摘要： 高速公路水泥混凝土路面滑模攤鋪施工對水泥混凝土的路用性能有特殊的要求，混合料既要具有良好的工作性能，又要提高抗折強度。摻入粉煤灰，是提高水泥混凝土性能的有效技術(shù)手段。在常益高速公路路面工程施工過程中，通過相關(guān)試驗和施工實踐，對混凝土摻入粉煤灰的性能進行了研究，確定了粉煤灰的技術(shù)要求、合適的摻量、配合比設(shè)計方法，并提出了改進的措施。
一、室內(nèi)試驗
1. 粉煤灰的技術(shù)要求
粉煤灰是熱電廠的排放場，其堆放不僅占用大量土地，而且污染環(huán)境，但若用于建材，會取得較好經(jīng)濟效益。由于燃燒和回收工藝的不同，粉煤灰的品質(zhì)也有很大差別。
在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，要求達到Ⅱ級以上粉煤灰的技術(shù)要求，并先采用磨細粉煤灰?？捎糜诨炷谅访娴姆勖夯壹夹g(shù)要求及我省幾大電廠所產(chǎn)粉煤灰的技術(shù)試驗數(shù)據(jù)如表1。
表1 混凝土路面用粉煤灰的技術(shù)要求及試驗結(jié)果 粉煤灰 需水量比/% 含水量/% Loss/% SO3/% 細度1/%(45um篩)
石門電廠產(chǎn) 94 0.18 6.14 0.49 2.1
株洲電廠產(chǎn) 100 0.11 4.51 0.44 19.9
湘潭電廠產(chǎn) 100 0.10 4.88 0.11 13.1
要求指標 ≤105 ≤1 ≤8 ≤3 ≤20
Ⅲ級灰各項技術(shù)指標不能滿足路面混凝土的要求，只能用于基層。
2. 粉煤灰的摻量
國內(nèi)外的理論研究表明，硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng)，從而提高強度。在長常高速公路益常段路面施工中，強制規(guī)定每1m3水泥混凝土至少使用360kg水泥。當1m3水泥凝土使用360kg525#普通硅酸鹽水泥、水灰比0.41、砂率37%時，初步確定摻入粉煤灰20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg進行試配，得出結(jié)果是摻入45kg粉煤灰的混凝土綜合性能。此時粉煤灰摻量為水泥用量的12.5%。推薦使用粉煤灰摻量為水泥用量的8%-20%。
3. 粉煤灰水泥砼的配合比設(shè)計
粉煤灰水泥混凝土的配合比設(shè)計根據(jù)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90規(guī)定的超量取代法進行，超量系數(shù)取1.5，由此增加的粉煤灰體積減去同體積的砂。
二、粉煤灰對水泥砼性能的改善
1. 改善工作性能
粉煤灰的摻入，使膠凝材料的總量增加，砼工作性能大幅度改善，更適合路面滑模攤鋪：①粉煤灰水泥混凝土的振動粘度系數(shù)減小，有利于振搗密實；②靜態(tài)坍落度變小，有利于防止塌邊；③膠凝材料的總量增加使攤鋪成型的路面光滑平整；④和易性的改善，減小了攤鋪機前進的阻力，減輕了攤鋪機的工作負荷。
這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微珠對流變學性能的影響所致。在對未摻入粉煤灰的水泥混凝土攤鋪時，為了振動密實，必須提高混凝土的坍落度，這樣的混凝土容易塌邊。如果為了防止塌邊，必須降低混凝土坍落度，這樣又必須加大振搗棒的振動頻率，同時機器前進的阻力增大，加大了機器的工作負荷。加粉煤灰后，這一矛盾得到了協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2. 提高抗折強度
