活性摻合料對路面水泥混凝土性能的影響和應(yīng)用研究

1、公路2005年11月第11期HIGHWAYNov12005No111文章編號:0451-0712(2005)11-0187-05中圖分類號:U414.180.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A活性摻合料對路面水泥混凝土性能的影響和應(yīng)用研究曹長偉1,凌建明1,張文獻(xiàn)2(11同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海市200092;21東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院沈陽市110004)摘要:針對粉煤灰和硅粉活性摻合料對路面水泥混凝土性能影響進(jìn)行了研究。采用正交法設(shè)計(jì)了10種混凝土配合比,對在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d的各配比混凝土試件進(jìn)行了抗折強(qiáng)度、斷塊抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B透性能和抗凍融性能的測試,并通過回歸方法建立了各指標(biāo)與配合

2、比的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明,通過添加適量的粉煤灰和硅粉,可以在不降低混凝土強(qiáng)度基礎(chǔ)上有效地提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性能,并改善其抗凍融性能。同時(shí),、經(jīng)濟(jì)比較及現(xiàn)場驗(yàn)證,得出適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的最佳配合比。關(guān)鍵詞:水泥混凝土;粉煤灰;硅粉;抗折強(qiáng)度;隨著我國能源需求激增,致粉煤灰排放量逐年銳增。,果。視,。而路面混凝,其耐久性問題日益突出。已有研究表明13,用粉煤灰取代了部分水泥,將改善混凝土路面的抗凍性和抗?jié)B性,同時(shí),為了不影響交通及早開放,可添加適量硅粉提高其早期強(qiáng)度。雙鴨山市作為我國重要的能源基地,其煤炭和粉煤灰的產(chǎn)量很大,占用大量農(nóng)田。關(guān)于粉煤灰的合理利用及相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)一直是雙鴨山市政府

3、非常關(guān)心的問題之一。本文針對雙鴨山市目前的現(xiàn),下養(yǎng)護(hù)28d的抗折強(qiáng)度、斷塊抗壓強(qiáng)度、抗凍融性能及抗?jié)B性能,綜合比較了混凝土各項(xiàng)指標(biāo)性能及造價(jià),再現(xiàn)場驗(yàn)證抗折強(qiáng)度,提出滿足當(dāng)?shù)匾蟮?、合理的最佳配合?為粉煤灰利用及粉煤灰混凝土在路面應(yīng)用提供借鑒和指導(dǎo)意義。1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)111試驗(yàn)材料(1)粉煤灰。采用沈海熱電廠的 級粉煤灰,其成分如表1。粉煤灰燒失量為1124%(<5%),符合標(biāo)準(zhǔn)用%富水量比103表1粉煤灰主要成分SiO255101Al2O328150Fe2O38105CaO2139MgO2119SO30179K2O1171燒失量1124比表面(m2 kg)540(GB1596-91)

4、要求。于水泥和混凝土中的粉煤灰(2)硅粉。表2硅粉主要成分SiO286199Al2O33120Fe2O31160CaO0152MgO1141SO31137%燒失量3169采用青海山川鐵合金股份公司生產(chǎn)的硅粉,其成分見表2。SiO2含量為86199%,符合規(guī)范86%90%的要求。(3)水泥。收稿日期:2005-04-18大連小野田水泥廠產(chǎn)4215(R)華日牌普通硅酸鹽水泥。公路2005年第11期188(4)砂。沈陽渾河河砂,其細(xì)度模數(shù)219,屬 區(qū)中砂,含泥率為018%,符合標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(JGJ52-1992)要求。及檢驗(yàn)方法(5)碎石?？导焉绞覐S的石灰?guī)r,符合粒徑為530mm連

5、續(xù)級配要求,壓碎值為417%(<10%),含泥量為0189%(<1%),符合標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土用碎石或卵(JGJ53-1992)要求。石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法(6)水:自來水。112材料配比方案本試驗(yàn)采用正交法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。粉煤灰取代率為25%35%,間隔為5%,且超量取代水泥,其增大系數(shù)取1124。硅粉摻入率分別為6%、7%和8%,對超量部分粉煤灰和添加的硅粉減少相同質(zhì)量的砂,共計(jì)10組配合比,見表3。表3混凝土配比編號0123456789水膠比水泥014501450145014501440144014401440144380285285285266266266247(kg 混凝

