流態水泥粉煤灰混合料施工技術應用研究

史建方

(河北省青銀高速公路管理處)

1 概 述

在工程施工中,構造物的基坑和臺背部位由于位置特殊,成為機械壓實的薄弱環節,一直是造成橋頭跳車這一質量通病的主因。采用流態水泥粉煤灰混合料澆筑基坑和臺背最早在河北省石黃高速公路應用,之后在衡(水)德(州)、衡(水)小(榆林)、河北青銀高速進行應用,其后很多省份高等級公路進行了廣泛采用。采用流態水泥粉煤灰混合料進行澆筑施工,施工工藝簡單易行,無須碾壓和振搗,依靠混合料的流動性達到密實效果,依靠其強度形成很高的承載能力,同時具有自重輕、減少工后地基壓縮沉降的特點;在縮短工期、降低造價、保證質量等諸多方面效果顯著。

2 原材料要求

2.1 粉煤灰材料和強度形成機理分析

粉煤灰具有一定的活性。粉煤灰活性是指粉煤灰具有一定的火山灰質材料的活性,即在調水后本身并不能硬化,但是在與堿性物質混合后,加水拌和,不但能在空氣中硬化還能在水中繼續硬化的性質。其活性的本質是基于硅鋁質玻璃體在堿性介質中,OH-離子打破了Al-O、Si-O鍵的網絡,使聚合度降低成為活性狀態,并與Ca(OH)2反應生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣,從而生成強度。

粉煤灰在與水泥反應,從力學觀點上能產生形態效應、活性效應和微集料效應多種效應,早期以形態效應和微集料效應的物理作用為主,后期以化學活性效應為主。

影響活性的因素主要是玻璃體含量、化學組成、顆粒組成、比表面積和比重。一般而言,玻璃體含量越高,尤其是低鐵玻璃體含量越高,活性越好,而石英、莫來石、赤鐵礦含量越少越好。顆粒組成越細越好,比表面積越大越好,比重越大形成強度越高。

(1)化學成分。

粉煤灰主要成分為Si02、Al2O3、Fe2O3及少量的CaO、MgO組成。

(2)物理性質。

粉煤灰的密度為1.8～2.3g/cm3容重為0.8～1.0g/cm3,其需水量比和細度是影響混合料早期強度因素之一,一般認為細度在 45um下時具有較好的活性。

需水量比指按規定方法測試出來的粉煤灰膠砂需水量與水泥膠砂需水量之比值。

(3)流態水泥粉煤灰反應機理。

粉煤灰活性激發的方法及機理主要有加鈣處理、堿激發(石灰、水玻璃)、硫酸鹽激發、磨細、摻早強劑等。

粉煤灰顆粒在電子顯微鏡下有四種顆粒單相或多項組合而成。

①球形顆粒:這種顆粒表面光滑,呈球形,顆粒直徑從0.2～80um不等,其中 20um下居多,在粉煤灰中屬惰性物質,活性差,吸附能力差;

②多孔塊狀物:顆粒直徑100um,表面多孔隙,這類顆粒比表面積大,活性好具有較強吸附能力;

③不規則塊狀顆粒,無固定形式,表面凸凹不平,大小不一,活性好,吸附能力強;

④超微顆粒,一般直徑1um左右,含量較少。

粉煤灰主要成分為酸性氧化物,在堿性條件下可反應生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣;粉煤灰浸出液pH值一般在 6左右,呈弱酸性,在堿性條件下,玻璃體可轉化為活性 SiO2和Al2O3,在玻璃體表面溶出,這個過程進行緩慢,致使混合料早期強度偏低。

(4)針對以上特性特提出如下要求。

①粉煤灰中SiO2,Al2O3和Fe2O3的總含量應大于70%,燒失量不應超過 20%。

②粉煤灰的比表面積宜大于2500cm2/g。

③干粉煤灰和濕粉煤灰都可以用。干粉煤灰如堆放于空地上,應防止飛揚造成污染;濕粉煤灰含水量不宜超過35%,并在澆筑前測定含水量。

④應將凝結的粉煤灰塊打碎,同時清除有害雜物。

2.2 水泥

宜采用 32.5水泥,水泥堆放應注意防潮。

2.3 水

凡人或牲畜的飲用水均可用于施工。

2.4 外加劑

可自配或選用成品高效減水劑。其性能應能激發粉煤灰早期活性,并具有早強、增稠和減水的作用。

(1)細度:比表面積不得小于300m2/kg,篩余量(0.08mm)均不得超過8%。

(2)抗壓強度:應符合表1。

表1 外加劑抗壓強度標準

(3)初凝時間不得大于30min。

3 施工配合比

根據工程使用部位不同,強度要求不同,視具體要求調整施工配合比。常用配合比范圍 m水泥∶m粉煤灰∶m水為 4%～10%∶96%～90%∶65%～75%(外摻)。

外加劑為水泥用量的2%～3%。

施工配合比確定的主要指標為強度和流動度;強度根據施工要求確定,一般處治臺背和基坑的強度標準要滿足7d達到0.4MPa,28d達到0.6MPa。流動度應該達到12cm以上或能保證漿體流動的最低流動度。

4 施工工藝

(1)基底應清除虛渣、浮土、積水,基坑清理到原狀土層,臺背臺階開到硬茬。

(2)施工前應對進場的材料按批進行抽檢,以保證材料質量。

(3)流態水泥粉煤灰混合料的拌制。

①拌制混合料時,各種衡器應保證準確;對材料(粉煤灰)的含水率,應經常地行檢測,據以調整水泥和水的用量,配料數量允許偏差見表2。

表2 配料數量允許偏差(質量計)

②外加劑應先調成適當濃度的溶液再摻入拌和。

③混合料應使用機械攪拌,可采用滾筒攪拌機或強制式攪拌機,攪拌時間應不少于 3min每盤;也可采用拌和站拌和,混凝土攪拌運輸車運送至施工現場。

④混合料應按一定厚度、順序和方向分層澆筑,應在下層混合料初凝或重塑前澆筑完成上層混合料。斜面上澆筑混合料時,應從低處開始逐層擴展升高,保持水平分層。

⑤混合料澆筑完成后,應加蓋草氈并灑水養護(24h),保證強度增長,期間應嚴禁車輛行人通行,氣溫在 20～30℃時,一般 3～5d后即可進行下道工序施工。

⑥施工過程中每天至少做 2組試件,監測現場強度,要求28d強度大于0.6MPa。稠度應隨時監測。

5 注意事項

(1)流態水泥粉煤灰混合料水穩性差,因為粉煤灰比重不大,且一般不具有自硬性,其粘接力為 0,故極不耐沖刷。因此,應對外露部分進行封閉加固。

(2)流態水泥粉煤灰混合料凍敏感性強,毛細水上升程度高,粉煤灰隔熱性能良好,但結冰后體積膨脹相當嚴重,這一方面由于自身持水性強,另一方面是因為毛細水上升程度高(一般為 1～1.5m),因此應注意將此層次設置于冰凍深度以下。

(3)當氣溫低于 5℃時,應停止澆筑施工,否則會影響早期強度的形成。

[1] JTJ053-94,《公路工程水泥混凝土試驗規程》[S].

[2] JTJ012-94,《公路工程水泥混凝土路面設計規范》[S].