粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面中的應(yīng)用

林習(xí)玲,張立峰

(1.黑龍江東綏高速公路有限責(zé)任公司;2.牡丹江公路設(shè)計(jì)院)

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 粉煤灰的技術(shù)要求

粉煤灰是熱電廠的排放場(chǎng),其堆放不僅占用大量土地,而且污染環(huán)境,但若用于建材,會(huì)取得較好經(jīng)濟(jì)效益。由于燃燒和回收工藝的不同,粉煤灰的品質(zhì)也有很大差別。

在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰,要求達(dá)到Ⅱ級(jí)以上粉煤灰的技術(shù)要求,并先采用磨細(xì)粉煤灰。Ⅲ級(jí)灰各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不能滿足路面混凝土的要求,只能用于基層。

1.2 粉煤灰的摻量

國(guó)內(nèi)外的理論研究表明,硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng),從而提高強(qiáng)度。在長(zhǎng)常高速公路益常段路面施工中,強(qiáng)制規(guī)定每1m3水泥混凝土至少使用360kg水泥。當(dāng)1m3水泥凝土使用360kg525#普通硅酸鹽水泥、水灰比0.41、砂率37%時(shí),初步確定摻入粉煤灰20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg進(jìn)行試配,得出結(jié)果是摻入 45kg粉煤灰的混凝土綜合性能最佳。此時(shí)粉煤灰摻量為水泥用量的 12.5%。推薦使用粉煤灰摻量為水泥用量的8%～20%。

1.3 粉煤灰水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)

粉煤灰水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)根據(jù)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90規(guī)定的超量取代法進(jìn)行,超量系數(shù)取 1.5,由此增加的粉煤灰體積減去同體積的砂。

2 粉煤灰對(duì)水泥混凝土性能的改善

2.1 改善工作性能

粉煤灰的摻入,使膠凝材料的總量增加,混凝土工作性能大幅度改善,更適合路面滑模攤鋪:(1)粉煤灰水泥混凝土的振動(dòng)粘度系數(shù)減小,有利于振搗密實(shí);(2)靜態(tài)坍落度變小,有利于防止塌邊;(3)膠凝材料的總量增加使攤鋪成型的路面光滑平整;(4)和易性的改善,減小了攤鋪機(jī)前進(jìn)的阻力,減輕了攤鋪機(jī)的工作負(fù)荷。

這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微珠對(duì)流變學(xué)性能的影響所致。在對(duì)未摻入粉煤灰的水泥混凝土攤鋪時(shí),為了振動(dòng)密實(shí),必須提高混凝土的坍落度,這樣的混凝土容易塌邊。如果為了防止塌邊,必須降低混凝土坍落度,這樣又必須加大振搗棒的振動(dòng)頻率,同時(shí)機(jī)器前進(jìn)的阻力增大,加大了機(jī)器的工作負(fù)荷。加粉煤灰后,這一矛盾得到了協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.2 提高抗折強(qiáng)度

滑模攤鋪水泥混凝土使用粉煤灰,能提高抗折強(qiáng)度,尤其是使后期強(qiáng)度大幅度提高。粉煤灰的摻量越大,齡期越長(zhǎng),強(qiáng)度提高越大。

2.3 改善抗磨性

水泥混凝土路面的抗磨性與強(qiáng)度成線性正比關(guān)系。隨著路面抗折強(qiáng)度的提高,抗磨性也隨之提高。通過(guò)對(duì) 28d齡期的試件進(jìn)行抗磨性試驗(yàn),粉煤灰摻量為水泥用量12.5%粉煤灰混凝土比普通水泥混凝土的抗磨性提高23%。

2.4 降低泌水率

由于機(jī)械配套的限制,國(guó)內(nèi)滑模攤鋪路面多采用自卸車運(yùn)輸混合料,在運(yùn)輸過(guò)程中較嚴(yán)重的泌水將會(huì)導(dǎo)致混合料工作性能降低,并產(chǎn)生卸料困難,降低工作效率,提高勞動(dòng)強(qiáng)度。摻入粉煤灰可降低混凝土的泌水率,有利于混凝土的運(yùn)輸。

2.5 降低水泥水化速度

摻入粉煤灰可降低水泥水化速度,混合料凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),有利于高溫季節(jié)施工,并有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

