摻粉煤灰路緣石滑?；炷僚浜媳仍O(shè)計研究

林 杰,王玉潔,張鴻斌,張登峰

(1.錫林郭勒盟交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心,錫林浩特 026000;2.錫林浩特市公路養(yǎng)護(hù)中心,錫林浩特 026000; 3.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室,武漢 430070)

路緣石滑?；炷潦┕炷凉ぷ餍阅芤蠛芨?主要有以下五個方面:1)高流動性,混凝土從拌和站運(yùn)到施工現(xiàn)場,經(jīng)過數(shù)小時的運(yùn)輸及施工等候仍能順暢地從混凝土罐車卸到滑模機(jī)料斗中,并能滿足現(xiàn)場施工條件滑制成各種形狀的構(gòu)件。2)黏聚性好,運(yùn)到施工現(xiàn)場的混凝土流動良好、裹覆飽滿,振搗過程中混凝土無離析、泌水現(xiàn)象,具有良好的黏聚力。3)易密性,混凝土具有容易被振搗密實的能力,保證混凝土澆筑搗實后具有內(nèi)實外美的效果。4)高穩(wěn)定性,混凝土滑制成型的路緣石構(gòu)件外形堅實、線形流暢順滑、無坍落變形,表面完整無氣孔。5)耐久性良好,滑制的混凝土構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能和耐久性能,并滿足設(shè)計文件要求的其他功能。

建設(shè)中的錫林郭勒盟某二級公路主線全長114 km,瀝青混凝土路面,路面凈寬10.5 m,路面兩側(cè)根據(jù)公路線型分別順接混凝土路緣石、護(hù)肩板、集水槽等防排水結(jié)構(gòu)。項目設(shè)三個施工標(biāo)段,每個標(biāo)段長38～40 km,獨立設(shè)置混凝土拌和站?；Ｊ┕せ炷敛捎没炷凉捃囘\(yùn)輸,混凝土運(yùn)輸及施工現(xiàn)場等候總耗時在2～3 h之間。為保證項目滑?；炷凉こ淌┕べ|(zhì)量,開展了摻粉煤灰混凝土配合比設(shè)計及施工質(zhì)量控制技術(shù)等相關(guān)研究工作。

1 原材料性能與試驗

1.1 原材料性能

1)粉煤灰:采用西烏旗熱電廠干排粉煤灰。經(jīng)檢測,其主要化學(xué)成分及理化性能如表1所示。

表1 試驗用粉煤灰化學(xué)成分及理化性能

表1檢測數(shù)據(jù)表明所用粉煤灰滿足GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[1]中Ⅱ級粉煤灰相關(guān)技術(shù)要求。

2)水泥:采用阿巴嘎旗冀東水泥PO42.5級普通硅酸鹽水泥,初凝時間205 min,終凝時間245 min,實測3 d抗壓強(qiáng)度18.1 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度46.3 MPa。其他指標(biāo)符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》[2]相關(guān)技術(shù)要求。

3)砂:采用西烏旗五間房水洗砂,粒度范圍0～5 mm,表觀密度2.652 g/cm3,細(xì)度模數(shù)2.5,含泥量0.2%。其他指標(biāo)符合GB/T14684—2022《建筑用砂》[3]技術(shù)要求。

4)碎石:采用東烏旗鑫磊采石廠安山巖,5～10 mm、10～25 mm兩檔按質(zhì)量比30∶70的比例摻配組成連續(xù)級配,表觀密度2.732 g/cm3,壓碎值8.6%,含泥量0.4%,其他指標(biāo)符合GB/T14685—2022《建筑用卵石、碎石》[4]技術(shù)要求。

