碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物工作性能试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 0期 (总 第 2 6 4 期 ) Nu mb e r 1 0i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 4 0 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物工作性能试验研究 石保全 。刘文立 ( 1 河南高速公路发展有限责任公司，河南 郑州 4 5 0 0 1 6 ；2 郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要： 对碾压钢纤维粉煤灰混凝土的性能进行了试验研究， 侧重分析了钢纤维掺量和粉煤灰掺法及掺量对碾压钢纤维粉煤灰混凝土工 作性能的影响。 试验结果表明， 随钢纤维掺量和粉煤灰掺量的增加， 碾压钢纤维粉煤灰混凝土的工作度较基体混凝土大、 密实性优于基体 混凝土， 大多数钢纤维在与振动及压重方向垂直的平面上呈二维乱向分布， 其路用性能较常态钢纤维混凝土好。 关键词： 钢纤维混凝土；碾压；粉煤灰；工作性；路用性能 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 I 1 9 0 2 E xpe r i m e nt al r e s ea r c h on t he w or k a bi l it y o f Rol l e r c ompa c t e d s t ee l f i ber r e i n f or c ed f l y as h c on c r e t e SH1Ba o qu a rt LI U W e n fi ( 1 He n a n E x p r e s s wa y D e v e l o p me n t C o ， L t d ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 6 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y andE n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o uUn i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ba s e d o n t h e t e s t r e s u l t s o f r o l l e r c o mp a c t e d s t e e l fib e r r e i nf o r c e d f l y a s h c o n c r e t e ， T h e ma i n i n flu e n c e o f s t e e l fi be r a n d fly a s h t o t he wo r k a b i l i t y o f r o l l e r c o mp a c t e d s t e e l fi b e r r e i n f o r c e dfl y a s h c o n c r e t e a r e d i s c u s s e d a n d ana l y z e d T h e t e s t r e s u l t s s h o wt h a t ： t h e w o r k a b i l i t y a n d d e n s i ty o f r o l l e r c o mp a c t e d s t e e l fi b e r r e i n f o r c e dfl ya s hc o n c r e t e， a r ei n c r e a s e dwi t ht h ea d d i t i o no f s t e e l fi be r o r fl ya s h Th e s t e e l fi b e r s a l mo s t c a nb e u n i f o r ml y d i s t r i b ut e di nt h ec o n c r e t ep l an e a s t h ev e r t i c a l r ol l e r c o mp a c t e df o r c