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1前言
    我国粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面工程中的采用自1994年后开始,主要使用在滑膜机械施工的高速公路水泥混凝土路面工程中,其它施工方式除了振碾混凝土路面外使用得很少,而振碾混凝土路面由于其平整度和表面耐磨性等问题,虽然做了试验路段,但在大规模高速公路建设中仍使用较少,其主要原因是现行《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJ012-94中规定在高速公路水泥混凝土路面中只能使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥在中等和轻交通的路面,可采用矿渣硅酸盐水泥。粉煤灰硅酸盐水泥没有提及,一般认为在高速公路路面中是不可使用的。
    国家“八五”科技攻关项目“滑模摊铺水泥混凝土路面修筑成套技术研究”中,将粉媒灰在滑模机械施工的水泥混凝土路面中的应用作为生产高性能道路混凝土的重要技术手段之一,进行了广泛深入的研究和大规模推广,目前,使用粉煤灰已经建成广东广花高速公路10km;深汕高速公路320km;佛开高速公路50km;今年正在施工的湖北省黄黄高速公路80km滑模摊铺水泥混凝土路面工程全部使用了粉煤灰。滑模施工掺粉煤灰的高速公路冰泥混凝土路面里程总计460km。使用了19.32万tI、Ⅱ级粉煤灰,掺量为水泥用量的1/4-1/10。节约了2.5万t水泥和1000万元投资。节约9399亩土地。减少了排放进大气CO22.5万t。
    粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要参照国家标准《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90,据研究,在高速公路水泥混凝土路面工程中使用粉煤灰主要有以下技术要求:
    2  高速公路水泥混凝土路面工程中使用粉煤灰的主要技术要求

    2.1粉煤灰的品质
    在水泥混凝土路面工程中使用的干粉煤灰要求达到I、Ⅱ级灰的技术要求,并优先采用磨细粉煤灰,即细度(45μm方孔筛筛余)≤20%;烧失量≤8%;需水量比≤105%;SO3含量≤3%。Ⅲ级粉煤灰除非有专门的粉煤灰水泥混凝上试验论证证明路面所要求的抗折强度达到要求,否则,不得使用。湿排粉煤灰结块成团,搅拌不开或不均匀,严重影响和降低混凝土混合料的质量,不得在水泥混凝土路面工程中使用。
    2.2粉煤灰的掺量
    研究表明:水泥混凝土路面中推荐掺用的粉煤灰量—般使用普通硅酸盐水泥应在1/4-1/10之间,试验路段工程中的最大掺量30%;但早期抗折强度偏低,断板及养护问题突出,不推荐大掺量。我们的指导思想是使用粉煤灰,应在保证路面混凝土各项要求的前提下进行,不追求高掺量。另—个重要原因是我国高速公路使用的水泥绝大多数是普通硅酸盐水泥,这与国际上使用波特兰水泥不同,这种水泥中已经掺有15%左右的混合材料,如果掺30%粉煤灰,混合材料的总量已超45%之多。这佯多的粉煤灰和混合材料,从胶材料理论上讲是不合适的,是不可能全部水化发挥强度效能的,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,从而得到强度。如果粉煤灰的掺用不能得到应有的强度,那么它于混凝土中的土和石粉的功能是—样的,对混凝土路面性能是有害而无利的。

    2.3粉煤灰水泥混凝土配合比设计
    粉煤灰水泥混凝土路面配合比设计方法使用超掺法,超掺系数I级灰使用1.3;Ⅱ级灰采用1.5。超过部分代砂并折减砂的用量。我们研究规定在任何情况下,水泥混凝土路面中使用的水泥用量不得小于250kg/m3;粉煤灰的最大用量不得大于100kg/m3;—般高速公路滑模摊铺水泥混凝土路面工程使用水泥525号用量为300-320kg/m3;粉煤灰用量50-80kg/m3。粉煤灰混凝土的其它配合比设汁参数与普通路面混凝土基本相同,仅在使用引气剂时(要求在水泥混凝土路面工程中强制使用),达到相同含气量的引气剂剂量要成倍增大。
    3 水泥混凝土路面工程中使用粉煤灰的优缺点
    3.1改善工作性
    水泥混凝土中使用粉煤灰,不仅使胶疑材料的总量增大,路面外观光滑平整;而且工作性大大改善,以滑模摊铺水泥混凝土路面为例,研究表明:粉煤灰水泥混凝土的振动粘度系数减少,有利于振捣密实,同时其静态塌落度较小,有利防止路面塌边。滑模摊铺水泥混凝土路面耀解决的主要工艺矛盾是振捣密实要求较稀的混合料(较小的振动粘度系数)和防止塌边要求较干的拌和物(塌落度较小)协调统一。目前的研究表明,只有掺粉煤灰具备解决上述相互矛盾的工艺要求,分析表明;这是由于粉煤灰具有较大的表面积和球状微珠对流变性能的影响所致。
    3.2提高后期抗折强度
滑模摊铺水泥混凝土路面使用粉煤灰,尽管早期抗折强度略偏低,但后期抗折强度高。使用20%以上的Ⅱ级粉煤灰,10个月的抗折强度可超过7MPa,详见表1。
    表1                               掺粉煤灰的水泥混凝土路面抗折强度                                             随龄期的增长状况

