原状粉煤灰与钢纤维复合用于机场道面混凝土.pdf

第 1 6卷第 3期 2 0 1 3年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo 1 1 6。 No 3 J u n ， 2 0 1 3 文 章编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 5 1 4 0 4 原状粉煤灰与钢 纤维复合用于机场道面混凝土 迟 维胜 ， 孙惠香 ， 王晓龙 ( 空军工 程大学 机 场建 筑工程 系 ，陕西 西安 7 1 0 0 3 8 ) 摘要 ： 将 原状粉 煤 灰掺入 机场道 面 用钢 纤维混凝 土 中 ， 研 究 了以原 状粉 煤灰等 量取代 、 超 量取 代 水 泥及在 水 泥 用量 不 变的条件 下仅将 其作 为微 细集料 使 用 时对钢 纤 维 混凝 土性 能 的影 响 ， 探 讨 原 状 粉煤 灰在机 场道 面 用钢 纤 维 混 凝 土 中应 用的 可 能 性 ， 以提 高机 场 道 面用 钢 纤 维混 凝 土 的 力 学 性 能 ， 改善其 内部 结构 ， 并 降低 一 次性 投 资 ， 为推 广应 用该 项技 术提 供依据 关键 词 ：原状粉 煤灰 ；钢 纤 维 ；机 场道 面 ；混凝 土 ；抗 折 强度 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 5 7 2 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 3 0 2 4 Co m b i n e d Us e o f Ra w Fl y As h a nd S t e e l Fi b e r i n Ai r p o r t Pa v e me n t Co n c r e t e CH I W e i s he n g ， SUN H ui xi an g ， W AN G X i a o l o n g ( Dep a r t me nt o f Ai r f i e l d a nd Bui l d i ng Eng i ne e r i ng，Ai r Fo r c e Eng i ne e r i ng Uni v e r s i t y，Xi a n 71 0 03 8，Ch i na ) Ab s t r a c t ：Ra w f l y a s h wa s mi x e d i n t o s t e e l f i b e r c o n c r e t e u s e d f o r a i r p o r t r o a d p a v e me n t Th e i n f l u e n c e o f us i n g t he r a w f l y a s h a s mi c r o f i n e a g gr e g a t e i n t he c a s e s o f i s o me t r i c a nd e x c e s s r e pl a c e m e nt of c e m e nt b y t h e r a w f l y a s h a nd a d di t i o n o f t he f l y a s h wi t ho ut r e pl a c e m e nt of c e me nt on t h e p r op e r t i e s o f t h e s t e e l f i be r c o nc r e t e wa s i nv e s t i g a t e dThe po s s i b i l i t y o f us e o f f l y a s h i n t h e s t e e l f i b e r c o n c r e t e f or a i r p o r t r o a d pa v e me n t wa s e x pl o r e d S O a s t o i m p r ov e t he m e c ha ni c a l p r o pe r t i e s a n d i t s i nt e r na l s t r uc t u r e o f t he s t e e l f i be r c o nc r e t e us e d f o r a i r p o r t r o a d s ur f a c e a n d r e d uc e o ne t i me i n ve s t m e nt Th e ba s i s f o r t h e a p pl i c a t i on of f l y a s h i n t h e s t e e l f i be r c on c r e t e i s pr ov i d e d Ke y wo r d s：r a w f l y a s h；s t e e l f i be r ；a i r po r t pa ve m e nt ；c onc r e t e；f l e xu r a l s t r e ng t h 为 了探 索 原状 粉 煤 灰 的应 用 ， 降 低 钢纤 维 混 凝 土的一 次性 投资 ， 结合 东北某 军用 机场工 程 ， 采用 原 状 粉煤 灰 和钢纤 维 复 合 的 技术 路 线 ， 对 原状 粉 煤 