e ， s u c ht h er o a da p plying pe r f o r ma n c ei s d i s t i n c t l ys u p e r i o r t ot h e no rm a l c o n c r e t e Key w o r ds ： s t e e l fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； r o l l e r c o mp a c t ； fly a s h； wo r ka b i l it y； r o a d a p p l y i n g p e r f o rm an c e 0 引言 碾压混凝土是无坍落度的超干硬性混凝土， 其配合比中水 泥用量较少 ， 须加入一定量的粉煤灰等细粉料来替代水泥， 从而 降低水化热并充分填充集料的孔隙， 使混凝土具有较高的密实 性。 碾压钢纤维混凝土具有碾压混凝土节省材料、 施工快捷 、 投 资少的优点， 同时又兼有钢纤维混凝土抗折强度高、 耐磨性高、 韧性大等优点 ， 因而是一种具有潜在优势的新型路面材料_1 。 钢纤维碾压粉煤灰混凝土力学性能已有相应研究 ， 但对碾 压钢纤维粉煤灰混凝土工作性能的研究还少见报道。 本试验根 据碾压钢纤维粉煤灰混凝土试验， 侧重分析了钢纤维掺量和粉 煤灰掺法及掺量对碾压钢纤维粉煤灰混凝土工作性能的影响。 1 试 验 概 况 ( 1 ) 试验原材料。 水泥为 P O 3 2 5 级水泥； 细骨料为细度模 数 2 6的洁净河砂； 粗骨料为最大粒径为 2 0 mm的连续级配石 英岩碎石； 粉煤灰为某热电厂的 I 、 I I 级粉煤灰 ， 性能符合要求； 钢纤维为微扭型切削短钢纤维， 长径比8 4 ， 力学性能满足要求 ； 外加剂为木质素黄酸钙减水剂。 ( 2 ) 混凝土基准配合比。 试验混凝土基准配合比见表 1 。 ( 3 ) 粉煤灰掺法及掺量。 粉煤灰掺法分等量替代( 粉煤灰作为 胶凝材料等量替代水泥， 即超量系数取为 K = I 0 ) 和超量替代( 粉煤 灰的掺入量大于水泥的减少量， 本试验超量系数取为K = I 5 ) N 0 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 4 1 4 基金项目：河南省创新人才培养基金项 目( 0 7 4 1 0 0 5 1 0 0 2 1 ) 表 1 混凝基准配合 比 两种掺法中， 以基准配合比时的水泥量为准 ， 粉煤灰对水 泥的替代量分别为p 0 、 1 0 、 1 5 、 2 0 、 3 0 、 4 0 。 ( 4 ) 钢纤维掺量。 钢纤维的体积率分别为 m = O 、 0 5 、 O 8 、 1 O 、 1 2 、 1 5 。 ( 5 ) 主要测试内容。 试件在振动台上加压成型， 符合 水工 碾压混凝土试验规程 _3 J。 主要测试内容有： 混凝土拌合物工作度、 湿密度、 立方体抗压 强度、 劈拉强度、 抗折强度、 抗折弹模及荷载一 最大挠度曲线等。 2 试验成果 基于试验成果， 本文侧重于碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合 物工作性能的分析研究。 2 1 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物工作度 工作度是混凝土施工性能的一个控制指标。 对于超干硬性 的碾压混凝土拌合物， 由于其坍落度为零， 故本试验采用稠度 ( 。 ) 来评价其工作性能。 ( 1 ) 粉煤灰对碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物工作度的影 响。 试验结果如图 1 所示， 可得 ： 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌 合的工作度随粉煤灰掺量的增加而增大。 当粉煤灰掺量超过 l 1 9 P ， 图 1 粉煤灰对拌合物工作度的影 响 2 0 以上时， 其工作度 值的增加幅度明显加大。 粉煤灰超量 替代时的工作度较等量替代时的工作度为大， 但在粉煤灰掺量 2 0 以内时， 增加幅度较小。 ( 2 ) 钢纤维掺量对碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物工作度 的影响。 试验结果如图 2所示， 由此可知 ： 碾压钢纤维粉煤灰 混凝土拌和的丁作度， 在其他条件不变的情况下 ， 随钢纤维掺 量的增加而增大。 