6、土各種材料用量 m3)砂540498494491494490487石133013301330133013301330111330粉煤灰0114114114137160160硅粉0232730232730水1721017916179161791617910179179101801117819178110252530303535350678678678粉煤灰取代率 %硅粉添加率 %113試件尺寸與數(shù)量如下:抗折試件3個(gè),其尺寸為150mm×150mm×550mm;凍融試件3個(gè),其尺寸為100mm×100mm×400mm;滲透試件6個(gè),試件為頂面直徑175mm

7、、底面直徑185mm、高150mm圓臺體。試件成型后在室內(nèi)20±5靜置1d,然后拆模編號,放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室,溫度20±3,相對濕度90%以上,養(yǎng)護(hù)28d。測試試樣的抗折強(qiáng)度和斷塊抗壓強(qiáng)度、滲透性能和抗凍性能?，F(xiàn)場試驗(yàn)地點(diǎn):雙鴨山市依蘭寶清公路段,僅做抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。2試驗(yàn)結(jié)果與分析211抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度灰取代率為25%而硅粉摻入率為7%和8%時(shí),混凝土抗折強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土,即使硅粉摻入率為6%,其抗折強(qiáng)度也接近于基準(zhǔn)混凝土,也能滿足抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。當(dāng)粉煤灰取代率為30%和35%時(shí),其抗折強(qiáng)度下降,不能滿足混凝土設(shè)計(jì)要求。而抗壓強(qiáng)度在摻入粉煤灰和硅粉后顯著提高,由圖2和圖4

8、可知,在粉煤灰取代率為25%和30%時(shí),其抗壓強(qiáng)度均高于或接近于基準(zhǔn)混凝土。圖1抗折強(qiáng)度與粉煤灰取代率之間關(guān)系路面水泥混凝土力學(xué)性能主要以抗折強(qiáng)度為主要控制指標(biāo),并參考抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)各配比混凝土28d的抗折強(qiáng)度及斷塊抗壓強(qiáng)度見圖1圖4,其中基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度為6133MPa,斷塊平均抗壓強(qiáng)度為44174MPa。由圖1和圖3可以看出,當(dāng)粉煤同時(shí)由圖1和圖2可知,當(dāng)硅粉摻入率一定時(shí),混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨粉煤灰取代率增大而降低。根據(jù)其數(shù)據(jù)回歸了混凝土抗折強(qiáng)度和斷塊抗壓強(qiáng)度與粉煤灰取代率之間關(guān)系模型。硅粉摻入率為6%:2005年第11期曹長偉等:活性摻合料對路面水泥混凝土性能的影響和應(yīng)用研究

9、189式中:Rb為混凝土抗折強(qiáng)度,MPa;R為斷塊抗壓強(qiáng)度,MPa;f為粉煤灰取代率,%。由圖3和圖4而知,當(dāng)粉煤灰取代率一定時(shí),混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨硅粉摻入率增大而提高,且呈線性增加,這說明硅粉能夠提高混凝土早期強(qiáng)度,有利于及早開放交通。并根據(jù)圖3和圖4數(shù)據(jù)回歸其關(guān)系模型。粉煤灰取代25%水泥:(R2=0191)Rb=0153s+2169R=0198s+42138圖2斷塊抗壓強(qiáng)度與粉煤灰取代率之間關(guān)系(R2=0175)(R2=0197)(R2=0170)(R2=0193)(R2=0175)粉煤灰取代30%水泥:Rb=0133s+2184R=1103s+36174粉煤灰取代35%水泥:

