粉煤灰在公路中的應(yīng)用

肖小波

(婁底市婁星區(qū)公路局,湖南婁底 417000)

近年來,隨著道路上交通量和軸載迅速增長,車速不斷增加,對混凝土路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量的要求隨之提高,工程要求公路水泥混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、低水化熱、大流動性、輕質(zhì)、高密實(shí)、高耐久性、成本低、易成型、易養(yǎng)護(hù)等特性。

粉煤灰是水泥混凝土中最常使用的摻合料,在沒有認(rèn)識到粉煤灰在水泥混凝土中的重要作用以前,把粉煤灰作為一種工業(yè)廢料進(jìn)行利用,后來逐漸認(rèn)識到粉煤灰作為水泥混凝土的摻合料可以改善水泥混凝土多種性能的優(yōu)點(diǎn),粉煤灰的使用率越來越高。為了滿足公路混凝土的要求,粉煤灰已廣泛應(yīng)用于公路工程的水泥混凝土中[1-4]。

本文通過調(diào)整粉煤灰摻量,試驗(yàn)研究了路面的粉煤灰水泥混凝土的力學(xué)性能和部分耐久性,探討了粉煤灰在路面水泥混凝土應(yīng)用的可行性。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1)水泥(C):長沙坪塘水泥有限公司生產(chǎn)的太平牌PO42.5水泥,化學(xué)成分及主要性能指標(biāo)見表1和表2。

2)粉煤灰(FA):湘潭電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰,密度為2.62 g/cm3,比表面積為460m2/kg,需水量比為96%,化學(xué)成分見表1。

表1 水泥和粉煤灰的化學(xué)成分%

表2 太平牌PO 42.5水泥性能指標(biāo)

3)砂(S):湘江河砂,級配合格,細(xì)度模數(shù)2.61,符合Ⅱ區(qū)要求。

4)粗骨料(G):碎石,級配合格,符合5～31.5mm的連續(xù)級配要求。5)水(W):自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土拌合物性能試驗(yàn)按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T20080—2002進(jìn)行?；炷亮W(xué)性能試驗(yàn)按《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002進(jìn)行,其中立方體抗壓強(qiáng)度試件尺寸為100 mm×100mm×100mm,抗折強(qiáng)度試件尺寸為100 mm×100mm×400mm,試驗(yàn)結(jié)果均已乘換算系數(shù)。氯離子擴(kuò)散系數(shù)按RCM方法。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

根據(jù)公路工程水泥混凝土的相關(guān)規(guī)范,混凝土的28 d彎拉強(qiáng)度應(yīng)大于5.0 MPa,坍落度不小于30mm,28 d抗折強(qiáng)度達(dá)到5.0 MPa以上。

2.1 路面混凝土的配合比

恒定水膠比為0.4,砂率為0.38,膠凝材料總用量為350 kg/m3不變,僅僅調(diào)整粉煤灰摻量,試驗(yàn)測試混凝土的力學(xué)性能,部分耐久性,并與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對比。試驗(yàn)配合比和相關(guān)測試結(jié)果見表3及圖1～圖4。

表3 不同粉煤灰摻量下混凝土的配合比和相關(guān)性能

圖1 不同粉煤灰摻量下混凝土的彎拉強(qiáng)度

圖2 不同粉煤灰摻量下混凝土的抗折強(qiáng)度

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表3可以看出,當(dāng)粉煤灰摻量從0增大到40%,混凝土的力學(xué)性能幾乎都在減小,但仍能滿足規(guī)范對路面混凝土的要求。28 d彎拉強(qiáng)度降低了15%,且隨著摻量的增大降低幅度也不斷增大;28 d抗折強(qiáng)度降低了7%;當(dāng)粉煤灰摻量從0增加到30%時(shí),混凝土28 d抗壓強(qiáng)度增大了12%,當(dāng)其摻量從30%增大到40%時(shí),混凝土28 d抗壓強(qiáng)度反而降低了5%,故粉煤灰摻量對混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的最佳摻量是30%。

圖3 不同粉煤灰摻量下混凝土的抗壓強(qiáng)度

圖4 不同粉煤灰摻量下混凝土的抗氯離子滲透性

粉煤灰對混凝土力學(xué)性能的影響原因是:粉煤灰自身幾乎不具有水化性能,粉煤灰等量取代水泥,相當(dāng)于減少了28 d參加水化反應(yīng)水泥數(shù)量,變相增大了水灰比,因此測試28 d強(qiáng)度時(shí)會發(fā)現(xiàn)隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的強(qiáng)度會逐漸降低。另一方面,粉煤灰對于水泥混凝土的有利作用,除了粉煤灰可以作為部分細(xì)料起到微填充作用、改善水泥混凝土內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)外,粉煤灰還可以與水泥水化生成的副產(chǎn)物Ca(OH)2進(jìn)行反應(yīng),消耗Ca(OH)2片狀晶體,同時(shí)生成硅酸鈣類物質(zhì),增加水泥混凝土的強(qiáng)度。這一反應(yīng)由于受到水泥水化反應(yīng)的限制,一般對早期強(qiáng)度影響不明顯,在后期增強(qiáng)效果比較明顯[5]。

從表3也可以看出,當(dāng)粉煤灰摻量從0增大到40%時(shí),混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)減小了12%,氯離子擴(kuò)散系數(shù)最大值是4.658×10-12m2/s,根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,抗氯離子滲透性能均達(dá)到了較好的水平。粉煤灰從兩方面改善了混凝土的抗氯離子滲透性能:①由于其活性效應(yīng),通過其反應(yīng)降低了Ca(OH)2數(shù)量,形成二次水化產(chǎn)物C—S—H凝膠,從而改善混凝土孔徑分布,增加小孔數(shù)量,降低孔隙率、改善界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu),提高了混凝土對氯離子擴(kuò)散的阻礙能力;②由于其對氯離子的初始固化(物理吸附)和二次水化產(chǎn)物的化學(xué)固化與物理化學(xué)吸附,增強(qiáng)混凝土對氯離子的結(jié)合能力,提高了混凝土的抗氯離子滲透能力[6,7]。

3 結(jié)論

1)當(dāng)粉煤灰摻量從0增大到40%時(shí),路面混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能基本都有不同程度的減小,其中28 d彎拉強(qiáng)度降低了15%,28 d抗折強(qiáng)度降低了7%,28 d抗壓強(qiáng)度的最佳摻量是30%,但這些力學(xué)性能指標(biāo)仍能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2)當(dāng)粉煤灰摻量從0增大到40%時(shí),混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)減小了12%,氯離子擴(kuò)散系數(shù)最大值是4.658×10-12m2/s,根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,抗氯離子滲透性能均達(dá)到了較好的水平。

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[6]胡紅梅,馬保國.礦物功能材料對混凝土氯離子滲透性的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(3):19-22.

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