粉煤灰在混凝土路面的應用分析

游漢宇

摘 要：粉煤灰作為水泥的替代材料，具有降低水化熱，減少膠凝材料成本等特點。摻有粉煤灰的混凝土可否用于路面工程，耐磨性能和耐久性如何，本文根據實際東南亞國家工程實踐活動，通過對比試驗進行分析，為路面混凝土工程使用粉煤灰的規格和摻量提供依據。

關鍵詞：粉煤灰 東南亞國家路面混凝土 耐磨性能

1.引言

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。根據細度由小到大，粉煤灰分為I級，II級和III級，用于混凝土的一般是I級粉煤灰和II級粉煤灰。同強度混凝土，摻有粉煤灰的高性能混凝土具有水化熱低，混凝土和易性好和節約成本等特點。但是也存在耐磨性能差的缺點，在路面混凝土工程應用當中，需要控制粉煤灰摻量。本文以同等條件下調整路面混凝土配合比中粉煤灰的摻量的方式進行試驗，通過實踐論證和分析同一強度不同粉煤灰摻量的混凝土路面耐磨性能差異，選取既能滿足使用要求，又能降低成本的粉煤灰混凝土路面配合比。

2.摻粉煤灰混凝土配合比的選擇

2.1 粉煤灰的選擇

結合工程需要（本工程在印度尼西亞爪洼島），可選擇由廠家PT. HENGDA METAL INDONESIA提供的質量較為穩定的F類粉煤灰，包括I級和II級兩種，其性能指標如表1所示。

兩種粉煤灰的樣品如圖1、2所示。

兩種規格的粉煤灰均能滿足本工程要求（也能滿足一般路面工程要求），但是I級粉煤灰價格較高，所以本次試驗選擇II級F類粉煤灰作為摻合料。

2.2 路面混凝土配合比的要求

根據印尼國家公路工程技術規格書要求，路面混凝土等級為P級，其設計要求如表2所示。

根據印尼規范要求，普通硅酸鹽水泥I型（OPC-I）可使用最大為25%膠凝材料重量的粉煤灰，其他水泥，如硅酸鹽復合水泥、火山灰硅酸鹽水泥等不可摻用粉煤灰。中國標準有類似條款規定，使用道路硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，可摻入適當的粉煤灰，使用其他水泥時，不應摻入粉煤灰。據此，本次試驗用膠凝材料選用普通硅酸鹽水泥（OPC-I）和II級F類粉煤灰。

2.3 試驗配合比選擇及比較

試驗計劃按照膠凝材料總量一致，粉煤灰按照不同比例摻量摻合確定試驗配合比。實際試拌過程中，受混凝土和易性、混凝土強度、水膠比、砂率等多方面因素相互制約影響需要進行調整。最終以28天立方體抗壓強度均為30MPa設計出了5個試驗配合比（其中5#配合比為不摻粉煤灰的對比試驗），如表3所示。

上述試驗配合比與印尼國家公路規范P級混凝土要求有所出入，但是整體強度滿足設計要求，通過與監理單位溝通，可以作為現場實施配合比，具有可操作性。按照原材料單價及用量計算上述5個配合比的成本如下：

1#配合比：材料總價為585884印尼盾，約合人民幣266.31元；

2#配合比：材料總價為592121印尼盾，約合人民幣269.15元；

3#配合比：材料總價為577294印尼盾，約合人民幣262.41元；

4#配合比：材料總價為562422印尼盾，約合人民幣255.65元；

5#配合比（對比試驗配合比）：材料總價為638626印尼盾，約合人民幣290.28元。由此可見，摻入粉煤灰的配合比原材料造價較不摻粉煤灰的配合比原材造價下降了7.2%-11.9%。

3.同條件不同配合比試驗方案

3.1 試驗方案

選擇新建地方道路作為試驗路段，該道路設計寬度為10m，雙向2車道，基底碾壓后回填30cm碎石墊層，面層為混凝土路面，路面混凝土設計厚度15cm。不同車道設置縱縫，縱斷坡度≤3.0%。同一車道每4.5m設置橫向縮縫，每36m設置橫向漲縫。

根據這一情況，選擇同一側車道連續設置5個試驗區，每個試驗區長度為9m。試驗區如圖3所示。

選擇一側車道和相鄰位置設置試驗段，具有過車條件相同和自然環境類似的特點，有利于分析比較。

按照上文所述的1#-5#試驗配合比，對應同一天澆筑1#-5#試驗段，并設置同條件養護試塊，進行強度驗證。

3.2 養護措施

采用苫蓋土工布，并用水車灑水的方法進行路面混凝土養護，養護周期為7天。

3.3 試塊留置措施

每個試驗段（每個實驗配合比）留置3組同條件試塊，分別與第3天、第7天、第28天試壓，用于強度分析。路面耐磨損性能通過計量通過車輛和觀察法，比較不同試驗段的磨損情況。

3.4 試驗結果

3.4.1強度情況

試驗時間為2018年5月5日，按照試驗規范要求，對3d、7d、28d同條件強度試塊試壓，結果如表4。

3.4.2耐久性測試情況

通過實測計算，2018年6月-10月期間，平均每月的車流通過量類似，約為8000車次/月，主要通行車輛分為小型車（全重約2噸-3噸）和大型車（全重25噸-35噸），未考慮摩托車通行數量。

每月末的路面檢查結果如表5。

通過觀測，2#配合比（粉煤灰摻量20%）和3#配合比（粉煤灰摻量30%）均表現出較好的耐磨性能，與5#配合比（對比試驗）基本一致，1#配合比（粉煤灰摻量20%）出現裂縫，4#配合比（粉煤灰摻量40%）較早的出現了起皮磨損情況。

4.結語

通過試驗，膠凝材料中使用F類II級粉煤灰占膠凝材料質量比達到20%-30%的情況下，強度能夠滿足公路工程混凝土路面設計規范要求。同時在5個月的連續觀測中，沒有發現該粉煤灰摻量的路面混凝土有明顯的耐久性損失和磨損。摻有粉煤灰的試驗配合比較同等強度的純水泥配合比價格下降了10%左右。

參考文獻：

[1]印尼公路工程部，GENERAL SPECIFICATIONS TOLL ROAD PROJECT 2017版.

[2]JTG B01-2014.公路工程技術標準.

[3]JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程.

[4]JTG F30-2014.公路水泥混凝土路面施工技術細則.

[5]JTG F80/1-2004 公路工程質量檢驗評定標準.第一冊（土建工程）.

[6]JTJ 073.1-2001.公路水泥混凝土路面養護技術規范.