粉煤灰在高等級(jí)水泥混凝土路面中的應(yīng)用分析

黃凌輝(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心英懷管理處)

粉煤灰在高等級(jí)水泥混凝土路面中的應(yīng)用分析

黃凌輝
(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心英懷管理處)

隨著水泥混凝土路面在高等級(jí)公路中的普及，優(yōu)化水泥混凝土的結(jié)構(gòu)性能就成為提高路面工程質(zhì)量的一種較好的技術(shù)手段。在水泥混凝土路面材料中摻入一定量的粉煤灰可以提高混凝土的使用性能，使其施工和易性可滿足高等級(jí)水泥混凝土路面滑模攤鋪的施工要求，且改善混合料的工作性能。本文將詳細(xì)闡述粉煤灰改善水泥路面的作用機(jī)理、技術(shù)要求和優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)論述粉煤灰應(yīng)用的發(fā)展方向，以使粉煤灰在水泥路面中得到更為廣泛的應(yīng)用。

高等級(jí)公路；水泥混凝土；路面工程；粉煤灰

目前，我國(guó)已在很多高等級(jí)公路的水泥混凝土中使用了粉煤灰，可達(dá)到節(jié)約水泥且回收廢物的目的，這在提高經(jīng)濟(jì)效率的同時(shí)也有利于環(huán)保[1]。因此研究粉煤灰的改善機(jī)理和粉煤灰和應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)水泥混凝土路面的發(fā)展就顯得尤為重要。

1 粉煤灰的改善機(jī)理及意義

粉煤灰通過(guò)填充作用、活性作用、接觸形式改善作用、微集料作用以及改善力學(xué)參數(shù)作用對(duì)水泥混凝土材料的性能進(jìn)行改善[2]。

1.1 粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”

通過(guò)顯微鏡觀察，我們發(fā)現(xiàn)了粉煤灰中有高達(dá) 60%以上的玻璃狀珠體，珠體表面光滑平圓、密實(shí)無(wú)縫。因此。在混凝土中摻入粉煤灰后，將會(huì)與水泥等發(fā)生減水反應(yīng)，增加了混凝土的流變性能，使得混凝土更加的緊密均勻，同時(shí)，也將分解掉水泥水化形成的絮狀體，硬化后的許多功能也將得到大大的改善，值得一提的是，它的潤(rùn)滑作用對(duì)泵送混凝土來(lái)說(shuō)能起到良好輸送作用。

1.2 粉煤灰的“活性效應(yīng)”

由于粉煤灰是天然火山硅質(zhì)材料，因此常常又被人們稱為“火山灰效應(yīng)”。其主要的化學(xué)成份有活性SiO2和Al2O3，可以和Ca（OH）2等堿性物質(zhì)在含有水分的情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣在化學(xué)成分上均屬于膠凝體，對(duì)水泥混凝土能增加其強(qiáng)度，同時(shí)能對(duì)混凝土中的毛細(xì)組織起到堵塞作用，減少與外界的聯(lián)系，從而提高混凝土的抗腐蝕能力。

1.3 粉煤灰的微集料效應(yīng)

在粉煤灰中，微珠和碎屑的相比于其他顆粒來(lái)說(shuō)是非常小的，與水泥并不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，就像活潑納米材料那樣有極高的強(qiáng)度性能，因此，它可以極大地增強(qiáng)混凝土及相關(guān)粉煤灰制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高勻質(zhì)致密性，減小其腐蝕的幾率。

在粉煤灰的三大效應(yīng)中，三種效應(yīng)之間既相互包含，也會(huì)相互補(bǔ)充，使得混凝土的性能會(huì)更加的優(yōu)化。同時(shí)，粉煤灰在很大程度上得到了充分的利用，也為為未來(lái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

2 主要技術(shù)要求

粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90[3]。

2.1 粉煤灰的品質(zhì)

在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，并首選采用磨細(xì)粉煤灰工藝，品質(zhì)要求達(dá)到Ⅱ級(jí)以上粉煤灰的技術(shù)要求。嚴(yán)禁使用濕粉煤灰，因?yàn)樗芙Y(jié)塊成團(tuán)且攪拌不開(kāi)或不均勻。Ⅲ級(jí)粉煤灰各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不能滿足路面混凝土施工工藝和抗折性能要求，目前只能在基層中得到應(yīng)用。

1.2 粉煤灰的摻量

試驗(yàn)研究表明：水泥混凝土路面中如果使用普通硅酸鹽水泥，則推薦的粉煤灰摻量—般應(yīng)在30%左右，如果摻量大于30%，硅酸鹽水泥中釋放出的Ca(OH)2及其CaSO4最多只能與28%左右的粉煤灰發(fā)生水化反應(yīng)，因此并不是采用高摻量粉煤灰就能得到高性能的水泥混凝土，摻粉煤灰應(yīng)在保證路面混凝土各項(xiàng)性能的要求下進(jìn)行。