随钢纤维掺量的增加， 碾压钢纤维粉煤灰混 凝土拌和工作度增大的幅度加大。 当钢纤维掺量超过 1 2 时， T作度的增加幅度明显加大。 P 图 2 钢纤维对拌合物 工作度 的影响 ( 3 ) 工作度结果分析。 从以上粉煤灰及钢纤维掺量对碾压 钢纤维粉煤灰混凝土拌和工作度的影响规律， 分析其原因如下： 粉煤灰掺量对工作度的影响与粉煤灰品质等级的不同有关， 对于一般常用的I I 级或原状粉煤灰来讲， 其需水量比水泥的需 水量大。 这样在胶凝材料及用水量不变的情况下， 粉煤灰掺量越 大， 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的工作度就会随之增大； 如果 采用较细的 I 级粉煤灰 ， 因其需水量较水泥需水量小， 则拌和工 作度的变化就与本试验结果有异。 但考虑到原材料的成本 ， 在 工作度能满足实际工程需要的范同内， 建议尽量采用 I I 级或原 状粉煤灰。 钢纤维掺量对碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和工作 度的影响规律与在常态混凝土中基本一致， 都是因为所掺入的 钢纤维表面积需一定的水而导致工作度增大。 碾压钢纤维粉 煤灰 昆 凝土由于同时掺有粉煤灰和钢纤维 ， 其拌和的丁作度增 加程度较单掺人其中一种时为大。 这样， 为了保证适宜的工作度， 应限制粉煤灰和钢纤维的掺量都不能过大。 在本试验情况下， 限制粉煤灰掺量不超过 2 0 的胶凝材料总量， 限制钢纤维掺量 不超过 1 2 的体积率。 2 2 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合物密实性 对碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌合进行湿密度测试， 以检验 拌和的密实性。 ( 1 ) 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的密实性较常态混凝土 好。 由于粉煤灰的掺入， 有利于水泥微细料和细料产生相对运动， 加速水泥浆体的凝聚和液化， 同时由于碾压成型时的振动及压 重块共同作用， 也使各原料间的相对运动和互相浸透能力加大， 拌和的密实度就增大， 也即密实性较常态混凝土好。 本次试验中 1 2O 拌和的湿密度均超过 2 5 0 0 k g m3 。 ( 2 ) 粉煤灰超量替代时的密实度较等量替代时为大， 本试验 中当粉煤灰掺量为 1 5 时， 等量替代组的湿密度为 2 5 7 0 k g m ， 而超量取代组的湿密度为 2 5 9 0 k g m ( 超量系数 K = I 5 ) 。 主要 原因是粉煤灰的超量部分作为细集料更利于填充细料间的微 小孔隙。 ( 3 ) 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的密实度随粉煤灰掺量 的增加而有所提高。 由图 3知， 在钢纤维掺量一定的情况下， 随 粉煤灰掺量的增加 ， 其拌和的湿密度有所增大。 喜 餐 P 图 3 粉煤灰掺量对拌合物湿密度的变化 ( 4 ) 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的密实度随钢纤维掺量 的增加而有所提高。 由图 4 知 ， 在粉煤灰掺量一定， 并能满足1 - 作度要求的情况下 ， 随钢纤维掺量的增大， 其拌和的湿密度也 有所增大。 鬻 0 5 0 7 09 【 1 I 3 1 5 P ， 图 4 钢纤维掺量对拌合物湿密度的变化 2 3 钢纤维在碾压钢纤维粉煤灰混凝 土拌合物 中的 分 布规律 为得到钢纤维在拌和中的分布规律， 对成型3 d 后的 1 5 0 mm x 1 5 0 m mx l 5 0 mm的立方体试件进行切片试验 ， 统计观察钢纤维 在 3个不同方向的分布情况。 可发现钢纤维的分布有如下规律： ( 1 ) 大多数钢纤维在与振动及压重方向垂直的平面上呈二 维乱向分布， 少部分钢纤维呈三维乱向分布。 ( 2 ) 在成型试件的顶面及底面部分， 钢纤维分布较密集， 且也 垂直于加压方向， 主要是由于底模及顶面压板的限制， 使钢纤维在 试件成型过程中， 在靠近底、 顶的一定范围内， 只能平行分布。 以上钢纤维在拌和中的分布规律表明， 将碾压钢纤维粉煤 灰混凝土应用于路面工程中时， 由于钢纤维将大部分在水平面 上呈二维乱向分布， 对提高路面的抗折及抗裂能力会有明显效 果， 同时能较大程度地发挥钢纤维的效用。 