1、2 0 1 1年 第 4期 (总 第 2 5 8 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOL 0GY d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 3 5 大掺量粉煤灰对重交通路面混凝土性能的影响研究 朱凯 ( 河南城建学 院 土木与材料工程系,河南 平顶 山 4 6 7 0 3 6 ) 摘要 : 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 土的技 术性
2、能。 采用“ 掺入粉煤灰 +激发剂 +高效减水剂 ” 的 方法, 对粉煤灰掺量在 3 0 以上时对重交通水泥混凝土路用性能的影响进行了试验研究 , 根据试验结果可以看出, 正确选用原材料 , 合理 确定配合比, 能够配制出路用性能良好的大掺量粉煤灰混凝土。 关键词 : 大掺量粉煤灰 ;路面混凝土 ;路用性能 ;试验研究 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 2 4 0 3 St udy on t h e e ffe c t of hi gh vol ume f l y a s h
3、or l t he pe r f or man c e o f h ea v y t r a ffi c pa v emen t co nc r e t e Z H U Ka ( D e p a r t me n t o f Ci v i l a n dMa t e ri a l s E n g i n e e ri n g , He n a nUn i v e r s i t yo f Ur b a nC o n s t r u c t i o n , P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 3 6 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Co n
4、 c r e t e mi n g l e d wi t h fl y 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 m e n t , b u t a l s o i mp r o v e t h e t e c h ni c a l p e r f o r m a n c e o fc o n c r e t e I n t hi s p a p e r t h e me tho d of “ Th e i n t r o d u c t i o n o f fly a s h a nd a c t i v a t o
5、 r a n d s u p e r p l a s t i c i z e r ”a p p r o a c h i s e mpl o y e d t o s t ud y t h e e ffe c t o f fl y a s h mi n g l e d mo r e t h a n 3 0 o n the p e r f o r man c e o f he a v y t r a f f i c c o n t e n t c o n c r e t e f o r r o a d s Ac c o r d i n g t O th e t e s t r e s ul t s
6、, WC c a n c o n c l u s ion t h a t t h e c o r r e c t s e l e c t i o n o fr a w ma t e r i a l s a nd r e a s o n a b l e mi x t u r e r a t i o c a n h e l p c o m p o u n d g o o d pe rfo rm a n c e c o n c r e t e mi n g l e d wi t h vo l u me s o ffl y a s h Ke y w or ds : h i g h v olume fl