3 存在的問(wèn)題及其處理措施

3.1 粉煤灰混凝土干縮性大,高溫大風(fēng)季節(jié)施工易產(chǎn)生塑性收縮開(kāi)裂

研究表明,粉煤灰水泥混凝土在0.57kg/m2·h蒸發(fā)率的條件下就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫,而普通水泥混凝土則產(chǎn)生塑性收縮裂縫的臨界蒸發(fā)率為0.75kg/m2·h,這一點(diǎn)是值得高度重視的。

通過(guò)一定技術(shù)措施,完全可以控制裂縫的產(chǎn)生。在施工中,在攤鋪成型的混凝土路面拉毛噴灑養(yǎng)護(hù)劑后,馬上用土工布覆蓋,避免烈日的照射,降低蒸發(fā)率,并在土工布上灑水,保持濕潤(rùn),補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。另外,還采用了在攤鋪成型路面拉毛噴酒養(yǎng)護(hù)劑過(guò)后噴酒霧化水的方法來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生,前者比后者更保險(xiǎn)。在施工過(guò)程中,要提高對(duì)裂縫產(chǎn)生的警惕性,在氣溫大于 28℃,或是多風(fēng)的季節(jié),要做好控制裂縫產(chǎn)生的準(zhǔn)備工作。

3.2 低溫季節(jié)施工易發(fā)生施工期斷板和裂縫

(1)冬季施工,由于水泥化較慢,板塊早期強(qiáng)度很低,由于板塊內(nèi)應(yīng)力和外部因素的影響,產(chǎn)生斷板。益常路路面由于在冬季施工時(shí)開(kāi)放施工交通的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲于 28d和加強(qiáng)了施工質(zhì)量管理,此類型的斷板幾乎沒(méi)有發(fā)生。

(2)在兩幅路面連接施工時(shí)產(chǎn)生斷板。前一幅路面攤鋪后,由于溫度應(yīng)力的用作,橫向縮縫處大部分?jǐn)嗔?。由于溫度的變?裂縫通過(guò)拉桿向剛施工的、強(qiáng)度偏低的路面?zhèn)鬟f開(kāi)裂變形,致使剛施工的面板出現(xiàn)大量斷板。此類型斷板在益常路,其中 26km的路面中已經(jīng)出現(xiàn) 68塊斷板,超過(guò)規(guī)范容許值,花費(fèi)了一定的資金進(jìn)行處理。其中有一段落的3.75m塊的板塊連續(xù)有 15塊斷板。這些斷板大多集中產(chǎn)生、分布在幾個(gè)路段,都在低溫季節(jié)施工時(shí)產(chǎn)生的。大部分?jǐn)喟蹇拷s縫位置,顯然也與縮縫傳力桿的約束有關(guān)。之所以產(chǎn)生了大量斷板,一是由于承包人沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷板的形成原因;二是管理上的松懈,導(dǎo)致切縫時(shí)間延誤和切縫的質(zhì)量下降。通過(guò)采用軟切割技術(shù)提早鋸橫縫,并適當(dāng)加深鋸縫,保證鋸縫質(zhì)量,解決了此問(wèn)題。

(3)在縱向縮縫旁產(chǎn)生裂縫。此裂縫的分布規(guī)律與“3.1”所述的裂縫一樣,但形成的機(jī)理不一樣。施工氣溫較低時(shí),混凝土強(qiáng)度形成緩慢,由于溫度應(yīng)力的作用和縱向縮縫拉桿的約束,產(chǎn)生了裂縫。控制裂縫的措施是通過(guò)采用軟切割術(shù)提早鋸縱縫,或在施工氣溫低于 10℃時(shí)停止施工。

4 結(jié) 論

在水泥混凝土中適當(dāng)?shù)負(fù)饺敕勖夯液?改善了混凝土的工作性能,降低了泌水率和水泥水化速度,使之更適合滑模攤鋪施工,提高了路面的抗折強(qiáng)度和抗磨性,提高了高速公路工程質(zhì)量,保護(hù)環(huán)境,取得了可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。雖然存在干縮性大、早期強(qiáng)度低等缺陷,但通過(guò)合理的技術(shù)措施和加強(qiáng)施工管理,這些問(wèn)題完全可以解決,并不妨礙粉煤灰的使用。粉煤灰水泥混凝土在高速公路水泥路面工程中值得推廣。