10、Rb=31s+21R=s圖3抗折強(qiáng)度與硅粉摻入率之間關(guān)系:,;其余同上。2(JTJ053公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程-94)5規(guī)定,每組試驗(yàn)制作6個(gè)抗?jié)B試樣,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后,分別用水泥和黃油密封4周,置于抗?jié)B儀上,從011MPa開始加壓,每8h加011MPa,抗?jié)B標(biāo)號:S=10H-1式中:S為混凝土的抗?jié)B標(biāo)號;H為第三個(gè)試件頂面開始有滲水時(shí)的水壓力,MPa。由圖5可看出,混凝土在粉煤灰取代率為25%35%,硅粉摻入率為6%8%時(shí),能夠顯著提圖4抗壓強(qiáng)度與硅粉摻入率之間關(guān)系Rb=651333f-551867f+151692(R2=01986)R=533133f-400f+1141872高混凝土抗

11、滲透性能。且其抗?jié)B透性能隨著粉煤灰取代率增大而降低,隨硅粉摻入率增加而增大。說明摻入粉煤灰和硅粉能夠顯著提高混凝土密實(shí)性能,故能提高混凝土抗?jié)B透性能。(R2=01958)硅粉摻入率為7%:2Rb=152f-111167f+241953(R2=01993)R=466167f-362167f+1101932(R2=01866)硅粉摻入率為8%:2Rb=140f-105f+241367R=393133f-321f+1051832(R2=01994)(R2=01927)圖5滲透性能與粉煤灰取代率之間關(guān)系213抗凍性能混凝土的抗凍試驗(yàn)采用快凍法,試驗(yàn)設(shè)備為日公路2005年第11期190本產(chǎn)全自動快速凍融

12、試驗(yàn)機(jī),混凝土中心凍融溫度為-17±26±2,一個(gè)凍融循環(huán)時(shí)間為34h?；炷羶鋈谄茐牡目刂浦笜?biāo)取質(zhì)量損失率,比較各配比混凝土試樣在相同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的質(zhì)量損失情況。試驗(yàn)方法按公路工程水泥混凝土(JTJ053-94)5進(jìn)行。因試驗(yàn)條件限制,試驗(yàn)規(guī)程實(shí)驗(yàn)室僅考慮了硅粉摻入率為7%的混凝土抗凍融性能。試樣分別測試了25次、50次、75次和100次凍融循環(huán)的質(zhì)量損失率,試驗(yàn)結(jié)果見圖6。取代率25%、硅粉摻入率7%和8%的兩種配合比。215經(jīng)濟(jì)效益分析和施工工藝3基準(zhǔn)混凝土材料價(jià)格為181109元 m。粉煤灰取代率25%、硅粉摻入率7%的混凝土材料價(jià)格為3169186元 m,減

13、少了11123元,造價(jià)降低了612%。粉煤灰取代率25%、硅粉摻入率8%的混凝土的材料3價(jià)格是172186元 m,造價(jià)降低415%。綜合比較,本文推薦粉煤灰取代率25%、硅粉摻入率7%的混凝土配3合比,即各材料用量如下:W=17916kg m,333C=285kg m,S=494kg m,G=1330kg m,33F=114kg m,SF=27kg m。與普通水泥混凝土路面的施工工藝相比較,摻加粉煤灰和硅粉的混凝土路面,其施工工藝應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。(1)圖6抗凍性能與粉煤灰取代率之間的關(guān)系由圖6可知,摻入粉煤灰和硅粉混凝土,取代率為25%時(shí),煤灰取代率不小于30%,需考。214現(xiàn)場試驗(yàn)選用4

14、種配合比,分別是基準(zhǔn)混凝土及粉煤灰取代率為25%、30%和35%的混凝土,并加入7%的硅粉。因現(xiàn)場條件限制,僅比較抗折強(qiáng)度,測試結(jié)果如圖7。,:粉煤灰硅粉。振搗時(shí)間縮短。因粉煤灰和硅粉形態(tài)為滾珠狀,混合料間的摩擦力減小,易于成型,摻粉煤灰和硅粉混凝土的振搗時(shí)間應(yīng)較不摻時(shí)的振搗時(shí)間縮短1020s。(3)養(yǎng)生時(shí)間延長。由于粉煤灰的水化反應(yīng)要遲于水泥的水化反應(yīng),混凝土中摻入粉煤灰使早期強(qiáng)度降低,特別是在夏季大風(fēng)天氣情況下極易產(chǎn)生塑性收縮裂紋,所以要加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù),增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間,應(yīng)比一般混凝土路面養(yǎng)護(hù)期增加57d。3結(jié)論(1)混凝土抗折強(qiáng)度和斷塊抗壓強(qiáng)度隨著粉煤圖7現(xiàn)場試驗(yàn)抗折強(qiáng)度比較灰取代率的增大而降