5)水:采用當(dāng)?shù)仫嬘盟?pH值7.1。

6)減水劑:采用西卡聚羧酸類減水劑,實測減水率β=15.6%。

1.2 配合比設(shè)計

該項目路緣石結(jié)構(gòu)采用普通混凝土澆筑,依據(jù)項目設(shè)計文件、《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55—2011)[5]及《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG3420—2020)[6]等規(guī)程,結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境,確定滑模混凝土設(shè)計主要設(shè)計控制指標(biāo)為:1)強(qiáng)度等級C25;2)入模坍落度30～70 mm,新拌混凝土出機(jī)坍落度90～130 mm;3)混凝土延時2 h、3 h后的流動性、黏聚性、保水性滿足現(xiàn)場施工要求。

1.2.1 混凝土理論配合比計算

1)C25混凝土配置強(qiáng)度

混凝土配置強(qiáng)度計算公式

fcu,o=fcu,k+1.645σ

(1)

式中,fcu,o為混凝土配置強(qiáng)度,MPa;fcu,k為標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土抗壓強(qiáng)度值,MPa;σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差,取5 MPa。

將C25混凝土代入式(1),計算該混凝土配置強(qiáng)度為fcu,o=25+1.645×5=33.225 MPa。

2)C25混凝土水膠比

混凝土水膠比計算公式

w/b=(αafb)/(αaαbfb+fcu,o)

(2)

式中,w/b為混凝土水膠比;fb為實驗室實測水泥28 d抗壓強(qiáng)度,該項目水泥28 d抗壓強(qiáng)度實測值為46.3 MPa;αa和αb為回歸系數(shù),該項目采用安山巖碎石集料,分別取0.53和0.20;fcu,o為混凝土配置強(qiáng)度,采用式(1)計算結(jié)果代入式(2)計算。

將上述各參數(shù)計算值分別代入式(2)中,計算得C25混凝土水膠比為w/b=(0.53×46.3)/(0.53×0.20×46.3+33.225)=0.64。

3)C25混凝土初試配合比計算

根據(jù)JGJ 55—2011要求,通過計算并選取新拌混凝土坍落度為130 mm時用水量m′w=225 kg/m3。摻加減水率15.6%的減水劑時,根據(jù)減水率計算試驗拌合用水量。減水劑用量為膠材質(zhì)量的1.5%。

計算混凝土拌合用水量m′w=225×(1-15.6%)=190 k/m3。

根據(jù)計算水膠比w/b=0.64,計算水泥用量為mc=190/0.64 =297 kg/m3。

減水劑用量為ma=297×1.5%=4.455 kg/m3。

該項目用砂為中砂偏細(xì),根據(jù)施工經(jīng)驗選定滑模混凝土砂率Sp=45%。假定混凝土拌和物密度ρ=2 400 kg/m3,計算得C25混凝土初試配合比,結(jié)果如表2所示。

表2 C25滑模混凝土初試配合比計算結(jié)果

1.2.2 摻粉煤灰C25混凝土配合比調(diào)試及性能測試結(jié)果

根據(jù)表2初試配合比計算結(jié)果,粉煤灰按照0、10%、20%、30%四個摻量,等量取代試驗用水泥,進(jìn)行新拌混合料和延時2 h、3 h后的拌和物工作性能測試。混凝土坍落度、流動性、黏聚性、泌水性試驗參照GB/T50080—2016 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[7]進(jìn)行,混凝土抗壓強(qiáng)度試驗參照GB/T 50081—2019 《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]進(jìn)行,成型 100 mm×100 mm×100 mm試塊,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),檢測混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度。坍落度、黏聚性、流動性、泌水性、強(qiáng)度性能試驗結(jié)果如表3～表6所示。

