路面大掺量粉煤灰混凝土耐久性能研究.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 3 一 O 0 1 卜0 3 粉煤 0 路面大掺量粉煤灰混凝土耐久性能研究 S t u d y o f t h e Du r a b i l i t y o f Hi g h V o l u me F l y As h P a v e me n t Co n c r e t e 姚立阳，汪潇，杨 留栓 ，朱凯 ( 河南城建学院，河南平顶山4 6 7 0 3 6 ) 摘要： 路面大掺量粉煤灰混凝土是一种新型的水泥混凝土。粉煤灰用于混凝土中，不但可以节约水泥用量，而 且可以改善混凝土路面的性能。针对大掺量粉煤灰对水泥混凝土路面耐久性能的影响进行 了系统分析。试 验表明，路面大掺量粉煤灰混凝土具有 良好的耐久性能，满足路面耐久性要求。 关键 词 ： 水泥 混凝 土路 面 ；大掺 量 ；粉 煤灰 ；耐久性 能 中图分类号 ：T U5 2 8 3 7 文献标志码 ：A Ab s t r a c t ：Hi g h v o l u me f l y a s h p a v e me n t c o n c r e t e i s a k i n d o f n e w c e me n t c o n c r e t e Co n c r e t e mi x e d wi t h fly a s h c a n n o t o n l y s a v e t h e a mo u n t o f c e me n t ， b u t a l s o i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e p a v e me n t Th i s p a p e r s t u d i e s t h e e f f e c t o f h i g h v o l u me fly a s h o n t h e d u r a b i l i t y o f c e me n t c o n c r e t e f o r p a v e me n t Ac c o r d i n g t o t h e t e s t r e s u l t s ， h i g h v o l u me fl y a s h p a v e me n t c o n c r e t e h a s e x c e l l e n t d u r a b i l i t y Ke y wo r d s ： c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t ；h i g h v o l u me ； fl y a s h；d u r a b i l i t y 0 前 言 水泥混凝土路面具有强度高、耐久性好、使用寿命长、 维修养护费用低等特点，是一种刚性高级路面，在公路和 城市道路得到了广泛的应用。但在公路结构物中，由于混 凝土的耐久性不足而非力学强度不够遭破坏的事例却越来 越多，给公路养护部门造成了很大负担。 路面大掺量粉煤灰混凝土是一种新型面层材料，不但 可以节约水泥用量，而且可以改善混凝土的工作性和力学 性能，同时提高混凝土的耐久性。本文针对路面大掺量粉 煤灰混凝土的耐久性能进行了研究。 1 原材料 ( 1 ) 水泥。采用河南省某公司生产的强度等级4 2 5 的普通硅酸盐水泥，实测 2 8 d 抗压强度为5 1 7 M P a ，2 8 d 抗折强度为8 9 MP a 。 ( 2 ) 粉煤灰。根据相关标准规定l1 ， 本试验采用平顶 基金名称：河南省自然科学基金 ( 8 0 6 2 0 3 1 ) 山某电厂电收尘干排I 级粉煤灰。 ( 3 )细集料。采用平顶山河砂，细度模数为 2 7 ，属 中砂，颗粒级配良好，颗粒级配见表 1 。 表 1 砂的颗粒级配 筛孔尺寸m i l l 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 0 3 0 O 1 5 0 1 5 分计筛余 3 5 1 2 6 2 0 9 2 0 7 2 2 6 1 5 1 4 6 累计筛余 3 5 1 6 1 3 7 0 5 7 7 8 0 3 9 5 4 1 0 0 ( 4 )粗集料。