15、低。(2)粉煤灰取代一定比例水泥時(shí),混凝土抗折強(qiáng)度和斷塊抗壓強(qiáng)度隨硅粉摻入率(6%8%)的增加而呈線性增大。(3)添加硅粉和粉煤灰能顯著增強(qiáng)混凝土抗?jié)B性能。粉煤灰取代率為25%35%、硅粉摻入率為6%、7%和8%時(shí),混凝土的抗?jié)B性能均好于基準(zhǔn)混凝土。(4)硅粉摻入率一定時(shí),混凝土抗凍融性能隨粉煤灰取代率增大而降低,但粉煤灰取代率25%時(shí),其抗動融性能比基準(zhǔn)混凝土高。3(5)推薦如下配合比:W=17916kg m,C=333285kg m,S=494kg m,G=1330kg m,F=由圖7可知,硅粉摻入率7%、粉煤灰取代率25%的混凝土抗折強(qiáng)度明顯增加,比基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度提高12%,而粉煤灰取代

16、率30%和35%的混凝土,其抗折強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土,不能滿足工程需要。故粉煤灰取代率25%、硅粉摻入率7%的配合比能夠滿足設(shè)計(jì)要求。由于粉煤灰取代率一定量時(shí),硅粉摻入率增加,混凝土抗折強(qiáng)度增加,故本文推薦粉煤灰2005年第11期曹長偉等:活性摻合料對路面水泥混凝土性能的影響和應(yīng)用研究33114kg m,SF=27kg m;其抗折強(qiáng)度為6154MPa(>510MPa),抗壓強(qiáng)度為49143MPa(>40MPa),191參考文獻(xiàn):1RettnerDL1MinnesotaDepartmentofTransportationInvestigationoftheUseofHighVolume

17、sofClassCFlyashinPortlandCementConcretePavementtoIn2creaseStrengthandReducePermeabilityR1TRB82ndAnnualMeeting(CDROM),200312覃理利1 級粉煤灰混凝土抗凍融性能J1中國煤滿足設(shè)計(jì)要求;也大于基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度6133MPa及抗壓強(qiáng)度44172MPa;其抗凍融性能優(yōu)于基準(zhǔn)混凝土,100次凍融循環(huán)其質(zhì)量損失率為01174%,小于基準(zhǔn)混凝土的質(zhì)量損失率01265%;其抗?jié)B性能較基準(zhǔn)混凝土優(yōu)良,其抗?jié)B標(biāo)號為52,明顯高于基準(zhǔn)混凝土抗?jié)B標(biāo)號45;其材料價(jià)格較基準(zhǔn)混凝土節(jié)約了612%。

18、(6)粉煤灰在公路工程中的合理開發(fā)利用,既能提高混凝土路面的強(qiáng)度和抗?jié)B性能、改善其抗凍性能,又能降低工程造價(jià),具有廣闊的應(yīng)用前景。炭,200313李書惠1路面混凝土添加粉煤灰的試驗(yàn)和應(yīng)用J1粉煤灰綜合利用,2003,(6)14朱清江1高強(qiáng)高性能混凝土研制與應(yīng)用M1中國建材工業(yè)出版社,199915JTJ053-94,公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程S1ApplicationResearchandInfluenceonPerformancesofCementfor12CAOChang-wei,LIN-mGWen-xian(1.KeyLaboratoryofRoadon,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.of,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China)ofactivemixtures,includingflyashandsiliconfumesontheperformancesofcementconcreteforpavementismainlyresearchedinthepaper110sortsofmixtureratioofconcretearedesignedbytheorthogonalmethod1Thesamplesaremaintainedfor28daysinthestand