I级粉煤灰
掺量(%)C

抗折强度(MPa)

水灰比W/C
水泥用量
kg/m3

普硅水泥525号

7d

28d

90d

(超过)1a

W/C=0.42

 0

5.3

6.0

6.1

6.2

C=350

10

5.1

5.6

6.2

7.0

C=330

15

4.7

5.4

6.3

7.3

C=310

20

4.6

5.1

6.4

7.8

C=290

25

4.4

4.7

6.5

7.9

C=270

30

4.1

4.5

6.7

8.1

C=250

    备注:在此试验中,塌落度3-4cm;碎石最大粒径Dmax=30mm;河砂中砂细度模数FM=2.7;砂率=32%,复合使用缓凝减水剂和引气剂。
    由表1可见当粉煤灰混凝土28d抗折强度大于4.5MPa,90d抗折强度将超过6MPa,1a抗折强度可超过7MPa,粉煤灰掺量越多,长期抗折强度提高得越大。粉煤灰掺量达到30%,1a龄朗的抗折强度为8.1MPa。
    3.3改善抗磨性
由于水泥混凝土中掺用粉煤灰,其后期抗折强度提高,后期抗磨性也大大提高,研究表明,混凝土路面的抗磨性于强度成线性正比关系。
    3.4粉煤灰水泥混凝土的干缩大,易产生塑性收缩开裂
    施工实践表明,粉煤灰水泥混凝土由于胶凝材料总量偏多,一般不掺粉煤灰的水泥混凝路面525号水泥用量在320-350kg/m3;而掺粉煤灰的水泥混凝土材料的总量在350-400kg/m3。425号水泥不掺粉煤灰在350-380kg/m3;掺粉煤灰的425号水泥混凝土在400-460kg/m3。显然胶凝材料总量过多,在夏季大风天气是不抗裂的,极易产生塑性收缩
裂缝。实验表明粉煤灰混凝土在0.57kg/m2h蒸发率的条件下就会开裂;而纯水泥的混凝土同样条件下,开裂蒸发率将为0.75kg/m2h。在我国的气候条下,我们研究得出的水泥混凝土路面这种薄壁结构防止塑性收缩开裂的临界蒸发率不是1.0kg/m2h;而是0.5kg/m2h。这—点与美国ACL和ACPA的研究结论是不同的。后者至少对粉煤灰水泥混凝土路面防止塑性收缩开裂更加可靠。使粉煤灰发生生的塑性收缩开裂,在施工中可采取—定的手断加以有效控制,并不严重防碍粉煤灰在水泥混凝土路面中的使用。
    3.5粉煤灰水泥混凝土路面早期强度低,易发生施工期断板
    粉煤灰水泥混凝土路面早期偏低,易发生施工期断板,特别是在路面边连接摊铺的情况下更为突出,当滑模摊铺机履带可以驶上前幅摊铺的路面时,由于温度的作用,前幅路面上已经有一半的缩缝是裂通的,裂通的缩缝通过拉杆,向刚摊铺的水泥混凝土路面传递开裂变形,致使强度低的粉煤灰混凝土路面大量断板,粉煤灰掺量越大这种断板越多,掺30%的水泥混凝土路面在施工中,200m连接摊铺路面上发生了13条对应断板。这是施工中应特别注意的。后来,我们在高速公路粉煤灰水泥混凝土路面推广使用软切缝技术,提早切割已经断开缩缝位置,有效地遏制了对应断板的发生。
    3.6粉煤灰水泥混凝土路面要求延长养护期
    高速公路水泥混凝土路面上使用粉煤灰由于早期强度低所以要加强养护,并适当延长养护时间,—般混凝土路面养护7-10d,粉煤灰水泥混凝土路面就必须养护10-15d以上。这会使养护费用略为增加。
    尽管,粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面上大量使用有其不足之处,但优缺点相比,优点大于缺点,只要采取了合适的技术措施,可克服其缺点,而得到其优点。使水泥混凝土路面易于施工、平整度等外观更好,抗折强度高;抗磨耐久性更佳。粉煤灰是制作高性能道路的混凝土的重要技术手段之一,值得提倡。
    4 结语
    我国在数条滑模摊铺高速公路水泥混疑土路面工程中使用了粉煤灰,建成高速公路460km,使用了19.32万tI、Ⅱ级粉煤灰,掺量为水泥用量的1/4-1/10。节约了2.5万t水泥和1000万元投资。节约9399亩土地。大大减少了排放进大气的CO2

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