7、y a s h; p a v e me n t c o n c r e t e; r o a d p e rfo r ma n c e; e x p e r i me n t a l s t u d y 0 引言 随着国民经济持续快速增长和经济总量的不断扩大, 必将导 致全社会运输总需求量的不断增长。 路面板应具有较高的抗折 强度、 表面平整、 抗滑、 耐磨【 1 。 水泥混凝土路面具有刚度大 、 强 度高、 稳定性好、 耐久性好 、 维修养护费用低的特点【2 J , 是一种刚 性高级路面, 在公路和城市道路中得到了广泛的应用。 近几年来, 由于交通量的快速增长, 为了提高重载交通水泥混凝土路
8、面的 使用年限, 通常加大单位立方米混凝土的水泥用量, 造成混凝土的 干缩也大, 使许多路面在通车几年内就产生裂缝, 使人们认为水泥 路面质量差。 大掺量粉煤灰混凝土不但可以节约水泥用量, 而且可 以改善混凝土的工作性能和力学性能_3 _ , 同时提高混凝土的耐 久J陛, 有效改善 目前由于单位立方米混凝土水泥用量增加 , 造成混 凝土干缩加大, 导致路面使用性能下降的状况。 但是, 粉煤灰掺 量 的增加 , 大掺量粉煤灰混凝土的工作性 、 早期强度等 性能也随之 发生变化, 给实际工程应用带来一些问题, 因此, 本试验采用“ 掺入 粉煤灰 +激发剂 +高效减水剂” 的方法, 对粉煤灰掺量在
9、3 0 以 上时对重交通路面混凝土的性能影响进行了研究。 1 原材料 选择及 配合 比 1 i 粉煤 灰 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 规定4 】 , 昆 凝土路面在掺用粉煤灰时 , 应掺用质量指标符合要求的电收 尘 1 , I I 级干排或磨细粉煤灰, 不得使用 I 级粉煤灰。 本试验采用 平顶山姚孟电厂电收尘干排 I 级粉煤灰,其各项物理化学指标 , 如表 1 所示 。 表 1 粉煤灰物理化学指标 1 2水 泥 试验 采用 河南省大地水泥有限公 司生产 的 P O 4 2 5 级水 泥, 实测 2 8 d 抗压强度为 5 0 7 MP
10、a , 2 8 d 抗折强度为 8 3 MP a 。 1 3 细 集料 试验采用平顶山沙河河砂 , 细度模数为 2 8 , 属中砂 , 颗粒 级配良好 。 1 4 粗集料 试验采用平顶山青石 山4 7 5 9 5 mm, 9 5 1 9 mm, 1 6 3 1 5 1 T l I n 收稿 日期:2 0 1 0 1 1 _ 2 2 1 2 4 3个档级掺配的石灰岩碎石, 级配良好。 1 5 高效减 水 剂 试验采用平顶山市神翔化工厂 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 。 1 6粉煤灰 激发 剂 试验选用
11、i H I I 型粉煤灰激发剂 。 该激发剂对混凝土及水泥 制品无有害成分 , 掺量一般为胶凝材料的 0 4 o 0 8 。 为验证激发剂的性 能, 试验采用上述普通硅酸盐水泥 、 粉煤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 灰 、 高效减水剂 、 激发剂进行以下对比试验, 制作不掺粉煤灰的 基准试样和粉煤灰取代 3 5 水泥的试样, 胶砂组成材料配合比 见表 2 , 胶砂强度试验结果如图 1 、 2所示 。 表 2 不同胶砂试样组成材料配 合比 6 0 5 0 至 4 0 、 嚣 墨 2 0 l O 0 龄期 , d 图 1 胶砂抗折强度试验 28 龄 期 d 图
12、2 胶砂抗压强度试验 从对 比试 验结果可 以看 出, s 2试样 掺高效减水剂加激发剂 的胶砂 3 、 2 8 d强度高于 s l 试样单掺 高效 减水剂 的胶砂强度 , 说明激发剂对粉煤灰活性激发有效, 激发剂与减水剂相容性较 好。 掺粉煤灰加高效减水剂加激发剂的s 2 试样的胶砂2 8 d 强度, 高于 同龄期 的不掺粉煤灰 的基准试样 S 0 , 表明减水剂 、 激 发剂 与水泥和粉煤灰复合浆体有较好的适应性。 1 7 拌 和水 试验采用 自来水。 1 8混凝 土 配 合 比 试验选用 不同掺量的粉煤灰 , 胶凝材料 总量 为 3 9 5 k g m , 水胶比为 0 3 6 , 砂率
13、为 3 3 , 高效减水剂掺量为 1 0 , 粉煤灰 激发剂掺量为 0 6 。 2 粉煤灰对 混凝 土工作性 能的影 响 为研究大掺量粉煤灰对新拌混凝土丁作性的影响 , 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 , 不同粉 煤灰掺量混凝土拌合物的坍落度试验结果如图3所示。 从坍落度试验结果可以看出, 随着粉煤灰掺量的增加 , 坍落 度增加 , 在粉煤灰掺 量为 3 0 时 , 混凝土混合料 的流动性 达到 最好; 由于粉煤灰的粒径比水泥小, 当粉煤灰取代水泥量较高 时 , 需水量会有所上升 , 混凝 土拌 合物的流动性 有所 降低 , 但
