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        粉煤灰對水泥穩(wěn)定碎石強度影響研究

        2015-12-02 01:43:26張培峰中交集團第二公路工程局華盟公司陜西西安710065
        江西建材 2015年11期
        關(guān)鍵詞:側(cè)限齡期粉煤灰

        ■張培峰 ■中交集團第二公路工程局華盟公司,陜西 西安 710065

        水泥穩(wěn)定碎石是水泥穩(wěn)定土的典型代表,利用水泥作結(jié)合料,在一定含水量條件下,和級配碎石拌合、攤鋪、碾壓并養(yǎng)生形成的一種材料,是目前高等級公路最常用的基層形式。水泥穩(wěn)定碎石具有良好的力學(xué)性能,強度高、整體性好、水穩(wěn)定性強、抗行車疲勞性能好,同時具有施工速度快、造價低等優(yōu)點,所以被廣泛的使用。但其本身也具有施工難度大、早期強度低、容易出現(xiàn)干縮裂縫等缺點,國內(nèi)不少學(xué)者對如何提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性進行了廣泛的研究[1-3],參加粉煤灰就是改善水泥穩(wěn)定碎石抗裂性的重要措施之一[4-6]。本文通過粉煤灰數(shù)量的變化,研究了粉煤灰摻量對無側(cè)限抗壓強度、最佳含水量的影響。

        1 原材料

        水泥:秦嶺牌PO32.5 普通硅酸鹽水泥,陜西耀縣水泥廠,基本性能見表1。

        集料:集料級配是在規(guī)范允許范圍的基礎(chǔ)上,結(jié)合以往實際工程經(jīng)驗,同時考慮水泥穩(wěn)定碎石的收縮變形和關(guān)鍵篩孔通過率的情況下確定的。具體數(shù)據(jù)見表2

        水:自來水

        2 研究方法

        本文在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上,通過粉煤灰摻量的變化,研究無側(cè)限抗壓強度和最佳含水量的變化規(guī)律,確定粉煤灰的最佳摻量。在此基礎(chǔ)上,通過對齡期的研究,反映強度隨齡期的變化規(guī)律。采用靜壓成型法成型,每組6 個試件,按照規(guī)范要求脫模后標準養(yǎng)護6 天,然后保水24 小時,在路面材料強度儀上進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

        3 試驗結(jié)果與分析

        3.1 粉煤灰摻量對無側(cè)限抗壓強度的影響

        在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上,分別摻入不同粉煤灰摻量制作無側(cè)限抗壓強度試件,粉煤灰摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%,強度變化規(guī)律如圖1 所示:

        圖1 粉煤灰摻量對強度的影響

        由圖1 可以看出,隨著粉煤灰摻量的增加,7d 無側(cè)限抗壓強度也隨之降低,說明粉煤灰對水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度有不利影響,粉煤灰摻量越大,不利影響越明顯。究其原因,主要是由于粉煤灰的摻入增加了細集料的比例,造成了整個結(jié)合料級配的變化,降低了級配碎石的嵌擠作用。另外,由于粉煤灰表面致密且光滑,大部分都是以圓形顆粒存在,降低了結(jié)合料的摩阻力,從而造成了7d 無側(cè)限抗壓強度的降低。同時,粉煤灰具有延緩水泥水化的作用,摻量越大,延緩作用越明顯,因此表現(xiàn)出隨著摻量的增加,無側(cè)限抗壓強度不斷減小。當粉煤灰摻量超過9%時,無側(cè)限抗壓強度低于4.0MPa,已經(jīng)不符合規(guī)范要求了,所以粉煤灰摻量最好在9%左右。

        3.2 粉煤灰摻量對最佳含水量的影響

        在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上,分別摻入不同粉煤灰摻量做標準擊實試驗,確定不同摻量情況下的最佳含水量,分析粉煤灰摻量變化對最佳含水量的影響。粉煤灰摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%,最佳含水量變化規(guī)律如圖2 所示:

        圖2 粉煤灰摻量對最佳含水量的影響

        由圖2 可以看出,隨著粉煤灰含量的增加,最佳含水量也在不斷增加,整個曲線圖中,只有含量從3%到6%變化的時候增長的速率稍微降低一些,其他含量情況下兩者幾乎成線性關(guān)系。

        綜合上述兩個實驗的結(jié)論,在粉煤灰摻量9%,含水量7.5%時制作水泥穩(wěn)定碎石,通過養(yǎng)護齡期的變化,研究粉煤灰和含水量一定時,強度隨齡期的變化規(guī)律。具體實驗數(shù)據(jù)如圖3 所示:

        圖3 齡期對無側(cè)限抗壓強度的影響

        由圖3 可以看出,隨著齡期的增加,無側(cè)限抗壓強度也在增加,早期強度增加快,后期強度增加慢。7d 到28d 時,抗壓強度從4.4MPa 增加到6.5MPa,增加了1.5 倍;從28d 到90d,雖然時間增加了兩個月,抗壓強度從6.5MPa 增加到7.6MPa,增加了1.2 倍,增加的速率遠小于初期;而從90d 到180d 的時候,抗壓強度僅僅從7.6MPa 增加到8.2MPa。這是因為粉煤灰在水泥穩(wěn)定碎石中起到兩個方面作用,一是填充作用,二是火山灰效應(yīng)。從無機結(jié)合料開始攪拌到14d,粉煤灰只起到填充作用,水泥穩(wěn)定碎石的強度主要依靠水泥的水化強度;隨著齡期的增加,粉煤灰開始慢慢水化,和水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng),形成可以增加強度的膠體,時間越長,形成的膠體越多,從而提高了水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度。但是到了90d 以后,由于水泥水化產(chǎn)物的不斷減少,二次反應(yīng)也逐漸減少,所以強度增加就慢慢變得緩慢。

        4 結(jié)論

        通過以上圖表和實驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論:(1)粉煤灰摻量對水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強的影響明顯,隨著粉煤灰摻量的增加,抗壓強度逐漸降低。(2)粉煤灰摻量和最佳含水量成正比關(guān)系,隨著粉煤灰摻量的增加,最佳含水量逐漸增加。(3)在粉煤灰摻量和含水量固定的條件下,無側(cè)限抗壓強度隨著齡期的增加而增加,早期增長速率高,后期增長速率低。

        [1]王艷,倪富健,李再新.水泥穩(wěn)定碎石基層收縮性能影響因素試驗研究[J].公路交通科技,2007,24(10):30 -35.

        [2]孫兆輝.水泥穩(wěn)定碎石溫度變形特性試驗研究[J].建筑材料學(xué)報,2009,12(2):249 -252.

        [3]周衛(wèi)峰,趙可,王德群等.水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比的優(yōu)化[J].長安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,26(1):24 -28.

        [4]張嘎吱,沙愛民,周宗科.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石路面的水泥與粉煤灰比例[J].長安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,26(5):17 -20.

        [5]陳瀟,周明凱,蔡智等.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的力學(xué)參數(shù)體系研究[J].公路交通科技,2009,26(3):31 -37.

        [6]陳平,陳瀟.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石在高速公路上的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2006,28(7):40 -43.

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