉煤灰一定程度上会抑制碱骨料反应。因为粉煤灰取代水泥使混凝土中水泥用量降低，早期水化产物生成量大大减少；粉煤灰与水泥进行二次水化反应发挥胶凝作用，必须首先破坏粉煤灰中微珠表面致密的玻璃质表层以及Ca（OH）2和C-S-H 在粉煤灰颗粒表面形成的包裹层，而这一过程是比较缓慢的[4]。并且粉煤灰掺量越大，对桩身强度影响越大，桩身最终强度下降。王冲[5]的研究证实，粉煤灰对水泥水化的阻碍作用在水化24h前最为明显，后期逐渐减弱。

4 结论

1）适量的粉煤灰在改善桩身拌合物的和易性的同时能够保证桩身的强度，但过量的粉煤灰会阻碍水泥的碱骨料反应，不利于CFG桩桩身的强度发展。

2）掺入粉煤灰的桩身早期强度低，强度发展缓慢。

3）粉煤灰对桩身拌合物的流动性有促进作用，随着粉煤灰的增加，坍落度也增加。

参考文献：

[1]李天，姜裕华，王殿宽，陈甦.建筑垃圾低强度CFG桩桩身材料性质试验研究[J].粉煤灰综合利用，2015，（02）：1922.

[2]黄海，鲍军.浅析清水混凝土配合比和原材料对强度的影响研究[J].工程与建设，2013，（04）：502504.

[3]闫积刚，贾福强.浅议粉煤灰混凝土性能以及配合比问题[J].山东工业技术，2015，（16）：9192.

[4]刘丹，杜应吉.大掺量粉煤灰混凝土力学性能试验研究[J].人民黄河，2011，（10）：8890.

[5]王冲，杨长辉，钱觉时，钟明全，赵爽.粉煤灰与矿渣的早期火山灰反应放热行为及其机理[J].硅酸盐学报，2012，（07）：10501058.