粉煤灰在公路中的應用

肖小波

(婁底市婁星區公路局,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,對混凝土路面結構質量的要求隨之提高,工程要求公路水泥混凝土具有早強、高強、低水化熱、大流動性、輕質、高密實、高耐久性、成本低、易成型、易養護等特性。

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廢料進行利用,后來逐漸認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點,粉煤灰的使用率越來越高。為了滿足公路混凝土的要求,粉煤灰已廣泛應用于公路工程的水泥混凝土中[1-4]。

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

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

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

2)粉煤灰(FA):湘潭電廠生產的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%,化學成分見表1。

表1 水泥和粉煤灰的化學成分%

表2 太平牌PO 42.5水泥性能指標

3)砂(S):湘江河砂,級配合格,細度模數2.61,符合Ⅱ區要求。

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

1.2 試驗方法

混凝土拌合物性能試驗按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T20080—2002進行。混凝土力學性能試驗按《普通混凝土力學試驗方法標準》GB/T50081—2002進行,其中立方體抗壓強度試件尺寸為100 mm×100mm×100mm,抗折強度試件尺寸為100 mm×100mm×400mm,試驗結果均已乘換算系數。氯離子擴散系數按RCM方法。

2 試驗結果和分析

根據公路工程水泥混凝土的相關規范,混凝土的28 d彎拉強度應大于5.0 MPa,坍落度不小于30mm,28 d抗折強度達到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,僅僅調整粉煤灰摻量,試驗測試混凝土的力學性能,部分耐久性,并與基準混凝土進行對比。試驗配合比和相關測試結果見表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性能

圖1 不同粉煤灰摻量下混凝土的彎拉強度

圖2 不同粉煤灰摻量下混凝土的抗折強度

2.2 試驗結果分析

從表3可以看出,當粉煤灰摻量從0增大到40%,混凝土的力學性能幾乎都在減小,但仍能滿足規范對路面混凝土的要求。28 d彎拉強度降低了15%,且隨著摻量的增大降低幅度也不斷增大;28 d抗折強度降低了7%;當粉煤灰摻量從0增加到30%時,混凝土28 d抗壓強度增大了12%,當其摻量從30%增大到40%時,混凝土28 d抗壓強度反而降低了5%,故粉煤灰摻量對混凝土28 d抗壓強度的最佳摻量是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,相當于減少了28 d參加水化反應水泥數量,變相增大了水灰比,因此測試28 d強度時會發現隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的強度會逐漸降低。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料起到微填充作用、改善水泥混凝土內部微孔結構外,粉煤灰還可以與水泥水化生成的副產物Ca(OH)2進行反應,消耗Ca(OH)2片狀晶體,同時生成硅酸鈣類物質,增加水泥混凝土的強度。這一反應由于受到水泥水化反應的限制,一般對早期強度影響不明顯,在后期增強效果比較明顯[5]。

從表3也可以看出,當粉煤灰摻量從0增大到40%時,混凝土的氯離子擴散系數減小了12%,氯離子擴散系數最大值是4.658×10-12m2/s,根據相關規范要求,抗氯離子滲透性能均達到了較好的水平。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,通過其反應降低了Ca(OH)2數量,形成二次水化產物C—S—H凝膠,從而改善混凝土孔徑分布,增加小孔數量,降低孔隙率、改善界面過渡區結構,提高了混凝土對氯離子擴散的阻礙能力;②由于其對氯離子的初始固化(物理吸附)和二次水化產物的化學固化與物理化學吸附,增強混凝土對氯離子的結合能力,提高了混凝土的抗氯離子滲透能力[6,7]。

3 結論

1)當粉煤灰摻量從0增大到40%時,路面混凝土的各項力學性能基本都有不同程度的減小,其中28 d彎拉強度降低了15%,28 d抗折強度降低了7%,28 d抗壓強度的最佳摻量是30%,但這些力學性能指標仍能滿足相關規范要求。

2)當粉煤灰摻量從0增大到40%時,混凝土的氯離子擴散系數減小了12%,氯離子擴散系數最大值是4.658×10-12m2/s,根據相關規范要求,抗氯離子滲透性能均達到了較好的水平。

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