1.3 粉煤灰水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)混合料不能大于一定范圍的原理，粉煤灰水泥混凝土路面配合比設(shè)計(jì)方法使用的是折減系數(shù)法，減少砂的用量而用粉煤灰取代。I級(jí)灰使用1.3的折減系數(shù)；Ⅱ級(jí)灰采用1.5。根據(jù)規(guī)定，水泥混凝土路面中使用的水泥用量最小值就限制了粉煤灰的最大用量不得大于100kg/m3；而如果在水泥混凝土路面工程中使用引氣劑時(shí)，則要求在達(dá)到相同含氣量的引氣劑摻量條件下，要成倍增大使用粉煤灰[4]。

3 粉煤灰應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

改善施工性能。在水泥混凝土中加入粉煤灰后，會(huì)使得膠疑材料所占的比重增大，路面看上去更加平整光滑，同時(shí)由于粉煤灰水泥混凝土的振動(dòng)粘度系數(shù)較小，可大為改善以滑模攤鋪為施工方法的施工和易性。

提高后期抗折強(qiáng)度和抗磨性。粉煤灰的摻量越大，齡期越長(zhǎng)，抗折強(qiáng)度提升越多。

降低水化速度。摻入粉煤灰后，其減少了水泥與水的接觸面積，使得水泥水化速度得到降低，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，這非常有利于夏天高溫施工。同時(shí)，它能降低混凝土的泌水性，延長(zhǎng)了混凝土的運(yùn)輸距離[5]。

3.2 缺點(diǎn)

其一，摻入粉煤灰使得膠凝材料總量偏多，并且由于其比表面積較大，在夏季大風(fēng)天氣下水分極易蒸發(fā)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此在施工中要采取—定的手段加以有效控制，例如可在攤鋪成型的砼路面拉毛噴灑養(yǎng)護(hù)劑后，馬上用土工布覆蓋，避免烈日的照射，降低蒸發(fā)率，并在土工布上灑水，保持濕潤(rùn)，補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。其二，粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較普通混凝土來(lái)說(shuō)是相對(duì)較低的，其養(yǎng)護(hù)條件要求更高。—般混凝土路面養(yǎng)護(hù)7-10d,粉煤灰水泥混凝土路面就必須養(yǎng)護(hù)10-15d以上。

4 粉煤灰未來(lái)發(fā)展方向

將粉煤灰穩(wěn)定土作為路基填料，該方法使用較早且效果較好，使用成本低、路基質(zhì)量高。

自密實(shí)粉煤灰混凝土，在混凝土的制作過(guò)程中即加入粉煤灰，在較少對(duì)水泥需求的同時(shí)，對(duì)粉煤灰進(jìn)行了充分的利用?？娠@著降低施工噪音和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的蜂窩、麻面等缺陷。

流態(tài)粉煤灰在臺(tái)背回填與基坑中的利用。由于流態(tài)粉煤灰具有強(qiáng)度高、質(zhì)地較輕的特點(diǎn)，僅僅只需依靠其自身的流動(dòng)性就能進(jìn)行密實(shí)，可以有效地減少工后沉降，這可用于結(jié)構(gòu)物基坑及臺(tái)背回填。

5 結(jié)論

綜上所述，適當(dāng)?shù)負(fù)饺胍欢康姆勖夯以谒嗷炷林校茉谝欢ǔ潭壬咸岣呋炷恋墓ぷ餍阅芎徒档褪┕るy度，泌水率和水泥水化速度得到大幅度的降低，對(duì)于滑模攤鋪施工來(lái)說(shuō)是非常有利的；同時(shí)，也能提高路面的抗折強(qiáng)度和抗磨性能，提升高等級(jí)公路工程質(zhì)量且有利于環(huán)保，有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。即使加入粉煤灰可能導(dǎo)致一定的缺陷，如干縮性大，也降低了混凝土的早期強(qiáng)度，但通過(guò)一定的措施可以解決上述問(wèn)題，并不妨礙粉煤灰在路面混凝土中的大規(guī)模使用。

[1]李田，劉西拉．混凝土耐久性分析與設(shè)計(jì) [ M ]． 北京 ：科學(xué)出版社.1999．

[2]王玲，田穩(wěn)荃，焦曉輝.災(zāi)后冰鹽侵蝕破壞機(jī)理及防治措施研究[J]．低溫建筑技術(shù)，2001，(2)：20-23．

[3]鄧初首．粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)的解讀與灰質(zhì)評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的分析[J]．混凝土，2004，(1)：27—29．

[4]沈旦申．粉煤灰混凝土[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社.1989．

[5]楊紹林，田加才，田麗.《新編混凝土配合比實(shí)用手冊(cè)》.中國(guó)建筑行業(yè)出版社,2002.

[6]混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)新進(jìn)展，中國(guó)建筑學(xué)會(huì)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

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