灰 作 为 机场 道 面 钢 纤 维 混 凝 土掺 和 料 进行 了试 验 研 究 对沈阳及周边地区电厂所排放 的原状粉煤灰品 质资 源特征 进行 调研 的结果 表 明 ： 从细度 指标 看 ， 其 4 5 m筛余量基本为 4 o 8 0 ， 9 5 属于 级 或等 外灰 ， 很 难 找 到属 于 工， 级 的粉 煤灰 ； 从 烧 失 量 指标 看 ， 其 烧 失 量 较 小 ， 有 的 小 于 5 ， 满 足 工级 灰标准， 烧失量大 的也基本在 1 5 以下 ， 满足 级 灰标 准 ； 其 余 各 项 指 标 均 基 本 满 足 ， 级 灰 的 要 求 钢纤维混凝土是在混凝土基体 中均匀乱向地掺 人短 而不 连续 的钢 纤 维 ， 从 而可 显 著 提高 其 一 系列 物理 力学性 能l_ 2 但 钢纤 维 的掺 入会 使 混 凝 土 的工 作性 能 显著 降 低 ， 导致 水 泥用 量 增 多 ， 成 本增 加 为 降低成本并改善其性能 ， 探讨用原状粉煤灰等量取 代 、 超量取 代水 泥 以及 在 水 泥用 量 不 变 的条 件 下仅 将其作为微细集料使用时对钢纤维混凝土性能的影 响 ， 具有重 要意义 1 试验材料 水泥 ： 天津振兴水泥有 限公司生产的 4 2 5 R普 通硅 酸盐 水 泥 ， 其 2 8 d抗折 强 度 为 8 9 MP a ， 抗 压 强度 为 4 8 2 MP a 钢纤 维 ： 鞍 山市 昌宏 钢 纤 维 厂 的剪 切 平 直 型钢 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 2 1 6 ；修订 日期 ： 2 0 1 2 - 0 4 1 7 第一作者 ： 迟维胜( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 山东海阳人 ， 空军工程大学副教授， 硕 士 E ma i l ： c h i we i s h e n g y a h o o t o m c n 1 ) 文 中涉及的筛余 量等除特别说 明外 ， 均为质量分数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 迟维胜 ， 等 ： 原状粉煤灰与钢纤维复合用 于机 场道 面混凝 土 纤 维 ( 长 度 3 0 I T l m， 长径 比 5 4 2 ) 骨料： 海城中砂( 河砂) ， 细度模数 2 6 0 ； 大狐山 5 2 0 mi l l 级 配碎 石 原状粉煤灰： 鞍山热电厂产， 其化学成分和物理 指标 见 表 1 ， 2 表 1 原 状粉煤灰 的化学成分 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n ( b y ma s s )o f r a w f l y a s h 较好 ， 有 的甚 至 能 达 到 I级 灰 标 准 因 中 国 国家 标 准 中没 有 综 合 评 价 指 标 ， 故 根 据 美 国 粉 煤 灰 标 准 AS TMC 6 1 8 _ 3 规定 ： 如 果 灰 的 细 度 或 烧 失 量 超 出 标准规定 的范 围， 可 以采 用复合 因素 对其进 行评 价 ， 即细 度 烧 失 量 2 2 5 ， 从 而 可 以得 知 ， 鞍 山热 电 厂原 状 干 排 灰 的 复 合 因 素 ( 细 度 烧 失 量 ) 为 1 9 6 2 2 5 ， 符 合标 准 ； 原 状 湿排 灰 的 复合 因 素为 2 3 1 2 2 5 ， 超 出 标 准 因此 ， 鞍 山 热 电 厂 原 状 干 排 粉煤灰虽然个 别单项 指标 品质较 低 ， 但可 以在混 凝土 中作为掺和料使用 表 2 原 状粉煤灰 的物理指标 T a b l e 2 P h y s ic a l p r o p e r ti e s 。 f r a w fl y a s h 2 试验方案与配合比 由表 1 可 见 ， 该 原状 粉煤 灰具 有较 高硅 铝含 量 ， 含硫量和烧失量都较小， 用其作混凝土掺和料具有 一 定 活性 ， 且混 凝 土 耐 久 性从 含 硫 量 和烧 失量 来 看 是可以满足的 从表 2 可以看出， 该灰的需水 比符合 规定的级灰标准 ， 而细度指标则属于 级和等外 根据 钢纤维 与粉煤 灰 复合 高性 能道 面混凝 土 配 合 比设计 ， 通过原材料选择 和水泥用量、 砂率、 石 子 级配 、 钢纤 维 掺 量优 选 以及 用 原状 粉 煤 灰 等量 取 代 、 超 量取代 水 泥 或在 水 泥 用 量不 变 的条 件 下仅 将 其 作 为微细 集料 使 用 ， 最 终 确 定 钢纤 维 机 场 道 面混 凝 土 ( A) 、 用 原状 粉 煤 灰 等 量 取 代 水 泥 所 配制 的钢 纤 维 机 场道 面 混 凝 土 ( B和 C) 、 用 原 状 粉 煤灰 超 量 取 代水 泥所 配 制 的钢 纤 维 机 场 道 面 混 凝 土 ( D) 、 用 原 状粉 煤灰作 为微 细集 料 ( 水 泥 用量不 变 ) 所 配 制 的 钢纤 维机场 道 面混凝 土 ( E和 F ) 等 6种类 型 的混 凝 灰的范围， 仅 1至 2个指标不符合标准 ， 其余指标均 土配合 比， 如表 3所示 表 3混凝土配合 比 T a b l e 3 M i x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e 