粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面中的应用

林习玲,张立峰

(1.黑龙江东绥高速公路有限责任公司;2.牡丹江公路设计院)

1 室内试验

1.1 粉煤灰的技术要求

粉煤灰是热电厂的排放场,其堆放不仅占用大量土地,而且污染环境,但若用于建材,会取得较好经济效益。由于燃烧和回收工艺的不同,粉煤灰的品质也有很大差别。

在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰,要求达到Ⅱ级以上粉煤灰的技术要求,并先采用磨细粉煤灰。Ⅲ级灰各项技术指标不能满足路面混凝土的要求,只能用于基层。

1.2 粉煤灰的掺量

国内外的理论研究表明,硅酸盐水泥中可释放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反应,从而提高强度。在长常高速公路益常段路面施工中,强制规定每1m3水泥混凝土至少使用360kg水泥。当1m3水泥凝土使用360kg525#普通硅酸盐水泥、水灰比0.41、砂率37%时,初步确定掺入粉煤灰20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg进行试配,得出结果是掺入 45kg粉煤灰的混凝土综合性能最佳。此时粉煤灰掺量为水泥用量的 12.5%。推荐使用粉煤灰掺量为水泥用量的8%～20%。

1.3 粉煤灰水泥混凝土的配合比设计

粉煤灰水泥混凝土的配合比设计根据《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90规定的超量取代法进行,超量系数取 1.5,由此增加的粉煤灰体积减去同体积的砂。

2 粉煤灰对水泥混凝土性能的改善

2.1 改善工作性能

粉煤灰的掺入,使胶凝材料的总量增加,混凝土工作性能大幅度改善,更适合路面滑模摊铺:(1)粉煤灰水泥混凝土的振动粘度系数减小,有利于振捣密实;(2)静态坍落度变小,有利于防止塌边;(3)胶凝材料的总量增加使摊铺成型的路面光滑平整;(4)和易性的改善,减小了摊铺机前进的阻力,减轻了摊铺机的工作负荷。

这些性能的改善是由于粉煤灰有较大的比表面积和球状微珠对流变学性能的影响所致。在对未掺入粉煤灰的水泥混凝土摊铺时,为了振动密实,必须提高混凝土的坍落度,这样的混凝土容易塌边。如果为了防止塌边,必须降低混凝土坍落度,这样又必须加大振捣棒的振动频率,同时机器前进的阻力增大,加大了机器的工作负荷。加粉煤灰后,这一矛盾得到了协调统一。

2.2 提高抗折强度

滑模摊铺水泥混凝土使用粉煤灰,能提高抗折强度,尤其是使后期强度大幅度提高。粉煤灰的掺量越大,龄期越长,强度提高越大。

2.3 改善抗磨性

水泥混凝土路面的抗磨性与强度成线性正比关系。随着路面抗折强度的提高,抗磨性也随之提高。通过对 28d龄期的试件进行抗磨性试验,粉煤灰掺量为水泥用量12.5%粉煤灰混凝土比普通水泥混凝土的抗磨性提高23%。

2.4 降低泌水率

由于机械配套的限制,国内滑模摊铺路面多采用自卸车运输混合料,在运输过程中较严重的泌水将会导致混合料工作性能降低,并产生卸料困难,降低工作效率,提高劳动强度。掺入粉煤灰可降低混凝土的泌水率,有利于混凝土的运输。

2.5 降低水泥水化速度

掺入粉煤灰可降低水泥水化速度,混合料凝结时间延长,有利于高温季节施工,并有利于远距离运输。

3 存在的问题及其处理措施

3.1 粉煤灰混凝土干缩性大,高温大风季节施工易产生塑性收缩开裂

研究表明,粉煤灰水泥混凝土在0.57kg/m2·h蒸发率的条件下就会产生塑性收缩裂缝,而普通水泥混凝土则产生塑性收缩裂缝的临界蒸发率为0.75kg/m2·h,这一点是值得高度重视的。

通过一定技术措施,完全可以控制裂缝的产生。在施工中,在摊铺成型的混凝土路面拉毛喷洒养护剂后,马上用土工布覆盖,避免烈日的照射,降低蒸发率,并在土工布上洒水,保持湿润,补充蒸发的水分。另外,还采用了在摊铺成型路面拉毛喷酒养护剂过后喷酒雾化水的方法来控制裂缝的产生,前者比后者更保险。在施工过程中,要提高对裂缝产生的警惕性,在气温大于 28℃,或是多风的季节,要做好控制裂缝产生的准备工作。

3.2 低温季节施工易发生施工期断板和裂缝

(1)冬季施工,由于水泥化较慢,板块早期强度很低,由于板块内应力和外部因素的影响,产生断板。益常路路面由于在冬季施工时开放施工交通的时间远远迟于 28d和加强了施工质量管理,此类型的断板几乎没有发生。

(2)在两幅路面连接施工时产生断板。前一幅路面摊铺后,由于温度应力的用作,横向缩缝处大部分断裂。由于温度的变化,裂缝通过拉杆向刚施工的、强度偏低的路面传递开裂变形,致使刚施工的面板出现大量断板。此类型断板在益常路,其中 26km的路面中已经出现 68块断板,超过规范容许值,花费了一定的资金进行处理。其中有一段落的3.75m块的板块连续有 15块断板。这些断板大多集中产生、分布在几个路段,都在低温季节施工时产生的。大部分断板靠近缩缝位置,显然也与缩缝传力杆的约束有关。之所以产生了大量断板,一是由于承包人没能及时发现断板的形成原因;二是管理上的松懈,导致切缝时间延误和切缝的质量下降。通过采用软切割技术提早锯横缝,并适当加深锯缝,保证锯缝质量,解决了此问题。

(3)在纵向缩缝旁产生裂缝。此裂缝的分布规律与“3.1”所述的裂缝一样,但形成的机理不一样。施工气温较低时,混凝土强度形成缓慢,由于温度应力的作用和纵向缩缝拉杆的约束,产生了裂缝。控制裂缝的措施是通过采用软切割术提早锯纵缝,或在施工气温低于 10℃时停止施工。

4 结 论

在水泥混凝土中适当地掺入粉煤灰后,改善了混凝土的工作性能,降低了泌水率和水泥水化速度,使之更适合滑模摊铺施工,提高了路面的抗折强度和抗磨性,提高了高速公路工程质量,保护环境,取得了可观的社会效益和经济效益。虽然存在干缩性大、早期强度低等缺陷,但通过合理的技术措施和加强施工管理,这些问题完全可以解决,并不妨碍粉煤灰的使用。粉煤灰水泥混凝土在高速公路水泥路面工程中值得推广。