水泥粉煤灰.docx
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水泥粉煤灰
浅谈水泥粉煤灰稳定碎石基层龄期、温度、掺
量与强度的关系
1简述粉煤灰是一种气硬性材料,当与水泥、石灰等材料拌和均匀,经过充分压实达到一定龄期后具有较高的抗压强度。
同时,水泥粉煤灰稳定碎石和水泥稳定碎石相比较具有温缩和干缩较小的特性,能有效地减少基层的收缩裂纹,提高基层的整体质量,延长路面使用寿命。
但粉煤灰本身不能独立作为一种粘结材料,只有与水泥或石灰结合才能形成强度。
早期强度增长较慢,专家普遍认为粉煤灰强度需90天才能完成,也有专家认为粉煤灰的强度需180天才能完成。
粉煤灰是火力发电厂的工业废料,安(阳)林(州)高速公路沿线有多座大中型火力发电厂,粉煤灰储存量很大。
因干燥的粉煤灰容重小,容易被风刮起,是安阳地区主要空气污染源之一。
粉煤灰属工业废料,不需要开采和加工,材料成本低,是一种廉价的筑路材料。
安林高速公路项目公司技术决策人将原设计路面基层结构为(底基层)水泥碎石+(下基层)石灰粉
煤水泥稳定土+(上基层)水泥稳定碎石变更为三层均采用不同比例的水泥、粉煤灰稳定碎石结构,不管是从技术、环保和成本角度考虑无疑都是一个大胆的尝度和明智的举措。
水泥粉煤灰稳定碎石路面基层结构在全国的公路建设中使用权用还不普遍,目前尚无相应的技术标准和规范,给公路的参建者带来诸多不便。
为总结安林高速公路水泥粉煤灰稳定碎石的施工经验,摸索水泥粉煤灰稳定碎石施工工艺,积累各种施工参数。
在监理代表处牵头组织的三个路面施工单位共四家试验室,30余人参加,历时六个月,在不耽误正常工作的前提下,进行了水泥粉煤灰稳定碎石和水泥稳定碎石的龄期、温度、延迟、掺量与无侧限抗压强度关系的试验,达到了预期目的。
由于本次试验是在业余情况下进行的,时间紧迫,一些该作的试验如粉煤灰的细度和强度关系、温缩和干缩的对比试验、水泥稳定碎石28天以后强度和水泥粉煤灰稳定碎石90天以后的强度增长试验还未完成。
因工地试验室条件简陋,为力求试验准确,个别试验反复作了多次。
本次试验自始至终得到了安林高速公路项目公司的关注,特别是项目领导支持和鼓励及具体的指导,从而使本试验项目能得以顺利地进行。
2试验人员组织和方案的确定
本试验由路面监理代表处牵头,三个施工单位参加,力求试验准确,本着试验统一指挥,人员统一调配,材料统一供应,设备统一使用,试件统一养护和试压、资料统一收集和共享的原则。
以指导施工为主要目的,严肃、认真、科学的态度、严格按试验规程和操作方法完成了本次试验任务。
共完成试验项目五项,制作有效试件111组计666个。
2.1原材料及其试验参数
2.1.1原材料供应
水泥:
同一批号的湖波P.S.32.5缓凝矿渣水泥,各项指标符合技术规范要求。
见表1
湖波P.S.32.5水泥各种试验数据表达表1
试验项目
标准
实测结果
备注
细度(0.08mm
筛余%
<10.0
2.4
合格
标准稠度(%
27.8
凝结时间
初凝
min
>45
340
合格
终凝
min
<10.0
380
合格
安定性
试饼法
无裂缝、无翘曲
合格
雷氏夹法
抗折强度
3d
MPa
>2.5
3.8
合格
28d
MPa
>5.5
7.0
合格
抗压强度
3d
Mpa
>10.0
14.4
合格
28d
>32.5
36.8
合格
粉煤灰:
林州宏机电力公司生产的温排粉煤灰。
其细度(0.075mm方孔筛通过量)为89%烧失量为
7.4%、矿物总量(SiO2、AI2Q、FezQ)为84.5%。
见下表.
