滑模施工粉煤灰混凝土的设计与应用
李德恩,姜世波,刘希峰
(泰安市公路局,山东泰安 271000)
摘要:在青威一级公路工程中使用525#硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰和高效减水剂,利用超量取代法进行了滑模摊铺路面用粉煤灰混凝土的配合比设计。简要介绍了原材料选择,室内试配,生产配合比的调试,根据其工作性及各项检测指标正式确定施工配合比的过程及其施工效果。
关键词:粉煤灰混凝土;滑模施工;配合比;设计
中图分类号:TU528.2
文献标识码:B
文章编号:1000-033X(2002)03-0031-02
设计良好的粉煤灰混凝土可以节约水泥,降低混凝土的水化热,改善新拌混凝土的和易性,同时还具有后期强度高、高抗渗性、低收缩性和徐变等优良结构性能。随着人们对粉煤灰的颗粒形态效应,火山灰活性效应和微集料效应等内在潜能的认识日渐深入,以及混凝土外加剂技术的迅速发展,粉煤灰成为继外加剂之后的又一必要成分的观点正在被越来越多的人所接受。随着滑模施工技术的进一步推广,对粉煤灰水泥混凝土的认识也越来越深入,科学合理地使用粉煤灰掺量,不仅能够提高混凝土路面的强度、耐久性、抗磨性,而且还能提供优良的可施工振捣密实性和滑模的可滑性。青威一级公路路面滑模施工就采用了掺加粉煤灰进行混凝土的配合比设计,对改善混凝土的性能,提高滑模施工的质量起到了良好的效果。
1 原材料的选择
水泥:采用烟台“三菱”牌525#PI硅酸盐水泥。该水泥具有早期强度高,初终凝时间短,水化热大等特点。
粉煤灰:青岛电厂Ⅱ级干排粉煤灰,其品质指标与化学成分见表1、表2。
从以上数据分析看,符合Ⅱ级粉煤灰标准。
从化学成分看,青岛电厂Ⅱ级粉煤灰中SiO2+Al2O3+Fe2O3的含量高达89.9%,从成分上表明其具有较高的潜在活性,CaO为2.47%,属低钙灰。
外加剂:采用徐州QNF型缓凝高效减水剂。
集料:砂为中粗河砂,碎石采用粒径10~30 mm、10~20 mm、5~10 mm的三级配碎石,掺配比例为:10~30 mm碎石∶10~20 mm碎石∶5~10 mm碎石=55∶30∶15。
2 室内试验
2.1 粉煤灰活性对比试验
在实验室内做胶砂对比试验,观察粉煤灰的活性效果,试验结果见表3。
结果表明:用粉煤灰代替部分水泥后,其早期强度偏低,但28 d后强度已开始增高,90 d后强度增长更加明显。同时水泥内掺粉煤灰后,水泥的初凝时间与终凝时间都有较大的延长。如果适当超量取代的话,效果会更好。
2.2 配合比设计
路面混凝土的设计标号为抗折强度(28 d)≥5.0MPa,按普通混凝土进行设计时,外加剂采用徐州NF型高效减水剂,满足施工要求的配合比参数为:525#硅酸盐水泥350 kg/m3,水灰比为0.44,混凝土坍落度为40~50 mm。
按粉煤灰混凝土进行设计时,根据施工要求及《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB1146-90)中的有关设计规定,进行了室内配合比设计、试拌,试配对比情况见表4。
从以上数据来看,抗折强度均满足设计要求,其中掺加粉煤灰的混凝土早期强度略低,但后期强度较高。
第Ⅳ组粉煤灰超量取代水泥配合比28 d抗折强度比基准配合比28 d抗折强度略高,随着时间的延长,粉煤灰进一步水化,强度增长差别会更大,更加符合设计要求。为了验证粉煤灰混凝土与普通混凝土在抗磨蚀性能方面的不同,我们与山东交通科研所对两种配合比28 d试件做抗磨试验。同时做了抗折模量试验,数据见表5。
关于耐磨性的问题,美国公路局的有关研究资料表明:当采用不超过25%掺量的粉煤灰超量取代部分水泥时,可获得不低于基准混凝土的耐磨性能,并指出粉煤灰可用于承受磨耗的混凝土路面工程,尤其适应现代道路工程中采用的低坍落度混凝土滑模摊铺施工的新技术。文献[4]中的试验数据及结论说明:粉煤灰混凝土的后期强度,特别是28 d以后的强度显著增长,其增长幅度大于普通混凝土,而抗磨值是随着强度的增长而增长的。根据以上各种试验结论,我们决定采用第四组配合比进行施工。
3 确定施工配合比
为将实验室配合比变为搅拌楼生产配合比,并验证配合比的可行性,我们选取了200 m试验段进行了试铺。试铺过程中重点观察混凝土的可滑性,表面平整情况,拉毛时的砂浆厚度,外形规矩与否,边部横向平整度和侧面垂直度,是否有塌边流角,振捣密实与否等外观情况,实测混凝土的容重、含气量、坍落度、振动粘度系数、抗折强度、抗压强度等指标,在满足机械施工、所有物理力学指标、耐久性和路面平整度、抗滑技术要求条件下,综合确定了正式摊铺时的施工配合比如下:525#水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水∶减水剂=308∶82∶628∶1 218∶164∶5.505水灰比为0.42,砂率为34%,坍落度控制在40~50 mm范围内。
4 施工效果
从现场施工看,拌和站新拌混凝土坍落度为40~50 mm,摊铺前混凝土坍落度为20~30 mm,混凝土的和易性、粘聚性及保水性都较好,由于掺加了粉煤灰,滑模摊铺后的立边保持良好,拉毛清晰均匀,棱角圆润,无毛刺,24 h后用连续平整度仪测量,平整度标准偏差值在0.71~0.94 mm之间,外观质量达到了预期的效果。
混凝土路面铺筑28 d后,钻取了3组芯样,从外观上看,混凝土芯样密实,无大气泡,骨料分布均匀,砂浆层在1~2 mm左右。测定了圆柱体芯样的劈裂抗拉强度,通过换算得出混凝土的抗折强度,结果见表6。
检测结果显示:换算抗折强度远远高于设计值且数据稳定。以上情况说明粉煤灰混凝土的配合比设计是成功的。
5 结语
(1)粉煤灰混凝土尽管坍落度较小,但粘聚性和工作性好,振动液化范围大,振动能耗小,推进速度快,有利于滑模摊铺机施工出既不坍边,也不麻面,外观优良,平整度好的混凝土路面。
(2)采用超量取代水泥法,可以保证混凝土早期强度达到设计要求。
(3)粉煤灰混凝土在施工中应注意凝结时间延长,早期强度较低的问题,应在气温较高的季节使用并加强养护。
(4)滑模摊铺混凝土路面使用粉煤灰,可变废为宝,它不仅会产生巨大的经济效益,而且同时还具有显著的社会效益。
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