表 3中 6种 混 凝 土 的抗 折 强 度 都 在 5 0 MP a 以上 ( 见 表 4 ) ， 均 满 足 当前 对 机 场道 面混 凝 土 抗 折 强 度 的设计 要求 3 试验 结果与分析 增加粉煤灰掺量将使混凝土早期抗折强度降低 较多， 2 8 d抗折强度略有降低 ， 后期抗折强度则有所 提 高 ， 但 对抗 压 强 度影 响不 大 根 据 这 一 特 点 ， 对 标 养 2 8 ， 9 0 d试件 分别进 行 抗 压 、 抗折 强 度 试验 表 4为 各试 件 2 8 ， 9 0 d抗 折强 度及 2 8 d抗压 强 度 的平 均值 表 4 抗压强度及 抗折强度试验结果 T a b l e 4 T e s t r e s u l t s o f c o mp r e s s i v e a n d fle x u r a l s t r e n g t h No t e： Va l u e s i n p a r e nt h e s e s a r e t h e r a t i o of f l e x u r a l s t r e n gt h o f t h i s s p e c i m e n t o t h a t o f t h e s p e c i me n wi t h mi x p r o p o r t i o n o f F 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6 卷 3 1 原 状粉 煤灰 作为胶 结材 料等 量取代 水泥 用原状粉煤灰等量取代水泥的目的就是减少水 泥用量 ， 降低成本 ， 同时在 2 8 d强度损失较小的前 提 下 ， 获 得后期 强 度 的提 高 和耐久性 能 的改善 本 项 研 究采用 A， B， C类 配 比 由表 4可见 ： 掺 原 状 粉 煤 灰 的钢纤 维混 凝土 抗折强 度 随着粉 煤灰取 代量 的增 加 而 降低 ； 随着养 护龄期 的增 长 ， 原 状粉煤 灰 的活 性 逐渐发挥 ， 上述降低作用逐渐变小 ； 粉煤灰取代量为 1 0 时 ， B类 配 比的抗 折 、 抗 压 强度 与取代 量 为 0的 A 类配 比较 为接 近 因此 ， 建议 原状 粉煤 灰 的取代 水 泥量 以 1 O 左 右为宜 3 2 原 状 粉煤灰 超量 取代水 泥 采用超 量取代法 ， 即原状粉 煤灰掺入 量大于 水泥 减少 量 ， 此 时 可 以将 多 余 的原 状 粉 煤 灰视 为 微 细 集 料 原状 粉煤灰掺人量 与水泥减少 量之 比称为超 量系 数 ， 其 大小与原 状粉 煤灰 的质量 有关 ， 本试 验 取超 量 系数 为 1 5和 2 0 本 项研 究采 用 C， D， E类 配 比 由 表 4可见 ， 粉煤 灰超 量取 代水 泥后 ， D， E类 配 比的抗 折 强度虽然 比等量取代 的 C类 配 比有所提高 ， 但并 未 随着取代量的增加而增加， 说明在给定钢纤维掺量及 水灰 比下， 存在一个最佳粉煤灰掺量与之相对应 3 3原 状粉 煤灰 作为微 细 集料 该类 配 比中原 状 粉 煤 灰作 为微 细 集 料 ， 水 泥 用 量 不变 本项研 究 采用 的是 C， D， E， F类 配 比 由表 3可 以看 出 ， C， D， E类 配 比是 分 别 在 F类 配 比基 础 上多掺 了 2 0 ， 3 0 ， 4 0 的原状粉煤 灰作为微细 集 料 表 4中 C， D， E类 配 比与 F类 配 比的抗 折强 度 相 比， 提 高 了 1 0 以上 说 明 原 状 粉煤 灰 作 为 微 细 集料 ， 在 成本不 增加 的情况 下 ， 可 以提高混凝 土 的抗 折 强度 ， 并大 幅改 善其长 期性 能和耐 久性 本试 验 表 明 ， 原状 粉煤 灰 掺 量 在 3 0 ( D类 配 比) 时 ， 混凝 土 的抗折 强度 提高 幅度较 大 3 4拌 和料 的工 作性对 比 G J B 1 1 1 2 A一2 O 0 4 军 用 机 场 场 道 工 程 施 工 及 验 收规 范 中规定 ： 对 于机 场 道 面新 拌 普 通 混凝 土 ， 其维勃稠度 应为 1 5 3 0 S ， 以 2 0 8 左右为宜 维 勃 稠度在 这个 时 间范 围内 ， 振 捣时 间适 当 ， 混凝 土抗 折 强度 较 高 ， 密 实性 较好 ， 不会 发 生分 层 离 析 ， 质量 易 于保证 钢纤 维有 增稠 效 应 ， 因此 钢纤 维 混 凝 土 拌 和物 的和易性 较差 ， 流 动 性 较 低 ， 而 粉煤 灰 有减 水作 用 ， 掺 入后会 弥 补 钢 纤 维 混 凝 土 拌 和 物 流 动 性 差 的不 足 机场道 面混凝 土 应具有 良好 的和 易性 ， 以便 完成 搅拌 、 运 输 、 铺筑 、 振 捣 、 整 平 、 做 面等 施 工 工序 表 5 列 出 了 6种配 比拌 和物 的工作性 表 5 6种配 比拌和物的工作性 Ta b l e 5 W o r k a b i l i t y o f s i x k i n d s o f mi x t u r e s 根据 工 程 现 场 配 制 试 验 ， 在 维 勃 稠 度 为 4 0 S 时 ， 不仅 拌 和物所 需 施 工振 实 时 间 与 当前 施工 验 收 规范 的要求 相一 致 ， 而 且所 得 混凝 土 的抗 折强 度 和 密实度 