上海總公司
TEL：021-39507036
13818950278
粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面工程中的應(yīng)用
我國粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面工程中的采用自1994年后開始，主要使用在滑膜機(jī)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問題，雖然做了試驗(yàn)路段，但在大規(guī)模高速公路建設(shè)中仍使用較少，其主要原因是現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ012-94中規(guī)定在高速公路水泥混凝土路面中只能使用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥在中等和輕交通的路面，可采用礦渣硅酸鹽水泥。粉煤灰硅酸鹽水泥沒有提及，一般認(rèn)為在高速公路路面中是不可使用的。
國家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“滑模攤鋪水泥混凝土路面修筑成套技術(shù)研究”中，將粉媒灰在滑模機(jī)械施工的水泥混凝土路面中的應(yīng)用作為生產(chǎn)高性能道路混凝土的重要技術(shù)手段之一，進(jìn)行了廣泛深入的研究和大規(guī)模推廣，目前，使用粉煤灰已經(jīng)建成廣東廣花高速公路10km；深汕高速公路320km；佛開高速公路50km；今年正在施工的湖北省黃黃高速公路80km滑模攤鋪水泥混凝土路面工程全部使用了粉煤灰。滑模施工摻粉煤灰的高速公路冰泥混凝土路面里程總計(jì)460km。使用了19.32萬tI、Ⅱ級(jí)粉煤灰，摻量為水泥用量的1/4-1/10。節(jié)約了2.5萬t水泥和1000萬元投資。節(jié)約9399畝土地。減少了排放進(jìn)大氣CO22.5萬t。
粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要參照國家標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90，據(jù)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術(shù)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術(shù)要求管夾閥,箍斷閥
2．1粉煤灰的品質(zhì)
在水泥混凝土路面工程中使用的干粉煤灰要求達(dá)到I、Ⅱ級(jí)灰的技術(shù)要求，并優(yōu)先采用磨細(xì)粉煤灰，即細(xì)度(45μm方孔篩篩余)≤20%；燒失量≤8%；需水量比≤105%；SO3含量≤3%。Ⅲ級(jí)粉煤灰除非有專門的粉煤灰水泥混凝上試驗(yàn)論證證明路面所要求的抗折強(qiáng)度達(dá)到要求，否則，不得使用。濕排粉煤灰結(jié)塊成團(tuán)，攪拌不開或不均勻，嚴(yán)重影響和降低混凝土混合料的質(zhì)量，不得在水泥混凝土路面工程中使用。
2．2粉煤灰的摻量
研究表明：水泥混凝土路面中推薦摻用的粉煤灰量—般使用普通硅酸鹽水泥應(yīng)在1/4-1/10之間，試驗(yàn)路段工程中的*大摻量30%；但早期抗折強(qiáng)度偏低，斷板及養(yǎng)護(hù)問題突出，不推薦大摻量。我們的指導(dǎo)思想是使用粉煤灰，應(yīng)在保證路面混凝土各項(xiàng)要求的前提下進(jìn)行，不追求高摻量。另—個(gè)重要原因是我國高速公路使用的水泥絕大多數(shù)是普通硅酸鹽水泥，這與國際上使用波特蘭水泥不同，這種水泥中已經(jīng)摻有15%左右的混合材料，如果摻30%粉煤灰，混合材料的總量已超45%之多。這佯多的粉煤灰和混合材料，從膠材料理論上講是不合適的，是不可能全部水化發(fā)揮強(qiáng)度效能的，國內(nèi)外的理論研究表明：硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏*多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng)，從而得到強(qiáng)度。如果粉煤灰的摻用不能得到應(yīng)有的強(qiáng)度，那么它于混凝土中的土和石粉的功能是—樣的，對混凝土路面性能是有害而無利的。管夾閥,箍斷閥
2．3粉煤灰水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)
粉煤灰水泥混凝土路面配合比設(shè)計(jì)方法使用超摻法，超摻系數(shù)I級(jí)灰使用1.3；Ⅱ級(jí)灰采用1.5。超過部分代砂并折減砂的用量。我們研究規(guī)定在任何情況下，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*大用量不得大于100kg/m3；—般高速公路滑模攤鋪水泥混凝土路面工程使用水泥525號(hào)用量為300-320kg/m3；粉煤灰用量50-80kg/m3。粉煤灰混凝土的其它配合比設(shè)汁參數(shù)與普通路面混凝土基本相同，僅在使用引氣劑時(shí)(要求在水泥混凝土路面工程中強(qiáng)制使用)，達(dá)到相同含氣量的引氣劑劑量要成倍增大。
3 水泥混凝土路面工程中使用粉煤灰的優(yōu)缺點(diǎn)
3．1改善工作性