粉煤灰技术性能试验报告
建设项目:
安阳至林州高速公路AL13合同段
试验单位:
中铁十五局集团第七工程有限公司工地试验室
施工单位:
中铁十五局集团第七工程有限公司工地试验室
产地:
林州宏机电力公司材料各称:
粉煤灰
代表数量:
取样编号:
施工路段:
K17+072.5-K34+229.5用途:
水泥粉煤灰稳定碎石(底基层)
试验项目
标准
结果
备注
SiO2、Al2O3、Fe^O3总含量
大于70(%)
80.4
合格
烧失量
不大于20(%)
14.4
合格
水洗法0.3mm通过量
不小于90(%)
96.1
合格
水洗法0.075mm通过量
不小于70(%)
85.6
合格
含水量
不大于35(%)
13.2
合格
试验:
计算:
复核:
阳群明试验日期:
2005-8-12
碎石:
许家沟石料厂生产的石灰岩碎石,技术指标符合要求,集料的级配范围通过单料经筛分后进行
人工掺配,接近级配范围的中值。
底基层采用四档级配碎石:
0〜4.75、4.75〜9.5、9.5〜19、19〜37.5mm
(方孔筛),上下基层采用三档级配碎石:
0〜4.75、4.75〜9.5、9.5〜19mm(方孔筛)组成。
2.1.2试件制作与养护
试件采用静压法成型,试件尺寸为15*15cm圆柱体试件,进行抗压强度和劈裂强度试验,每一组平
行试件为六个。
试件成型后用塑料袋密封,放置于标准养护室(20±2C)保湿养护,温度(5C、10C、
15C、25C)与强度试验试件采用标准养护箱保湿养护。
试件强度采用去掉个别偏离值过大的以后的试件
平均值。
水泥粉煤灰稳定碎石采用90天标准养护强度作为标准强度,水泥稳定碎石采用28天标准养护强
度作为标准强度。
2.1.3试件成型参数见表2、表3
试件的最大干密度和最佳含水量统一由一个试验室试验,资料各个试验室共同使用。
水泥粉煤灰稳定碎石的最大干容重和最佳含水量表表2
水泥:
粉煤灰:
碎石
最大干密度(g/cm3)
最佳含水量(%
3:
15:
82
2.10
7.5
4:
11:
85
2.13
8.5
5:
5:
90
2.26
6.0
3:
18:
79
2.03
8.0
3:
12:
85
2.13
6.8
3:
9:
88
2.17
6.8
3:
6:
91
2.25
6.0
5:
11:
84
2.13
7.5
5:
9:
86
2.19
7.0
5:
7:
88
2.20
5.8
5:
3:
92
2.28
5.8
水泥稳定碎石的最大干容重和最佳含水量表表3
水泥:
碎石
最大干密度(g/cm3)
最佳含水量(%
3:
97
2.36
4.7
4.5:
95.5
2.37
4.8
6:
94
2.37
5.0
3试验和结论
3.1龄期与强度关系试验
标准养护室养护,温度为20±2C。
龄期分别做7、14、28、56、90天无侧限抗压强度(水泥稳定碎石为28天)和90天劈裂强度试验。
设定配合比6个,其中水泥粉煤灰稳定碎石3个,水泥稳定碎石3个,
配合比如下:
龄期与抗压强度关系表表4
配合比
龄期
7d
14d
28d
56d
90d
水泥:
粉煤灰:
碎石=3:
15:
82
2.5
3.3
6.2
6.7
7.8
水泥:
粉煤灰:
碎石=5:
5:
90
6.5
7.3
8.5
9.2
11.6
水泥:
粉煤灰:
碎石=4:
11:
85
3.1
4.2
5.7
7.7
7.7
水泥:
碎石=3:
97
4.6
6.0
7.9
/
/
水泥:
碎石=4.5:
95.5
7.0
8.0
8.4
/
/
水泥:
碎石=6:
94
8.5
9.1
10.0
/
/
龄期与抗压强度关系图
水泥:
粉煤灰:
碎石=3:
15:
82如图1
龄期(天)
水泥:
粉煤灰:
碎石=5:
5:
90如图2
龄期(天)
龄期(天)
水泥:
碎石=3:
97如图4
龄期(天)
14
21
28
35
龄期(天)
水泥:
碎石=6:
94如图6
龄期(天)
图6
在标准养护条件下3:
15:
82的水泥粉煤灰稳定碎石7天强度仅为90天的29%14天为42%28天为78%90天强度比28天增加了26%4:
11:
85的水泥粉煤灰稳定碎石7天强度为90天的40%14天为54%28天为74%90天强度比28天增加了35%5:
5:
90的水泥粉煤灰稳定碎石7天强度为90天的56%14天为63%28天为73%90天强度比28天增加了36%说明水泥粉煤灰稳定碎石强度在28天以后仍有较的增长,因试验时间关系,90天以后未作试件,强度是否还会增长或还能增长多少还是一个未知
数。
鉴于以上情况,建议水泥粉煤灰稳定碎石的强度评定以90天为宜。
在标准养护条件3:
97的水泥稳定碎石,7天的强度为28天的58%14天为76%由于当前普遍以水泥碎石28天强度作为标准强度,所以28天以后的水泥稳定碎石没有作试件。