都较 高 因此 对 于原 状 粉煤 灰 与 钢纤 维 复 合 机场 道面混凝 土 ， 建 议其 和易性 指标 为 ： 采用 维勃 稠 度仪 测定 的维 勃 稠度 应 为 2 O 4 0 S 根 据 这一 指 标 要求 ， 可 以发 现 B， C， D， E类 配 比可 以满 足 机 场 道 面钢纤 维混凝 土 的施 工要 求 4 结 语 ( 1 ) 级 或个别 指标不 符合标 准 的原状 粉煤 灰 ， 当其 复合 因素 ( 细度 烧 失 量 ) 2 2 5时 ， 与 钢 纤 维 复合应用于机场道面混凝土 中， 等量取代 1 0 或超 量 ( 掺 量为 3 0 左右 ) 取代 2 0 的水 泥是可行 的 ( 2 ) 从抗折强度 、 拌和物工作性及建设成本等 因 素综合分析 ， 可以看出超量取代水泥即 D， E类配 比 的综合效果较佳 ， 其力学指标和工作性均能满足机 场道 面工程要 求 ， 并 能减 少水泥 用量 ( 3 ) 在一 定范 围 内增加 原 状 粉 煤 灰 用量 有 利 于 改善钢 纤维混 凝 土 的微 结 构 ， 使其 后 期 抗 折强 度 和 耐久性 有一定 提 高 该项研究可扩大至高等级公路 工程 ， 若广泛推 广应用 ， 将提高粉煤灰的综合利用率 其他诸如抗裂 性 、 抗 冻 性 、 抗 渗 性 、 耐磨 性 以及 原 状 粉煤 灰 复合 因 素标 准需作进 一步 研究 参考 文献 ： GB T 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水泥和混凝土 中的粉煤灰 s GB T 1 5 9 6 2 o o 5 F o r c e me n t a n d c o n c r e t e w i t h f l y a s h S ( i n Ch i n e s e ) 迟维胜 ， 王硕太 钢纤维与粉煤灰 复合高性能道面混凝土 配合 比设计 J 混凝 土， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 1 2 6 1 2 8 CH I W e i s h e n g ， W ANG Sh u o t a i S t e e l f i b e r a n d f l y a s h mi x d e s i g n o f h i g h p e r f o r ma n c e p a v e me n t c o n c r e t e J C o n c r e t e ， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 1 26 - 1 2 8 ( i n Ch i n e s e ) 李秋义 原状粉煤灰 应用 于 S F R C 的试 验研究 E c 全 国第 四届纤维水 泥与 纤维 混凝 土 会议 南京 ： 东 南大 学 出版社 ， 1 9 9 2 ： 2 0 0 2 0 2 I I Qi u y i Ex p e r i me n t a l s t u d y o f r a w f l y a s h a p p l i e d t o t h e S F R C C f f Th e F o u r t h Na t i o n a l C o n f e r e n c e o n F i b e r C e me n t a n d F i b e r Re i n f o r c e d C o n c r e t e Na n j i n g ： S o u t h e a s t Un i v e r s i t y Pr e s s ， 1 9 9 2 ： 2 0 0 2 02 ( i n Ch i ne s e ) ( 下转 第 5 2 4页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 4 建筑材料学报 第 1 6卷 4 5 6 t i o n s J J o u r n a l o f B u i l d i n gMa t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 3 3 4 3 7 ( i n Ch i n e s e ) 罗桑 ， 钱振东， 王汇 钢桥 面铺 装用浇 注式 沥青结合料 的制备 与试验研究E J 石油沥青 ， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 1 ) ： 3 2 3 5 LUO S a n g， QI AN Z he n - d o n g， WANG Hu i S t u d y 0 n p r e p a r a t i o n a nd e x p e r i me n t o f ma s t i c a s p h a l t c e m e n t f o r s t e e l d e c k p a v e me n t J P e t r o l e u m As p h a l t 。 