3结语 ( 1 ) 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的工作度随粉煤灰掺量及 钢纤维掺量的增加而增大。 为了保证适宜施工的工作度， 在配合 比设计中应适当加大胶凝材料用量和用水量 ， 并尽量选择磨细粉 煤灰和长径 比较大的钢纤维品种。 本试验结果对配合比限制如 下： 胶凝材料总量不小于 3 6 0k g m。 ， 用水量不小于 1 6 0 k g m3 ， 粉 煤灰掺量不大于 2 0 的胶凝材料总量 ， 钢纤维掺量不大于 1 5 的体积率。 同时要使用减水剂等外加剂。 ( 2 ) 碾压钢纤维粉煤灰混凝土拌和的湿密度较常态混凝土 大， 说明其密实度高 ， 相应地其抗冻性和抗渗性等耐久性较常 下转第 1 2 6页 试验表明， 随着钢纤维掺量增加， 混凝土的抗折强度、 抗压强 度 、 抗冻性提高， 但流动l生 逐渐降低， 混凝土成型越来越困难。 3 6高效减水剂掺量 本试验采用高浓型奈系高效减水剂、 固态聚羧酸系高效减 水剂、 液态聚羧酸系高效减水剂进行混凝土性能对比试验， 掺量 取 O 3 2 。 在混凝土性能指标接近的情况下， 优选价格相对便 宜的高效减水剂。 4结论及 建议 通过以上原材料及其掺量的多次对比试验研究， 结果表明， 利用当地的P O 5 2 5级水泥， 掺入适量的硅灰 、 磨细矿渣( 甚至 不掺矿渣) 、 高效减水剂和钢纤维， 控制好砂胶比， 拌和时间比 常规混凝土延长 2 4 0 3 6 0 S ， 通过蒸汽养护甚至仅在标准养护条 件下， 可以配制出抗压强度不低于 1 3 0 MP a的混凝土。 同时， 提出以下意见和建议供同行参考。 ( 1 ) 将细石英砂与粗石英砂按照适当比例混合 、 采用混凝 土常规成型方式( 未采取加压成型 ) 、 仅在标准养护条件下( 或 辅以适当蒸汽养护) 生产的抗压强度不低于 1 3 0 MP a的混凝土， 比完全采用粒径不超过 1 mm的细砂配制的抗压强度不低于 1 3 0 MP a的 R P C经济。 如果在加压成型、高温蒸汽养护或热养 护条件下， 利用前种方法配制的 R P C的早期强度提高更多。 ( 2 ) R P C使用的原材料种类多、 要求高， 工程应用的时间 短 ， 施工经验不多。 对于施工现场使用的小型构件， 或在施工现 场缺乏严格的生产条件和养护环境时， 建议在预制厂生产。 现场 生产和安装 R P C构件时， 宜在从事过 R P C材料试验、 设计、 施 工或监理工作的技术人员的指导下进行， 以确保 R P C构件的生 产和安装质量。 ( 3 ) “ 十二五” 期间， 我国将建成“ 四纵四横” 铁路客运专线 和基本建成快速铁路网， 营运里程达到 4 5万 k m ， 铁路人行道 盖板和挡板的需求量巨大。 但采用 R P C材料， 价格是普通混凝 土的 6 1 0倍左右。 是否有其他价格低廉 、 技术性能达标 、 施工 更方便的替代材料 ， 建议着手研究。 ( 4 ) R P C材料具有普通混凝土、 高强混凝土不具备的超高 上接第 1 2 O页 态混凝土有所提高。 ( 3 ) 钢纤维在碾压钢纤维粉煤灰混凝土中较在常态混凝土 中更容易均匀分布， 且大多数钢纤维在垂直于振动方向的平面 上呈二维乱向分布。 表明如将碾压钢纤维粉煤灰混凝土应用于 路面工程中， 能较大程度地发挥钢纤维的效用 ， 对提高路面的 抗折及抗裂能力效果明显。 参考文献 ： 1 】韩菊红， 崔岩 碾压钢纤维混凝土试验研究 J 1 混凝土与水泥制品 2 0 0 3 ( 2 ) ： 4 0 4 1 上接第 1 2 3页 【 2 】 韩素芳混凝土工程病害与修补加固【 M 】 _ E 京： 海洋出版社， 1 9 9 6 【 3 】刘卫东， 宫爱华 钢纤维硅粉混凝土的水工特性试验研究 J _水利学 报， 1 9 9 8 ( 4 ) ： 6 4 6 5 【 4 杨华全， 李文伟 水工混凝土研究与应用 M 】 E 京 ： 中国水利水电出 版社 ， 2 0 0 5 ： 2 0 2 2 0 5 1 26 强度 、 高耐久性和高韧性， 其应用范围应远不止于高速铁路工 程的人行道盖板、 挡板和寒冷地区水中结构构件的防护板。 国际 上一些专家、 学者甚至断言， R P C材料的出现是土木工程和材料 工程领域的一场革命。 国外已有在桥梁工程中应用的报道8 】 。 建 议我国混凝土及其工程界对 R P C材料在其他领域的应用加强 研究， 使其更好地为我国现代化建设服务。 