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        磷渣粉在路面混凝土工程中的應(yīng)用探討

        2016-12-01 01:58:38周麗霞
        關(guān)鍵詞:芯樣路段試件

        周麗霞

        (貴州大學(xué)土木工程學(xué)院,貴州 貴陽 550003)

        磷渣粉在路面混凝土工程中的應(yīng)用探討

        周麗霞

        (貴州大學(xué)土木工程學(xué)院,貴州 貴陽 550003)

        本文通過磷渣微細(xì)粉在路面工程中的應(yīng)用,能較好改善混凝土的性能,驗(yàn)證摻用磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應(yīng)用中的可靠性和可施性。

        磷渣粉;混凝土性能;摻合料

        磷渣粉就是磷渣用電爐法從磷礦石提取黃磷后排除的一種工業(yè)廢渣,它是利用先進(jìn)粉磨設(shè)備將磷渣磨細(xì)加工成微細(xì)粉體,通過改性后生產(chǎn)出一種高性能混凝土礦物摻合料。根據(jù)磷渣粉在混凝土應(yīng)用中的研究成果,特別是混凝土摻入磷渣粉后對混凝土抗彎拉強(qiáng)度提高的結(jié)論,我校實(shí)驗(yàn)中心受某磷業(yè)有限公司委托,在某二級(jí)公路改造工程中,在當(dāng)?shù)亟煌ň旨笆┕し降拇罅χС窒?,以該工程?xiàng)目為依托工程,施工樁號(hào)為K2+900~K2+960的路段作為磷渣粉混凝土路面試驗(yàn)段。試驗(yàn)段磷渣粉混凝土由某混凝土工程公司拌制,為了獲得更具說服力的數(shù)據(jù),我校實(shí)驗(yàn)中心于2014年1月17日對試驗(yàn)路段采用鉆取芯樣法,檢測混凝土彎拉強(qiáng)度以及相應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度,取得實(shí)測混凝土相關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù),來驗(yàn)證磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應(yīng)用中的可靠性和可施性。

        一、試驗(yàn)路段磷渣微細(xì)粉混凝土所用原材料及配合比

        (一)試驗(yàn)路段所用原材料

        1.水泥——選用普通硅酸鹽水泥(P.O42.5);

        2.礦物摻合料——選用某磷業(yè)有限公司生產(chǎn)的磷渣粉;

        3.機(jī)制砂——選用試驗(yàn)路段當(dāng)?shù)亓蠄鰴C(jī)制山砂;

        4.碎石——選用試驗(yàn)路段當(dāng)?shù)亓蠄鏊槭?,最大粒?7.5mm;連續(xù)級(jí)配,表觀密度2700 kg/m3,堆積密度1470 kg/m3,空隙率46%,含泥量0.8%,針片狀總含量3.3%,壓碎值11.5%;

        5.外加劑——選用某有限公司生產(chǎn)的RST-A高效泵送劑;

        6.拌和水——采用自來水。

        (二)設(shè)計(jì)混凝土配合比

        1.試驗(yàn)路段混凝土配合比參數(shù)

        所確定的磷渣粉混凝土配合比參數(shù)主要范圍如下:

        表1 磷渣粉混凝土配合比

        膠凝材料用量:255~500kg/m3;磷渣粉摻量:20%~40%;水膠比:0.3~0.48;砂率:35%~55%;高效泵送劑摻量:2%~2.5%;混凝土容重:2400~2500 kg/m3;碎石最大粒徑及級(jí)配要求:Dman=37.5mm、連續(xù)級(jí)配。

        2.試驗(yàn)路段混凝土配合比

        根據(jù)所確定的原材料,確定磷渣粉混凝土配合比(見表1)根據(jù)表1提供的混凝土配合比,混凝土性能,坍落度達(dá)到180~230mm,混凝土28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到45Mpa,彎拉強(qiáng)度達(dá)到5.5Mpa.

        二、混凝土性能檢測方法

        (一)方法

        1.采用國家標(biāo)準(zhǔn),普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法《GB/T50080-2002》測定拌和物的坍落度;

        2.采用國家標(biāo)準(zhǔn),普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法《GB/T50081-2002》測定水泥混凝土試塊的立方體抗壓強(qiáng)度、水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度。

        (二)拌和物的材料用量

        表2 30升混凝土拌和物各材料用量

        表3 配合后混凝土拌和物性能統(tǒng)計(jì)

        表4 試驗(yàn)路段現(xiàn)場澆注混凝土拌和物的各項(xiàng)性能

        由表3可以看出,配合后混凝土拌和物的各項(xiàng)性能指標(biāo)7天、28天抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)均達(dá)到并超過配合比設(shè)計(jì)對其指標(biāo)的要求。

        三、依托工程

        該工程項(xiàng)目公路技術(shù)等級(jí)為二級(jí)以下公路,水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C35,抗彎拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fc=4.5。

        從依托工程試驗(yàn)段現(xiàn)場澆注取樣試驗(yàn)結(jié)果來看,摻磷渣粉混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。

        四、依托工程試驗(yàn)段現(xiàn)場鉆芯檢測方法

        (一)檢測依據(jù)

        主要包括:《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2004);《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003);《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005);《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS03:88);《鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(DB22/42-2004)等。

        五、檢測內(nèi)容

        (一)外觀檢查1.鉆取芯樣,選取圓柱體劈裂強(qiáng)度折算的彎拉強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)定;

        2.鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土抗壓強(qiáng)度;