2 0 1 1 ， 2 5 ( 1 ) ： 3 2 3 5 ( i n C h i ne s e ) 张华 ， 钱觉时 ， 吴文军 浇注式沥青 混合料疲 劳特性研究 J 建筑材料学报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 3 3 6 3 4 0 ZHANG Hu a， QI AN J u e s h i ， W U We n j un Re s e a r c h o n f a t i g u e p e r f o r me n c e o f g u s s a s p h a l t mi x t u r e J J o u r n a l o f Bu i l ding M a t e r i a l s ， 2 01 1 ， 1 4 ( 3 )： 3 3 6 3 4 0 ( i n Ch i n e s e ) 赵永利 ， 顾凡 ， 黄晓明 基于 F TI R 的 S B S改性沥青 老化特性 分析E J 建筑材料学报 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 5 ) ： 6 2 0 6 2 3 ZH AO Yo n g l i ， GU Fa n，HU ANG Xi a o mi n g An a l y s i s o n SBS mo d i f i e d a s p h a l t a ging c h a r a c t e r i z a t i o n b a s e d o n f o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r 0 s c 0 p y J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1， 1 4( 5 ) ： 6 2 0 6 2 3 ( i n Ch i n e s e ) 7 8 9 1 O L1 U Yun， Q1 AN Zh e n d o n g Dy n a mi c a n a l y s i s o f p a v e me n t o n l o n g s p a n s t e e l b r i d g e d e c k s J J o u r n a l o f S o u t h e a s t Un i v e r s i t y， 2 0 0 8， 2 4( 2) ： 2 1 2 2 1 5 傅宁 ， 张勇 采用 T GA F TI R分析 聚碳酸酯 复合材料 的热降 解行为 J 化学工程与装备 ， 2 0 1 0 ， 6 ( 3 ) ： 卜4 FU Ni n g ZHANG Yo n gTh e r ma l d e gr a d a t i o n be h a v i o r o f p o l y e a r b o n a t e c o mp o s i t e b a s e d o n TGA F TI R a n a l y s i s J Ch e mi c a l En g i n e e r i n g a n d Eq u i p me n t ，2 0 1 0 ，6( 3)：1 4 ( i n Ch i ne s e ) 李 荣勋， 杨有财 T GA - F TI R联 用技 术研 究 AB S树脂 的热降 解行为厂 J 现代塑料加工应用 ， 2 0 0 9 ， 2 1 ( 6 ) ： 4 5 4 8 I I Ro n g x u n， YANG Yo u c a i Th e r m a l de g r a d a t i o n b e h a v i o r o f AB S r e s i n b a s e d o n T GA F TI R t e c h n o lo g y J Mo d e r n P l a s t i c s Pr o c e s s i n g a n d Ap p l i c a t i o n s ， 2 0 0 9 ， 2 1( 6 )： 4 5 4 8 ( i n Ch i n e s e ) CHEN J SEn g i n e e r i n g c h a r a c t e r i z a t i o n o f r e c y c l e d a s p h a l t c o n c r e t e a n d a g e d b i t u me n mi x e d r e c y c l i n g a g e n t J J o u r n a l o f M a t e r i a l s Sc i e n c e ， 2 0 0 7， 2 3 ( 1 2) ： 9 8 6 7 9 8 7 6 ( 上接第 5 1 6页) 4 于涛 ， 赵亚 明 掺低品质原状粉煤灰 的混凝土强度及抗冻 性能 研 究口 建筑节能 ， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 2 8 3 1 YU Ta o， Z H AO Ya mi n g A s t u d y o n t h e s t r e n g t h a n d f r o s t r e s i s t a n c e a b i l i t y o f c o n c r e t e wi t h l o w q u a l i t y r a w f l y a s h J Ar c h i t e c t u r e En e r g y S a v i n g ， 2 0 0 2( 3 )： 2 8 3 L ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m