水泥混凝土中使用粉煤灰，不僅使膠疑材料的總量增大，路面外觀光滑平整；而且工作性大大改善，以滑模攤鋪水泥混凝土路面為例，研究表明：粉煤灰水泥混凝土的振動(dòng)粘度系數(shù)減少，有利于振搗密實(shí)，同時(shí)其靜態(tài)塌落度較小，有利防止路面塌邊。滑模攤鋪水泥混凝土路面耀解決的主要工藝矛盾是振搗密實(shí)要求較稀的混合料(較小的振動(dòng)粘度系數(shù))和防止塌邊要求較干的拌和物(塌落度較小)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。目前的研究表明，只有摻粉煤灰具備解決上述相互矛盾的工藝要求，分析表明；這是由于粉煤灰具有較大的表面積和球狀微珠對流變性能的影響所致。
3．2提高后期抗折強(qiáng)度
滑模攤鋪水泥混凝土路面使用粉煤灰，盡管早期抗折強(qiáng)度略偏低，但后期抗折強(qiáng)度高。使用20%以上的Ⅱ級(jí)粉煤灰，10個(gè)月的抗折強(qiáng)度可超過7MPa，詳見表1。
表1 摻粉煤灰的水泥混凝土路面抗折強(qiáng)度管夾閥,箍斷閥
隨齡期的增長狀況
| I級(jí)粉煤灰 | 抗折強(qiáng)度（MPa） | 水灰比W/C | |||
| 普硅水泥525號(hào) | 7d | 28d | 90d | （超過）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 |
備注：在此試驗(yàn)中，塌落度3-4cm；碎石*大粒徑Dmax=30mm；河砂中砂細(xì)度模數(shù)FM=2.7；砂率=32%，復(fù)合使用緩凝減水劑和引氣劑。
由表1可見當(dāng)粉煤灰混凝土28d抗折強(qiáng)度大于4.5MPa，90d抗折強(qiáng)度將超過6MPa，1a抗折強(qiáng)度可超過7MPa，粉煤灰摻量越多，長期抗折強(qiáng)度提高得越大。粉煤灰摻量達(dá)到30%，1a齡朗的抗折強(qiáng)度為8.1MPa。
3．3改善抗磨性
由于水泥混凝土中摻用粉煤灰，其后期抗折強(qiáng)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強(qiáng)度成線性正比關(guān)系。
3．4粉煤灰水泥混凝土的干縮大，易產(chǎn)生塑性收縮開裂
施工實(shí)踐表明，粉煤灰水泥混凝土由于膠凝材料總量偏多，一般不摻粉煤灰的水泥混凝路面525號(hào)水泥用量在320-350kg/m3；而摻粉煤灰的水泥混凝土材料的總量在350-400kg/m3。425號(hào)水泥不摻粉煤灰在350-380kg/m3；摻粉煤灰的425號(hào)水泥混凝土在400-460kg/m3。顯然膠凝材料總量過多，在夏季大風(fēng)天氣是不抗裂的，極易產(chǎn)生塑性收縮
裂縫。實(shí)驗(yàn)表明粉煤灰混凝土在0.57kg/m2h蒸發(fā)率的條件下就會(huì)開裂；而純水泥的混凝土同樣條件下，開裂蒸發(fā)率將為0.75kg/m2h。在我國的氣候條下，我們研究得出的水泥混凝土路面這種薄壁結(jié)構(gòu)防止塑性收縮開裂的臨界蒸發(fā)率不是1.0kg/m2h；而是0.5kg/m2h。這—點(diǎn)與美國ACL和ACPA的研究結(jié)論是不同的。后者至少對粉煤灰水泥混凝土路面防止塑性收縮開裂更加可靠。使粉煤灰發(fā)生生的塑性收縮開裂，在施工中可采取—定的手?jǐn)嗉右杂行Э刂疲⒉粐?yán)重防礙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強(qiáng)度低，易發(fā)生施工期斷板
粉煤灰水泥混凝土路面早期偏低，易發(fā)生施工期斷板，特別是在路面邊連接攤鋪的情況下更為突出，當(dāng)滑模攤鋪機(jī)履帶可以駛上前幅攤鋪的路面時(shí)，由于溫度的作用，前幅路面上已經(jīng)有一半的縮縫是裂通的，裂通的縮縫通過拉桿，向剛攤鋪的水泥混凝土路面?zhèn)鬟f開裂變形，致使強(qiáng)度低的粉煤灰混凝土路面大量斷板，粉煤灰摻量越大這種斷板越多，摻30%的水泥混凝土路面在施工中，200m連接攤鋪路面上發(fā)生了13條對應(yīng)斷板。這是施工中應(yīng)特別注意的。后來，我們在高速公路粉煤灰水泥混凝土路面推廣使用軟切縫技術(shù)，提早切割已經(jīng)斷開縮縫位置，有效地遏制了對應(yīng)斷板的發(fā)生。
3．6粉煤灰水泥混凝土路面要求延長養(yǎng)護(hù)期
高速公路水泥混凝土路面上使用粉煤灰由于早期強(qiáng)度低所以要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，—般混凝土路面養(yǎng)護(hù)7-10d,粉煤灰水泥混凝土路面就必須養(yǎng)護(hù)10-15d以上。這會(huì)使養(yǎng)護(hù)費(fèi)用略為增加。
盡管，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處，但優(yōu)缺點(diǎn)相比，優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，只要采取了合適的技術(shù)措施，可克服其缺點(diǎn)，而得到其優(yōu)點(diǎn)。使水泥混凝土路面易于施工、平整度等外觀更好，抗折強(qiáng)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術(shù)手段之一，值得提倡。
4 結(jié)語
我國在數(shù)條滑模攤鋪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19.32萬tI、Ⅱ級(jí)粉煤灰，摻量為水泥用量的1/4-1/10。節(jié)約了2.5萬t水泥和1000萬元投資。節(jié)約9399畝土地。大大減少了排放進(jìn)大氣的CO2。