滑模攤銷水泥混凝土使用粉煤灰，能提高抗折強度，尤其是使后期強度大幅度提高。長常高速公路益常段使用水泥用量12.5%的Ⅱ級粉煤灰，12個月的抗折強度超過了7.5MPa。試驗結(jié)果見表2。
表2 粉煤灰混凝土抗折強度隨齡期的增長 Ⅱ級粉煤灰摻量/kg 抗折強度/Mpa
7d 28d 90d 360d后
0 5.96 6.32 6.40 6.55
35 5.60 6.65 6.90 7.35
45 5.51 6.92 7.30 7.65
55 5.40 6.95 7.45 7.98
注：在此試驗中，坍落度3～5cm，碎石粒徑5～30mm，砂細度模數(shù)2.8，砂率37.5%，每1m3混凝土525#水泥用量360kg，摻入高效減水劑和引氣劑。
從表2知，粉煤灰混凝土的28d、90d、360d后的抗折強度比普通混凝土分別提高了5%-10%、8%-16%和12%-22%。粉煤灰的摻量越大，齡期越長，強度提高越大。
3. 改善抗磨性
水泥混凝土路面的抗磨性與強度成線性正比關(guān)系。隨著路面抗折強度的提高，抗磨性也隨之提高。通過對28d齡期的試件進行抗磨性試驗，粉煤灰摻量為水泥用量12.5%粉煤灰混凝土比普通水泥砼的抗磨性提高23%(表3)。 考試大論壇
表3 粉煤灰混凝土抗磨性對比試驗 Ⅱ級粉煤灰摻量/kg 磨耗量/(kg?m-2) 試驗方法
試驗值 技術(shù)要求
0 1.200 ≤3.6 T0527-94
45 0.923
4. 降低泌水率
由于機械配套的限制，國內(nèi)滑模攤鋪路面多采用自卸車運輸混合料，在運輸過程中較嚴重的泌水將會導致混合料工作性能降低，并產(chǎn)生卸料困難，降低工作效率，提高勞動強度。摻入粉煤灰可降低混凝土的泌水率，有利于混凝土的運輸。長常高速公路益常段施工中砼運距最遠達25km，沒有因為運輸過程中的混合料泌水影響施工。長常公路三個路面施工承包人均反應(yīng)益常段路面砼比沒有摻入粉煤灰的長益段容易卸料。
5. 降低水泥水化速度
摻入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝結(jié)時間延長，有利于高溫季節(jié)施工，并有利于遠距離運輸。
一、室內(nèi)試驗
1. 粉煤灰的技術(shù)要求
粉煤灰是熱電廠的排放場，其堆放不僅占用大量土地，而且污染環(huán)境，但若用于建材，會取得較好經(jīng)濟效益。由于燃燒和回收工藝的不同，粉煤灰的品質(zhì)也有很大差別。
在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，要求達到Ⅱ級以上粉煤灰的技術(shù)要求，并先采用磨細粉煤灰?？捎糜诨炷谅访娴姆勖夯壹夹g(shù)要求及我省幾大電廠所產(chǎn)粉煤灰的技術(shù)試驗數(shù)據(jù)如表1。
表1 混凝土路面用粉煤灰的技術(shù)要求及試驗結(jié)果 粉煤灰 需水量比/% 含水量/% Loss/% SO3/% 細度1/%(45um篩)
石門電廠產(chǎn) 94 0.18 6.14 0.49 2.1
株洲電廠產(chǎn) 100 0.11 4.51 0.44 19.9
湘潭電廠產(chǎn) 100 0.10 4.88 0.11 13.1
要求指標 ≤105 ≤1 ≤8 ≤3 ≤20
Ⅲ級灰各項技術(shù)指標不能滿足路面混凝土的要求，只能用于基層。
2. 粉煤灰的摻量
國內(nèi)外的理論研究表明，硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng)，從而提高強度。在長常高速公路益常段路面施工中，強制規(guī)定每1m3水泥混凝土至少使用360kg水泥。當1m3水泥凝土使用360kg525#普通硅酸鹽水泥、水灰比0.41、砂率37%時，初步確定摻入粉煤灰20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg進行試配，得出結(jié)果是摻入45kg粉煤灰的混凝土綜合性能。此時粉煤灰摻量為水泥用量的12.5%。推薦使用粉煤灰摻量為水泥用量的8%-20%。