采用 4 7 5 9 5 m m，9 5 1 9 mm，1 6 3 1 5 m m三个档级掺配的石灰岩碎石，级配良好，颗粒级 配见表 2 。 表 2 碎石颗粒级配 筛孔尺寸 a i m 4 7 5 9 5 1 6 0 1 9 0 2 6 5 3 1 5 分计筛余 9 6 1 6 7 2 0 5 2 4 6 2 2 8 2 9 累计筛余 9 7 1 8 7 5 7 0 8 5 0 3 2 5 7 2 9 ( 5) 高效减水剂。采用平顶山某化工厂F D N 一 1 0 0 0高 效减水剂，掺量为胶凝材料用量的0 5 1 0 时，减水率 可达 1 2 2 0 o 3 2 0 1 3 粉煤灰 l 1 ( 6) 激发剂。选用 J H I I 型粉煤灰激发剂，掺量为胶 凝材料的0 4 0 8 。 ( 7 ) 拌合水采用自来水。 2 路面大掺量粉煤灰混凝土耐久性的试验研究 2 1 力学性能 为研究粉煤灰掺量对路面混凝土抗折强度的影响，本 试验选用粉煤灰的掺量分别为0 、1 5 、3 0 、 4 0 、5 0 、 6 0 ，胶凝材料总量为 3 9 5 k g m 。 ， 水胶比为0 3 6 ，砂率为 3 3 ，高效减水剂掺量为 1 0 ，粉煤灰激发剂掺量为0 6 。 不同粉煤灰掺量混凝土各成型 3组试件，分别测定 7 d 、 2 8 d 、6 0 d 抗折强度，试验结果见图 1 。 粉煤灰掺量 图 1 不同粉煤灰掺量混凝土的抗折强度 从抗折强度试验结果可以看出，随着粉煤灰掺量的增 大，混凝土7 d 抗折强度逐渐降低，粉煤灰掺量从 3 0 到 6 0 ，与基准混凝土相比抗折强度降低了 1 7 4 2 ，可 见，掺入粉煤灰使混凝土早期抗折强度降低比较明显。 2 8 d时，粉煤灰掺量为 1 5 的混凝土抗折强度与基准混 凝土相当，粉煤灰掺量为 3 0 、4 0 、5 0 、6 0 时，与 基准混凝土相比抗折强度分别降低了7 、8 、1 6 、2 2 ， 降低的幅度明显减小，粉煤灰掺量不超过4 0 时，混凝土 抗折强度已可达到基准混凝土的9 0 以上。到 6 0 d ，粉 煤灰掺量不超过3 0 的混凝土的抗折强度已超过基准混凝 土，粉煤灰掺量为 4 5 的抗折强度也已达到基准混凝土 9 2 ，但粉煤灰掺量在 5 0 以上的混凝土的抗折强度降低 较多。 基准混凝土的2 8 d和 6 0 d抗折强度分别比7 d的提 高了 1 5 和 2 3 ，而粉煤灰掺量为 3 0 时，混凝土的 2 8 d 和 6 0 d 抗折强度比7 d 抗折强度分别提高了 2 8 和 4 9 ；掺量为 4 0 时，2 8 d 和 6 0 d抗折强度比7 d 分别 提高了4 1 和5 8 ；即使粉煤灰掺量达到5 0 ，混凝土 1 2 CD S f且 3 2 01 3 后期抗折强度也比早期有了很大程度的提高。可见，大掺 量粉煤灰混凝土后期强度的增长明显高于普通混凝土。粉 煤灰掺量为 3 0 一 4 0 的混凝土 6 0 d的抗折强度已接近甚 至超过普通混凝土。 2 ,2 抗渗性能 本试验采用粉煤灰掺量为 0 、1 5 、3 0 、5 0 的混 凝土，成型标准试件并标准养护 2 8 d 进行试验。试验时， 水压从 0 1 M P a 开始，以后每隔 8 h 增加 O 1 M P a，进行 到 1 0 M P a 水压 8 h 时停止试验，试件均未出现渗水现象。 测量渗水高度，试验结果见图2 。 8 0 7 0 6 O 目 5 0 摧 4 o 蠢3 0 2 O 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 粉煤灰掺量 图 2 不同粉煤灰掺量混凝土的渗水高度 从试验结果可以看出，掺粉煤灰混凝土的渗水高度明 显小于不掺粉煤灰的基准混凝土，充分说明粉煤灰能改善 混凝土的内部结构，提高密实性，同时在掺有粉煤灰情况 下，混凝土中的大孔减少，I I , L 增加，即使掺量为 5 0 ， 渗水高度也小于基准混凝土。虽然随着粉煤灰掺量增加， 混凝土的抗渗能力有所下降， 但是仍然优于基准混凝土。 可见，在混凝土中掺加粉煤灰可以改善混凝土的微观孔结 构，降低混凝土的内部空隙率，大幅度提高混凝土的密实 度和抗渗性能。 2 3 抗冻性能 本试验采用快速冻融试验法。