磷渣粉在路面混凝土工程中的應(yīng)用探討

周麗霞

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

磷渣粉在路面混凝土工程中的應(yīng)用探討

周麗霞

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

本文通過磷渣微細(xì)粉在路面工程中的應(yīng)用，能較好改善混凝土的性能，驗證摻用磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應(yīng)用中的可靠性和可施性。

磷渣粉；混凝土性能；摻合料

磷渣粉就是磷渣用電爐法從磷礦石提取黃磷后排除的一種工業(yè)廢渣，它是利用先進(jìn)粉磨設(shè)備將磷渣磨細(xì)加工成微細(xì)粉體，通過改性后生產(chǎn)出一種高性能混凝土礦物摻合料。根據(jù)磷渣粉在混凝土應(yīng)用中的研究成果，特別是混凝土摻入磷渣粉后對混凝土抗彎拉強(qiáng)度提高的結(jié)論，我校實驗中心受某磷業(yè)有限公司委托，在某二級公路改造工程中，在當(dāng)?shù)亟煌ň旨笆┕し降拇罅χС窒?，以該工程項目為依托工程，施工樁號為K2+900～K2+960的路段作為磷渣粉混凝土路面試驗段。試驗段磷渣粉混凝土由某混凝土工程公司拌制,為了獲得更具說服力的數(shù)據(jù)，我校實驗中心于2014年1月17日對試驗路段采用鉆取芯樣法，檢測混凝土彎拉強(qiáng)度以及相應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度，取得實測混凝土相關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù)，來驗證磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應(yīng)用中的可靠性和可施性。

一、試驗路段磷渣微細(xì)粉混凝土所用原材料及配合比

（一）試驗路段所用原材料

1.水泥——選用普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）；

2.礦物摻合料——選用某磷業(yè)有限公司生產(chǎn)的磷渣粉；

3.機(jī)制砂——選用試驗路段當(dāng)?shù)亓蠄鰴C(jī)制山砂；

4.碎石——選用試驗路段當(dāng)?shù)亓蠄鏊槭畲罅?7.5mm；連續(xù)級配，表觀密度2700 kg/m3,堆積密度1470 kg/m3，空隙率46%，含泥量0.8%，針片狀總含量3.3%，壓碎值11.5%；

5.外加劑——選用某有限公司生產(chǎn)的RST-A高效泵送劑；

6.拌和水——采用自來水。

（二）設(shè)計混凝土配合比

1.試驗路段混凝土配合比參數(shù)

所確定的磷渣粉混凝土配合比參數(shù)主要范圍如下：

表1 磷渣粉混凝土配合比

膠凝材料用量：255～500kg/m3；磷渣粉摻量：20%～40%；水膠比：0.3～0.48；砂率：35%～55%；高效泵送劑摻量：2%～2.5%；混凝土容重：2400～2500 kg/m3；碎石最大粒徑及級配要求：Dman=37.5mm、連續(xù)級配。

2.試驗路段混凝土配合比

根據(jù)所確定的原材料，確定磷渣粉混凝土配合比（見表1）根據(jù)表1提供的混凝土配合比,混凝土性能，坍落度達(dá)到180～230mm,混凝土28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到45Mpa,彎拉強(qiáng)度達(dá)到5.5Mpa.

二、混凝土性能檢測方法

（一）方法

1.采用國家標(biāo)準(zhǔn)，普通混凝土拌和物性能試驗方法《GB/T50080-2002》測定拌和物的坍落度；

2.采用國家標(biāo)準(zhǔn)，普通混凝土力學(xué)性能試驗方法《GB/T50081-2002》測定水泥混凝土試塊的立方體抗壓強(qiáng)度、水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度。

（二）拌和物的材料用量

表2 30升混凝土拌和物各材料用量

表3 配合后混凝土拌和物性能統(tǒng)計

表4 試驗路段現(xiàn)場澆注混凝土拌和物的各項性能

由表3可以看出，配合后混凝土拌和物的各項性能指標(biāo)7天、28天抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)均達(dá)到并超過配合比設(shè)計對其指標(biāo)的要求。

三、依托工程

該工程項目公路技術(shù)等級為二級以下公路，水泥混凝土路面的設(shè)計強(qiáng)度等級C35，抗彎拉設(shè)計強(qiáng)度fc=4.5。

從依托工程試驗段現(xiàn)場澆注取樣試驗結(jié)果來看，摻磷渣粉混凝土的各項性能指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計要求。

四、依托工程試驗段現(xiàn)場鉆芯檢測方法

（一）檢測依據(jù)

主要包括：《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）；《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2003）；《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30-2005）；《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03:88）；《鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（DB22/42-2004）等。

五、檢測內(nèi)容

（一）外觀檢查1.鉆取芯樣，選取圓柱體劈裂強(qiáng)度折算的彎拉強(qiáng)度進(jìn)行綜合評定；

2.鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土抗壓強(qiáng)度；

（二）檢測情況簡述

芯樣的鉆取、加工及技術(shù)要求嚴(yán)格按上述規(guī)范進(jìn)行。芯樣試件與被檢測的構(gòu)件混凝土濕度基本一致的條件下進(jìn)行芯樣的抗壓強(qiáng)度試驗。

1.路面鉆芯取樣圓柱體劈裂強(qiáng)度計算式：fsp=2F/ πdm×Lm

在試驗路段上取6個芯樣，折算的混凝土彎拉強(qiáng)度按下列條件計算(二級及二級以下路面彎拉強(qiáng)度計算式)