14、 即 使粉煤灰掺量达 5 0 , 混凝土坍落度仍大于基准混凝土。 同时 在试验中观察到, 粉煤灰混凝土拌合物的黏聚性、 保水性 良好, 粉煤灰 掺量 , 图 3 不 同粉煤灰掺量混凝土拌合物的坍落度 无离析泌水现象, 说明大掺量粉煤灰混凝土的黏聚性非常优异 , 即使采用大坍落度混凝 土也基本可 以避免泌水现象。 3 粉煤灰对混凝土力学性能的影响 3 1 抗 折 强度 抗折强度是评价路面混凝土承载能力的基本指标。 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 , 不 同粉煤灰 掺量混 凝土各成型
15、3组试件 , 分别测定 7 、 2 8 、 6 0 d抗折强度 , 试验结果 如 图 4所示 。 O l 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 粉煤 灰掺量 , 图 4不同粉煤灰掺量混凝土的抗 折强度 从试验结果可 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 6 0 , 与基准混凝土相 比抗折强度降低 了 1 7 , - 4 2 , 可见 , 掺 人粉煤灰使混凝 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
16、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 、 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 H , 混凝土 的 2 8 、 6 0 d抗折 强度 比 7 d 抗折强度分别提高
17、 了 2 8 和 4 9 ; 掺量为 4 0 g , 2 8 、 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 - 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 。 3 2弹性模 量 混凝 土的脆性 目前 尚无统一的衡量标准 , 工 程界普遍用压 折 比( 混凝土 的抗 压强度与抗 折强度之 比) 和抗折 弹性模 量来 评价 。 路面混凝 土希望有较低 的抗折 弹性 模量 , 这样
18、 在受到荷 载作用时有 比较大的拉伸应变能力, 能够提高混凝土的抗裂能力。 1 25 O 8 6 4 2 0 苫 嘿 辖 7 6 5 4 3 2 暑、 巡 魑辖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试验保持其他组成成分不变, 分别在混凝土中掺人 0 、 1 5 、 仍具有良好的抗冻能力。 测 3 定 混凝土 2 d的抗 压 、 抗折 5 粉 煤灰 对混凝 土耐磨性 能的影响 强 度及弹 性模量 ,试验结果见表 。 仞 坏 伏 b 讯 j ” ” 厂 岩 J 王肫 ” J 表 3 不同粉煤灰掺量混凝土的压折比和弹性模量 从以上试验结果可以看出, 掺粉煤灰混凝土的压折比
19、都比 不掺粉煤灰的基准混凝土小 , 说明掺粉煤灰混凝土的脆性比较 低 , 有利于提高混凝土的抗折强度。 从 弹性模量方 面分析 , 除粉 煤灰掺量为 1 5 的混凝土弹性模量大于基准混凝土外 , 其他均 小于基准混凝 土 , 但是 弹性模量 的变化不是很大 , 说 明掺粉煤 灰混凝土与基准混凝 土的脆性相差不大。 4 粉 煤灰对混凝土抗 冻性 能的影响 本试验采用快速冻融试验法, 按照 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ( ( 公路1 二 程水泥及水泥混凝土试验规程 进行l 5 l , 采用不掺粉煤灰的基准 混凝土和粉煤灰掺量为 3 0 、 4 0 的混凝土, 分别成型 1 0 0 r
20、am 1 0 0 m mx 4 0 0 mm 棱柱 体混凝 土试 件 , 标 准养护 2 8 d , 然后 在 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 , 冻融试验结果如图 5 、 6 所示 。 2 芝 蔚 鬓 誊 鲫 惫 需 0 5O 1 0 0 l 5 O 2 00 250 300 冻融 次数 图 5 混凝土冻融试验质量损失率 冻 融 次 数 图 6混凝 土冻融试验相对动弹模量 通 过试验结果 可以看 出 ,