由以上资料表明水泥粉煤灰稳定碎石早期强度低于水泥稳定碎石大约50%施工中若工期紧迫,建议
在配合比设计中应优先选用水泥稳定碎石。
3.2养护温度与强度关系试验
养护温度分别为5C、10C、15C、20C、25C,采用标准养箱养护,养护时间为28天。
水泥:
粉煤灰:
碎石=3:
15:
82
水泥:
粉煤灰:
碎石=5:
5:
90
水泥:
碎石=3:
97
水泥:
碎石=4.5:
95.5
水泥:
碎石=6:
94
养护温度与抗压强度关系表表5
配合比
温度
5C
10C
15C
20C
25C
水泥:
粉煤灰:
碎石
=3:
15:
82
3.1
4.2
4.5
6.2
6.4
水泥:
粉煤灰:
碎石
=5:
5:
90
6.5
7.5
8.1
8.5
8.8
水泥:
碎石=3:
97
4.3
5.6
6.3
7.9
8.0
水泥:
碎石=4.5:
95.5
7.1
7.3
7.5
8.4
8.7
水泥:
碎石=6:
94
8.6
8.8
9.5
10.0
10.3
养护温度与抗压强度关系图
养护温度(摄氏度)
养护温度(摄氏度)
水泥:
碎石=4.5:
95.5如图10
养护温度(摄氏度)
图10
养护温度(摄氏度)
图11
3:
15:
82水泥粉煤灰稳定碎石养护温度5C的抗压强度仅为20C的50%10C为68%3:
97水泥稳定
碎石养护温度5C的抗压强度为20C的54%10C为70%以上资料表明不论是水泥粉煤灰稳定碎石还是水泥稳定碎石在低温条件下强度形成都比较慢,两者强度和温度的关系基本相同。
由于低温强度形成慢,检测、开放交通和下一工序施工时间应作适当的延长。
3.3延迟时间与强度关系试验
养护温度为20C,延迟2、3、4、6、8小时,7天无侧限抗压强度。
延迟时间与强度关系表表6
配合比
延迟时间(h)
2
3
4
6
8
水泥:
粉煤灰:
碎石=4:
11:
85
3.6
3.6
3.5
3.3
3.2
水泥:
碎石=6:
94
4.1
3.9
3.9
3.8
3.1
图12
6:
94延迟时间与强度关系图如图13
图13
水泥粉煤灰的稳定碎石延迟8小时内强度变化不是太大,仅下降了11%而水泥稳定碎石延迟2小时
后强度开始下降,8小时下降了24%由此可见水泥粉煤灰稳定碎石延迟时间较长,更有利于施工。
3.490天劈裂强度试验
养护温度20C,龄期90天。
水泥粉煤灰稳定碎石和水泥稳定碎石各配合比为:
水泥:
粉煤灰:
碎石=5:
5:
90
水泥:
粉煤灰:
碎石=4:
11:
85
水泥:
粉煤灰:
碎石=3:
15:
82
水泥:
碎石=3:
97
水泥:
碎石=4.5:
95.5
水泥:
碎石=6:
94
各种配合比的劈裂强度表7
配合比
劈裂强度
水泥:
粉煤灰:
碎石=5:
5:
90
1.3
水泥:
粉煤灰:
碎石=4:
11:
85
1.2
水泥:
粉煤灰:
碎石=3:
15:
82
0.7
水泥:
碎石=3:
97
0.94
水泥:
碎石=4.5:
95.5
1.10
水泥:
碎石=6:
94
1.13
从上表可以看出90天的劈裂强度随着水泥用量的增加而增加,粉煤灰用量的增加不但不会提高劈裂强度,反而会降低劈裂强度。
因此,对劈裂强度要求较高的工程粉煤灰的用量应严格控制。
3.5不同配合比的强度试验
各种不同配合比的水泥粉煤灰稳定碎石共9组,龄期均为7天、14天,养护温度为20C。
配合比(水泥:
粉
煤灰:
碎石)
水泥外掺(%
粉煤灰外掺(%
7dR
14dR
3:
18:
79
3
18
2.5
3.5
3:
12:
85
3
12
3.1
3.7
3:
9:
88
3
9
3.0
4.3
3:
6:
91
3
6
3.4
4.5
5:
11:
84
3
11
4.1
7.2
5:
9:
86
3
9
4.1
7.6
5:
7:
88
3
7
4.9
7.4
5:
5:
90
3
5
5.2
7.3
5:
3:
92
3
3
4.9
7.0
在水泥掺量不变的条件下粉煤灰掺量越大7天强度越低,但14天强度与粉煤灰掺量关系不明显。
水
泥:
粉煤灰外掺量的比例不宜超过3:
1〜4:
1,粉煤灰用量过多对强度不起作用,只起了一个填充和至密
作用,因此,在配合比设计中填充材料应选用比粉煤灰更廉价的材料。
4结束语
长期以来粉煤灰作为筑路材料大都以二灰土(石灰、粉煤灰或水泥、粉煤灰)三灰土(石灰、水泥、粉煤灰)等改性土作为路面基层使用,作为稳定碎石基层使用还不太多。
虽粉煤灰在公路建中的作用得到了筑路者广泛的认可,但在施工过程中去探讨它的人还不太多,在使用若干年后也没有人去回访它的使用效果。
我们这次试验虽然肤浅和精糙,但愿意能给同行们研究和探讨起一个抛砖引玉的作用。
中铁十五局集团第七工程有限公司工地试验室
阳群明
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