3. 粉煤灰水泥砼的配合比設(shè)計
粉煤灰水泥混凝土的配合比設(shè)計根據(jù)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90規(guī)定的超量取代法進行，超量系數(shù)取1.5，由此增加的粉煤灰體積減去同體積的砂。
二、粉煤灰對水泥砼性能的改善
1. 改善工作性能
粉煤灰的摻入，使膠凝材料的總量增加，砼工作性能大幅度改善，更適合路面滑模攤鋪：①粉煤灰水泥混凝土的振動粘度系數(shù)減小，有利于振搗密實；②靜態(tài)坍落度變小，有利于防止塌邊；③膠凝材料的總量增加使攤鋪成型的路面光滑平整；④和易性的改善，減小了攤鋪機前進的阻力，減輕了攤鋪機的工作負荷。
這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微珠對流變學性能的影響所致。在對未摻入粉煤灰的水泥混凝土攤鋪時，為了振動密實，必須提高混凝土的坍落度，這樣的混凝土容易塌邊。如果為了防止塌邊，必須降低混凝土坍落度，這樣又必須加大振搗棒的振動頻率，同時機器前進的阻力增大，加大了機器的工作負荷。加粉煤灰后，這一矛盾得到了協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2. 提高抗折強度
滑模攤銷水泥混凝土使用粉煤灰，能提高抗折強度，尤其是使后期強度大幅度提高。長常高速公路益常段使用水泥用量12.5%的Ⅱ級粉煤灰，12個月的抗折強度超過了7.5MPa。試驗結(jié)果見表2。
表2 粉煤灰混凝土抗折強度隨齡期的增長 Ⅱ級粉煤灰摻量/kg 抗折強度/Mpa
7d 28d 90d 360d后
0 5.96 6.32 6.40 6.55
35 5.60 6.65 6.90 7.35
45 5.51 6.92 7.30 7.65
55 5.40 6.95 7.45 7.98
注：在此試驗中，坍落度3～5cm，碎石粒徑5～30mm，砂細度模數(shù)2.8，砂率37.5%，每1m3混凝土525#水泥用量360kg，摻入高效減水劑和引氣劑。
從表2知，粉煤灰混凝土的28d、90d、360d后的抗折強度比普通混凝土分別提高了5%-10%、8%-16%和12%-22%。粉煤灰的摻量越大，齡期越長，強度提高越大。
3. 改善抗磨性
水泥混凝土路面的抗磨性與強度成線性正比關(guān)系。隨著路面抗折強度的提高，抗磨性也隨之提高。通過對28d齡期的試件進行抗磨性試驗，粉煤灰摻量為水泥用量12.5%粉煤灰混凝土比普通水泥砼的抗磨性提高23%(表3)。 考試大論壇
表3 粉煤灰混凝土抗磨性對比試驗 Ⅱ級粉煤灰摻量/kg 磨耗量/(kg?m-2) 試驗方法
試驗值 技術(shù)要求
0 1.200 ≤3.6 T0527-94
45 0.923
4. 降低泌水率
由于機械配套的限制，國內(nèi)滑模攤鋪路面多采用自卸車運輸混合料，在運輸過程中較嚴重的泌水將會導致混合料工作性能降低，并產(chǎn)生卸料困難，降低工作效率，提高勞動強度。摻入粉煤灰可降低混凝土的泌水率，有利于混凝土的運輸。長常高速公路益常段施工中砼運距最遠達25km，沒有因為運輸過程中的混合料泌水影響施工。長常公路三個路面施工承包人均反應(yīng)益常段路面砼比沒有摻入粉煤灰的長益段容易卸料。
5. 降低水泥水化速度
摻入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝結(jié)時間延長，有利于高溫季節(jié)施工，并有利于遠距離運輸。