21、 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 ,-4 0 , 混凝土 1 2 6 本试验按照J T G E 3 0 - - 2 0 0 5 ( 公路工程水泥及水泥混凝
22、土试 验规程 阁 , 采用 1 5 0 mmx l 5 0 minx 1 5 0 m m的立方体标准试件 , 以试件磨损面上单位面积的磨损量来评价的混凝 土耐磨性。制 作不掺粉煤灰 的普通 混凝土和粉煤灰 掺量为 l 5 、 3 0 、 4 0 、 5 0 的混凝土试件 , 每组 3 个试件 , 进行 2 8 d 磨 耗试验 , 试验结 果 , 如图 7所示 g 邑 蝣 垛 恒 晷 粉煤 灰掺 量 图 7 混凝土磨耗试验单位面积的磨 损量 从试验结果可以看出, 粉煤灰掺量为 1 5 的混凝土单位面积 的磨损量小于基准混凝土, 但是掺量为3 0 时, 磨损量大于基榭 昆 凝土, 耐学生降低, 粉
23、煤灰掺量增加到 4 0 时, 耐磨性又有所提高, 说明粉煤灰掺入量对混凝土的耐磨性会产生一定的影响, 在一定 掺量范同内, 粉煤灰混凝土的耐磨 陛能优于基准混凝土 , 但 随着粉 煤灰掺量的增加 , 混凝土的耐磨性又会有所变化。 因此 , 大掺量粉 煤灰是否会降低混凝土的耐磨性还有待进一步研究。 采用 同样水 泥用量 、 砂率 条件下 , 降低水胶 比提高混凝土 强度可以提高混凝土耐磨性 ; 对于大掺量粉煤灰混凝土, 加强 养护和饰面工作 同样也会取得较好 的效果 。 6 粉煤灰对混凝土干缩性能的影响 本试验主要测定混凝土试件在标准养护条件下 的轴 向长度 变形 , 从 而比较不同组 成的混凝
24、土的收缩性 能 , 按照 J T G E 3 O 一 2 0 0 5 ( 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 进行_5 _ 。 采用不掺 粉煤灰 的基准混凝 土和粉煤 灰掺量 为 3 0 、 4 0 的混凝土 , 分 别成型尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 5 1 5 m l T l 的试件 , 3个试件为一 组, 分别测定基准长度和 3 、 7 、 1 4 、 2 8 、 6 0 、 9 0 d的试件长度, 计算 的各 组混凝土在不 同龄期时 的收缩量及干缩率 , 试验 结果 , 如 图 8所 示 龄 期 d 图 8 不 同龄期混凝土的干缩率 下转第 1 2 9页 学兔兔 w w
25、 w .x u e t u t u .c o m 3结 语 影响 因素 图 1 2 8 d抗压强度点图分析 通过正交试验得到 , 再 生混凝 土的较佳配合 比为再生骨料 取代量 为 7 0 , 粉煤灰掺量 4 0 , 减水 剂掺量为 I 2 5 , 水灰 比 为 0 3 。 用此 配合比配制的再生 混凝土和易性也较 好 , 符合实 际 要求 , 可用于普通 混凝 土结 构丁程 在再 生骨料掺量 、 粉煤灰取 代水泥 量及高效减水剂 掺量 、 水灰 比四个因素 中 , 影 响再生混 凝土强度 的主导因素 为水灰比 , 而粉煤灰取代量影响最小 , 与普 通混凝土规律相 同。 随着粉 煤灰及外加剂在
26、再 生混凝土中的推广使用 , 对再 生 混凝土 的性能和施 I : T艺必然会进行更深入 的研究 。 使用再生 混凝土, 不但节省 了清运费用 , 创造很好的经济效益; 而且还可 以减少对环境 的污染 , 维护混凝土材料的可持续发展 。 参考文献 : 1 1 赵玉青, 全玉萍, 闫雪莲 , 等 超细矿渣粉在特细砂水工混凝土中的 应用研 究 混凝土 , 2 0 1 0 ( 8 ) : l 2 9 - l 3 1 2 】胡玉珊, 邢振贤 粉煤灰掺入方式对再生混凝土强度的影响I J J 新型 建筑材 料, 2 0 0 3 ( 5 ) : 2 6 2 7 【 3 】杨东海 , 李喜昌 建筑材料手册【
27、M 北京 : 中国建筑工业出版社 , 1 97 8: 3 9 41 【 4 赵述智 , 王忠德 建材与检测【 M 郑州: 河南混凝土协会, 1 9 9 5 : 8 9 9 2 5 】沈在康 混凝土结构试验【 M 京 : 中国建筑工业出版社, 1 9 9 5 : 7 8 7 9 6 张海宾 , 党志 良, 余方 智 灰色线性回归组合模型在计算给水 管道阻 力系数中的应用f J J 华北水利水电学院院报, 2 0 0 9 ( 1 ) : 1 2 1 4 作者简介 联系地址 赵玉青( 1 9 7 9 一 ) , 女 , 讲师, 硕士, 主要从事混凝土材料的研 究与教学。 河南省郑州币北环路 3 6