表3 摻粉煤灰C25滑模混凝土配合比及材料用量

1.3 試驗結(jié)果分析

1.3.1 對混凝土工作性能的影響

從表4、表5可以看出:1)不摻粉煤灰時,混凝土拌合物坍落度衰減迅速且伴有輕微泌水現(xiàn)象。延遲2 h時坍落度幾乎減半,延遲3 h時坍落度衰減80%,流動性喪失,混凝土拌合物已不具備滑模施工條件。2)隨著粉煤灰的加入,當(dāng)粉煤灰等量取代10%～30%的水泥時,新拌混凝土坍落度呈上升趨勢,但泌水現(xiàn)象消失,延遲2 h、3 h坍落度損失逐漸減小,混凝土保坍性顯著提高。粉煤灰摻量20%時,拌合物黏聚性、流動性等效果最佳,滿足現(xiàn)場施工條件。這種情況得益于粉煤灰的形態(tài)效應(yīng),即粉煤灰是由大小不等的球狀玻璃體組成,其表面光滑致密,在混凝土拌合物中起潤滑作用。同時,粉煤灰顆粒粒徑比水泥顆粒粒徑小,粉煤灰微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中,阻止了水泥顆粒粘聚,使滯留于水泥顆粒之間的部分拌和水釋放出來,極大地改善了混凝土拌合物的坍落度與施工和易性[9]。

表4 摻粉煤灰C25滑?；炷涟韬衔锖鸵仔栽囼灲Y(jié)果

表5 摻粉煤灰C25滑?；炷涟韬衔锾涠仍囼灲Y(jié)果

1.3.2 對混凝土強(qiáng)度的影響

從表6抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果可以看出,隨著粉煤灰取代量的增加,混凝土7 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低,取代量為30%時,抗壓強(qiáng)度比初始配合比降低18.4%。但28 d抗壓強(qiáng)度卻逐漸增加,并在20%取代量時,抗壓強(qiáng)度增加最大,抗壓強(qiáng)度比初始配合比增加16.6%。在取代量30%時,抗壓強(qiáng)度仍較初始配合比和10%的取代量時的強(qiáng)度高,但增加趨勢已經(jīng)逐漸放緩。這是由于粉煤灰替代水泥摻入,減少了水泥用量,導(dǎo)致一次水化產(chǎn)物減少,使得混凝土強(qiáng)度增長減緩,因此粉煤灰的摻入降低了混凝土的早期強(qiáng)度。但粉煤灰的火山灰活性使得混凝土中具有火山灰反應(yīng),反應(yīng)生成的水化硅酸鈣具有良好的膠凝性能。同時,粉煤灰還具有微集料效應(yīng),粉煤灰細(xì)度較細(xì),可以很好地填充混凝土中的微小空隙,從而提高混凝土的密實性。粉煤灰的各種特性協(xié)同效應(yīng),使混凝土的后期強(qiáng)度增加[10],但20%的取代量時強(qiáng)度增加最大。

表6 摻粉煤灰C25滑?；炷量箟簭?qiáng)度試驗結(jié)果

綜上所述,根據(jù)試驗結(jié)果確定該項目滑模混凝土中粉煤灰取代20%水泥?；炷林懈鞑牧嫌昧繛?水泥237.6 kg/m3,粉煤灰59.4 kg/m3、水190 kg/m3、砂子860 kg/m3、5～10 mm碎石316 kg/m3、10～25 mm碎石737 kg/m3、減水劑4.455 kg/m3。

2 結(jié) 論

a.不同摻量粉煤灰對混凝土拌合物工作性能改善效果表明,在混凝土中摻入10%～30%的粉煤灰,可促進(jìn)混凝土流動性、黏聚性、密實性和泌水性向高水平發(fā)展,對延長混凝土有效施工時間作用明顯。

b.粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)協(xié)同作用,延長了混凝土結(jié)構(gòu)的有效施工時間,雖然構(gòu)件早期強(qiáng)度略有降低,但是對混凝土的后期強(qiáng)度增長促進(jìn)作用明顯,在20%取代量時,28 d抗壓強(qiáng)度可比初始配合比增加16.6%。

c.粉煤灰是電廠企業(yè)生產(chǎn)的副廠品,具有極高的再利用價值。在混凝土工程中摻加10%～30%粉煤灰等量取代水泥,改善混凝土性能的同時,解決粉煤灰工業(yè)廢棄料排放超標(biāo)問題,提高混凝土材料經(jīng)濟(jì)價值與環(huán)保價值,對施工企業(yè)降本增效,建設(shè)單位節(jié)能環(huán)保等方面意義重大,極具推廣價值。