参考文献 ： 1 R I C H A RD P， C H E YR E Z Y M H C o mp o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 2 1 2 2 【 2 1 刘数华 ， 冷发光， 李丽华 混凝土辅助胶凝材料【 M 】 北京： 中国建材工 业出版社， 2 0 1 0 3 何峰， 黄政宇 活性粉末混凝土原材料及配合比设计参数的选择【J 新型建筑材料， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 4 7 7 4 】 陈昌礼， 屠庆模， 凌友志硅灰混凝土的研究及工程应用 J _新型建筑 材料， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 3 4 6 【 5 】Y i n w e n C h a n ， S h u h s i e n C h u E f f e c t o f s i l i c a f u m e o n s t e e l fi b e r b o n d c h a r a c t e r i s t i c s i n r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e ! C e m e n t a n d C o n c r e t e R e - s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 7 ) ： 1 1 6 7 1 1 7 2 6 】单波， 杨吴生， 黄政宇 冈 纤维对 R P C抗压强度增强作用的研究 J 1 湘潭大学： 自然科学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 0 9 1 1 2 7 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要 M 】 北京： 人民出版社， 2 0 1 1 8 A DE L I NE R， L A C HE MI M， B L A I S P D e s i g n a n d b e h a v i o r s o f t h e s h e r - b r o o k e f o o t - b r i d g e C 】 I n t e rna t i o n a l S y mp o s i u m o n Hi g h - p e r f o r ma n c e a n d R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e 1 9 9 8 ( 3 ) ： 8 9 9 9 作者简介 联 系地址 联系电话 陈昌 b ( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 教授， 硕士生导师， 主要从事混凝土材 料与固体废弃物综合利用研究。 贵州省贵阳市白云区白云北路 3 5 号 贵州师范大学材料 与建筑工程学院( 5 5 0 0 5 9 ) 1 3 9 8 5 5 9 6 8 7 9 2 C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ， 纤维混凝士结构技术规程【 s E 京 ： 中国计划出版 社， 2 0 0 4 3 】 D I J T 5 4 3 3 -2 0 0 9 ， 水工碾压混凝土试验规程【 s 】 - E 京 ： 中国电力出 版社， 2 0 0 9 4 14 郑京彪， 孙家瑛， 胡斌逸 路用钢纤维碾压混凝土物理力学性能研究 及应用f J 1 混凝土， 2 0 0 2 ( 8 ) ： 2 6 2 8 作者 简介 联系地址 联系电话 石保全( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 主要从事水利工程及交 通工程研究。 郑州市农业东路 1 0 0 号( 4 5 0 0 1 6 ) 0 3 7l 一 6 7 7 8 0l 1 6 5 】 D I I F 5 l 4 4 _ - 2 0 叭， 水工混凝土施工 院【 s E 京： 中国电力出版社， 2 0 0 2 作者简介： 闰小虎( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生。 联系地址： 武汉市黄浦大街 2 6 9 号 长江科学院( 4 3 0 0 1 0 ) 联 系电话 ： 1 5 0 7 2 3 8 7 6 9 8