28、号 华北水利水电学院土木与交 通学院( 4 5 0 0 1 1 ) 联 系电话 : t 3 8 3 8 3 7 3 8 3 5 上接第 1 2 6页 从以上试验结果可以看出, 粉煤灰掺量为 3 0 和 4 0 的混 ( 6 ) 粉煤灰掺量为 3 0 和4 0 的混凝土干缩量都小于不掺 凝土干缩量都小于不掺粉煤灰的基准混凝土 , 2 8 d的f缩率不 粉煤灰的基准混凝土。 掺粉煤灰混凝土 7 d收缩幅度较大 , 其后 超过 3 1 0 x 1 0 。 随着龄期的增加, 3组混凝土干缩量都增加 , 都 就逐渐放缓, 可见, 掺入粉煤灰能够降低混凝土的早期干缩, 这 是早期收缩 比较大 , 后期放缓
29、 , 但掺粉煤灰混凝 土 7 d收缩幅 度 对混凝土的耐久性有利 。 较 大 , 其后就 逐渐放缓 , 而未 掺粉煤灰 的基准混凝 土到 了 2 8 d 通过 以上 的试验分析研究 , 在路 面水泥混凝土 中粉煤灰掺 才开始放缓。 量为 3 0 4 0 L 1 , 只要正确选用原材料 、 合理确定配合比, 可 可 见 , 掺 人粉 煤灰能够 降低混凝 土的早期干缩 , 这对 混凝 以获得 良好的路用性能 。 土的耐久性 有利 , 避 免了混凝 土在形 成一定 强度抵抗 收缩前形 成大量微裂缝 。 参考文献 : 1 士 ; 口 1 A L V A R O G ,E ff e c t 0 f d
30、r y - s b a k i n g t r e a t l i e D ( ) f 1 c 0 n e e e p a v e m e n l p mp 一 ( 1 ) 掺入粉 煤灰可 以改 善新拌混凝 土的工作性 , 在粉煤灰 掺量为 3 0 时 , 混凝 土拌合物的流云 力 l性达到最好 。 粉煤灰混凝土 拌 合物的黏聚性优异 , 无离析 泌水现象 。 ( 2 ) 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 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 。 ( 3 ) 掺粉煤灰混凝土的压折L PJ 于不掺
31、粉煤灰的基准混凝 土, 除粉煤灰掺量 为 1 5 的混凝土弹性模量大于基准混凝土外 , 其他均小 于基准混凝土 , 说 明掺粉煤 灰混凝土 的脆性 比较低 , 有 利于提高混凝土 的抗折强度。 ( 4 ) 在混凝土中掺加粉煤灰可 以改善混凝 土的微观孑 L 结构 , 降低混凝土的内部孑 L 隙率, 大幅度提高混凝土的密实度和抗冻 性能。 通过冻融试验结果 吖以看 , 粉煤灰掺量达到 3 0 4 0 , 混凝 土仍具有 良好的抗 冻能力 ( 5 ) 粉煤灰在一定掺量范围内, 粉煤灰混凝土的耐磨性能 优于基准混凝土 。 但随着粉煤灰掺量的增加 , 混凝 土的耐磨性又 会有所变化。 大掺量粉煤灰是否
32、会降低混凝土的耐磨陛还有待进 一 步研究 e r t i e ,C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma te ri a l s , 2 0 0 8 ( 2 2 ) : 2 2 0 2 - 2 2 1 】 2 】谢永成 水泥混凝土路面超薄层快速修补技 术f J j l公路 , 2 0 0 0 ( 7 ) : 6 2 6 5 1 3 张华英 , 郭名香 , 李园大掺量粉煤灰混凝土的试验研究 【 J J 佛山科学 技术学院学报: 自然科学版 , 2 0 0 8 , 2 6 ( 2 ) : 5 4 5 6 4 1 J T G F 3 0 - -
33、 - 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 【 5 】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: 联 系地址 : 联系电话 : 朱凯( 1 9 7 7 一 ) , 男, 硕士, 讲师, 从事教学、 科研工作。 河南省平顶山市新城区 河南城建学院土木与材料工程系 办公室( 4 6 7 0 3 6 ) 03 7 5 2 08 9 2 0 l 1 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m