按照相关规程进行2 1 ， 采用不掺粉煤灰的基准混凝土和粉煤灰掺量为3 0 、5 0 的混凝土，分别成型 1 0 0 m m x 1 0 0 m m 4 0 0 m m棱柱体混 凝土试件，标准养护2 8 d ，然后在 一 1 7和 5 条 件下 快速冻结和融化循环，每 2 5 次冻融循环，对试件进行一 次横向基频的测试并称重；当冻融至3 0 0 次，或相对动弹 性模量下降至 6 0 以下，或质量损失达到 5 ，即可停止 试验，冻融试验结果见图3 、图4 。 8 7 6 5 4 3 2 1 墨 喂 4 3 横 z 喀 1 皿 唧 敏 拓 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 冻融次数 次 图 3 混凝土冻融试验质量损失率 冻融次数 次 图 4 混凝土冻融试验相对动弹模量 通过试验结果可以看出，随着冻融次数的增加， 混凝 土相对动弹模下降。未掺粉煤灰混凝土随冻融次数增加， 动弹模量降低比较明显，降低幅度也越来越大，但是掺粉 煤灰混凝土相对动弹模量降低程度比较小；从不同冻融次 数的质量损失率来看，掺粉煤灰混凝土开始降低比较明显， 然后变得平缓，而未掺粉煤灰混凝土随冻融次数增加，质 量损失比较明显，而且幅度越来越大。可见，粉煤灰对混 凝土抗冻性有一定的提高作用。 从以上试验结果得出，粉煤灰掺量达到 3 0 一 5 0 ， 混凝土仍具有良 好的抗冻能力。 2 4 抗硫酸盐侵蚀性能 本试验采用不掺粉煤灰的基准混凝土和粉煤灰掺量为 3 0 、5 0 的混凝土，制作 1 0 0m m1 0 0 m m1 0 0 m m的 立方体混凝土试块，在标准养护室养护 7 d ，然后分别浸 泡在常温下水中和浓度为 5 的N a ， s 0 溶液中， 测定试件 在 1 d 和2 8 d的强度， 分别计算同龄期混凝土试件在N a S O 溶液中浸泡的抗压强度与在水中养护的抗压强度的比值， 作为混凝土的抗侵蚀系数，以此来评价混凝土的抗硫酸盐 侵蚀能力。试验结果见表 3 。 从试验结果可以看出，掺粉煤灰的混凝土的抗侵蚀系 数均高于基准混凝土，粉煤灰对改善混凝土的抗硫酸盐侵 蚀能力是有利的；而且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗 侵蚀系数也有所提高，即大掺量粉煤灰使混凝土的抗硫酸 盐侵蚀能力增强。可见，在混凝土中掺加 3 0 以上的粉 煤灰可以有效抵抗硫酸盐的侵蚀。 表 3 不同粉煤灰掺量混凝土浸泡强度及强度变化率 3 结 论 ( 1 ) 大掺量粉煤灰混凝土早期强度较低，但后期强度 的增长明显高于普通混凝土，粉煤灰掺量为 3 0 一 4 0 的 混凝土6 0 d的抗折强度已接近甚至超过普通混凝土。 ( 2 ) 在混凝土中掺加粉煤灰可以改善混凝土的微观孔 结构，降低混凝土的内部空隙率，大幅度提高混凝土的密 实度和抗渗性能，即使掺量为 5 0 ，渗水高度也小于基准 混凝土。 ( 3 ) 通过冻融试验结果可以看出，粉煤灰掺量达到 3 0 5 0 ，混凝土仍具有良好的抗冻能力。 ( 4) 掺粉煤灰混凝土的抗侵蚀系数高于基准混凝土， 粉煤灰对改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力是有利的。在混 凝土中掺加 3 0 以上粉煤灰可以有效抵抗硫酸盐的侵蚀。 大掺量粉煤灰混凝土既能节约水泥，又能消耗大量粉 煤灰，而且可以提高混凝土的耐久性。推广大掺量粉煤灰 混凝土路面，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展前 景。 参考文献 1 中华人 民共和 国交通部 J T G F 3 0 -2 0 0 3公路水泥混凝土路面施工 技术规范 s 】 北京 ：人民交通 出版社 ，2 0 0 3 2 1 中华人 民共和国交通部J T G E 3 0 -2 0 0 5公路工程水泥及水泥混凝 土试验规程 s 北京：人民交通出版社，2 0 0 5 作者简介：姚立阳( 1 9 7 6 一) ， 男I i井 师， 主要从事道路结构与材料的教学及 研究 通信地址： 河南省平顶山市新城区河南城建学院土木与材料工程系， 邮编： 4 6 7 0 3 6 ； E ma i l ：1 2 0 3 5 6 0 8 1 O q q c o rn 收稿日期： 2 0 1 2年 1 1月 1 3日 3 2 0 1 3 粉煤灰 1 3