石灰?guī)r、花崗巖碎石混凝土：標(biāo)準(zhǔn)小梁彎拉強(qiáng)度（Mpa）

fc=1.868fsp0.871 fsp——標(biāo)準(zhǔn)試件劈裂強(qiáng)度（Mpa）合格判定：

平均彎拉強(qiáng)度 fcs＞1.1 frfr設(shè)計彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(Mpa)

最小值 fmin＞0.85 fr

2.路面鉆取小芯樣檢測混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。在試驗路段鉆取3個小芯樣按單個構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定：

抗壓芯樣試件立方體抗壓強(qiáng)度換算值按下式計算：

（以芯樣試件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度換算值中的最小值作為構(gòu)件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的界定值）

3.在試驗段鉆芯取樣一組試件（三塊）做混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度。試驗如下：

2013.4.6澆注砼，設(shè)計砼強(qiáng)度等級C35，2014.1.17取芯，2014.1.24試驗，芯樣外觀完整、表面光滑、無離析現(xiàn)象，試件尺寸d×h（mm）分別為：74.2×74.5、74.3×75.2、74.3×75.1，自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)，293天齡期破壞荷載（kN）分別為：175、185、180；抗壓強(qiáng)度值（MPa）分別為40.5、42.7、41.5；強(qiáng)度換算值f ccor.（MPa）分別為：45.0、47.4、、46.1；最終強(qiáng)度代表值fcu,e為45.0MPa；換算強(qiáng)度平均值為46.2MPa

4.在試驗段鉆芯取樣一組試件（六塊）做混凝土芯樣劈裂抗拉強(qiáng)度。試驗如下：

同樣2014.1.17取芯，設(shè)計砼彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.5Mpa，2014.1.24試驗，試件尺寸dm×Lm（mm）分別為：150×220、150×201、150×177、150×162、150×138、150×125；自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)，293天齡期破壞荷載（kN）分別為：240.0、145.7、183.4、148.0、151.0、161.5；劈裂強(qiáng)度（MPa）分別為：4.63、3.10、4.40、3.88、4.65、5.49；標(biāo)準(zhǔn)砼小梁彎拉強(qiáng)度（MPa）分別為7.5、5.0、7.2、6.3、7.6、8.9；彎拉強(qiáng)度平均值fcs為7.1MPa。

六、檢測結(jié)果

1.試驗段路面全長60米，單幅?；炷翞樯唐坊炷凉竟S拌制運輸至現(xiàn)場一次性連續(xù)澆注，混凝土施工工作性良好，搗實后混凝土表面含砂豐富，隨搗隨抹平整，一次成型。2013年4月6日混凝土澆注至2014年1月17日現(xiàn)場外觀檢查，路面板塊表面堅固、無脫皮、印痕、裂紋和缺邊掉角等現(xiàn)象，外觀質(zhì)量評定是合格的。

2.根據(jù)《DB22/42-2004》規(guī)程評定，磷渣粉混凝土實測抗壓強(qiáng)度最小值（小芯樣混凝土立方體抗壓強(qiáng)度換算強(qiáng)度值中的最小值，即推定值fcu.e）為45.0Mpa，達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級的129%，評定是合格的。

3.根據(jù)《JTGF30-2003》公路水泥砼路面施工技術(shù)規(guī)范和《JTG F80/1-2004》公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)評定:平均彎拉強(qiáng)度fcs=7.1Mpa＞1.10fr=4.95Mpa；

單塊彎拉強(qiáng)度最小值fmin=5.0Mpa＞0.85fr=3.83Mpa,評定是合格的。

4.抗折/抗壓比值:平均值比值7.1/46.2=15.4%;最小值比值5.0/45.0=11.1%.

七、結(jié)語

（一）磷渣粉按比例替代水泥摻入混凝土中，不僅節(jié)約成本，變廢為寶，還能達(dá)到保護(hù)環(huán)境，降低能耗的目的。同時，磷渣粉摻入也使混凝土的需水量減少了，特別是對混凝土還有減少泌水量和降低坍落度損失的效應(yīng)，可獲得良好的施工工作性。

（二）磷渣粉的摻入，可使抗折/抗壓比值得到較大的提高。從芯樣劈裂后劈裂結(jié)合面觀察證實，硬化混凝土內(nèi)砂漿與粗骨料顆粒黏結(jié)牢固緊密，粗骨料顆粒均為剪切破裂，使混凝土彎拉強(qiáng)度得到了提高。路面混凝土其他技術(shù)指標(biāo)也得到增強(qiáng)，如抗磨性、抗凍性等。

（三）現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF30-2003）在粉煤灰及其他摻合料說明中表明。磨細(xì)礦渣本身具有自硬化能力、水化反應(yīng)速度較快的特點。在我國磨細(xì)礦渣是很少用于路面的，但經(jīng)過上述試驗，絕大多數(shù)是可以用于路面、橋面混凝土配制的。現(xiàn)行規(guī)范（JTGF30-2003）編入硅灰、磨細(xì)礦渣的目的也表明硅灰、磨細(xì)礦渣和高質(zhì)量粉煤灰是工程應(yīng)用中制作高性能混凝土的必備原材料，摻用磷渣微粉后的混凝土具有抗?jié)B性、耐久性好和體積穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點，作為路面和橋面是可以積極使用的。

[1]交通部公路科學(xué)研究所.公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（JTG F80/1-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]交通部.公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF30-2003）[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]交通部.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程（JTGE30-2005）[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部.公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

TU

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1673-0046（2016）9-0188-02