        (二)檢測情況簡述

        芯樣的鉆取、加工及技術(shù)要求嚴(yán)格按上述規(guī)范進(jìn)行。芯樣試件與被檢測的構(gòu)件混凝土濕度基本一致的條件下進(jìn)行芯樣的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

        1.路面鉆芯取樣圓柱體劈裂強(qiáng)度計(jì)算式:fsp=2F/ πdm×Lm

        在試驗(yàn)路段上取6個(gè)芯樣,折算的混凝土彎拉強(qiáng)度按下列條件計(jì)算(二級(jí)及二級(jí)以下路面彎拉強(qiáng)度計(jì)算式)

        石灰?guī)r、花崗巖碎石混凝土:標(biāo)準(zhǔn)小梁彎拉強(qiáng)度(Mpa)

        fc=1.868fsp0.871 fsp——標(biāo)準(zhǔn)試件劈裂強(qiáng)度(Mpa)合格判定:

        平均彎拉強(qiáng)度 fcs>1.1 frfr設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(Mpa)

        最小值 fmin>0.85 fr

        2.路面鉆取小芯樣檢測混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。在試驗(yàn)路段鉆取3個(gè)小芯樣按單個(gè)構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定:

        抗壓芯樣試件立方體抗壓強(qiáng)度換算值按下式計(jì)算:

        (以芯樣試件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度換算值中的最小值作為構(gòu)件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的界定值)

        3.在試驗(yàn)段鉆芯取樣一組試件(三塊)做混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)如下:

        2013.4.6澆注砼,設(shè)計(jì)砼強(qiáng)度等級(jí)C35,2014.1.17取芯,2014.1.24試驗(yàn),芯樣外觀完整、表面光滑、無離析現(xiàn)象,試件尺寸d×h(mm)分別為:74.2×74.5、74.3×75.2、74.3×75.1,自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù),293天齡期破壞荷載(kN)分別為:175、185、180;抗壓強(qiáng)度值(MPa)分別為40.5、42.7、41.5;強(qiáng)度換算值f ccor.(MPa)分別為:45.0、47.4、、46.1;最終強(qiáng)度代表值fcu,e為45.0MPa;換算強(qiáng)度平均值為46.2MPa

        4.在試驗(yàn)段鉆芯取樣一組試件(六塊)做混凝土芯樣劈裂抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)如下:

        同樣2014.1.17取芯,設(shè)計(jì)砼彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.5Mpa,2014.1.24試驗(yàn),試件尺寸dm×Lm(mm)分別為:150×220、150×201、150×177、150×162、150×138、150×125;自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù),293天齡期破壞荷載(kN)分別為:240.0、145.7、183.4、148.0、151.0、161.5;劈裂強(qiáng)度(MPa)分別為:4.63、3.10、4.40、3.88、4.65、5.49;標(biāo)準(zhǔn)砼小梁彎拉強(qiáng)度(MPa)分別為7.5、5.0、7.2、6.3、7.6、8.9;彎拉強(qiáng)度平均值fcs為7.1MPa。

        六、檢測結(jié)果

        1.試驗(yàn)段路面全長60米,單幅?;炷翞樯唐坊炷凉竟S拌制運(yùn)輸至現(xiàn)場一次性連續(xù)澆注,混凝土施工工作性良好,搗實(shí)后混凝土表面含砂豐富,隨搗隨抹平整,一次成型。2013年4月6日混凝土澆注至2014年1月17日現(xiàn)場外觀檢查,路面板塊表面堅(jiān)固、無脫皮、印痕、裂紋和缺邊掉角等現(xiàn)象,外觀質(zhì)量評(píng)定是合格的。

        2.根據(jù)《DB22/42-2004》規(guī)程評(píng)定,磷渣粉混凝土實(shí)測抗壓強(qiáng)度最小值(小芯樣混凝土立方體抗壓強(qiáng)度換算強(qiáng)度值中的最小值,即推定值fcu.e)為45.0Mpa,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的129%,評(píng)定是合格的。

        3.根據(jù)《JTGF30-2003》公路水泥砼路面施工技術(shù)規(guī)范和《JTG F80/1-2004》公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定:平均彎拉強(qiáng)度fcs=7.1Mpa>1.10fr=4.95Mpa;

        單塊彎拉強(qiáng)度最小值fmin=5.0Mpa>0.85fr=3.83Mpa,評(píng)定是合格的。

        4.抗折/抗壓比值:平均值比值7.1/46.2=15.4%;最小值比值5.0/45.0=11.1%.

        七、結(jié)語

        (一)磷渣粉按比例替代水泥摻入混凝土中,不僅節(jié)約成本,變廢為寶,還能達(dá)到保護(hù)環(huán)境,降低能耗的目的。同時(shí),磷渣粉摻入也使混凝土的需水量減少了,特別是對混凝土還有減少泌水量和降低坍落度損失的效應(yīng),可獲得良好的施工工作性。

        (二)磷渣粉的摻入,可使抗折/抗壓比值得到較大的提高。從芯樣劈裂后劈裂結(jié)合面觀察證實(shí),硬化混凝土內(nèi)砂漿與粗骨料顆粒黏結(jié)牢固緊密,粗骨料顆粒均為剪切破裂,使混凝土彎拉強(qiáng)度得到了提高。路面混凝土其他技術(shù)指標(biāo)也得到增強(qiáng),如抗磨性、抗凍性等。

        (三)現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF30-2003)在粉煤灰及其他摻合料說明中表明。磨細(xì)礦渣本身具有自硬化能力、水化反應(yīng)速度較快的特點(diǎn)。在我國磨細(xì)礦渣是很少用于路面的,但經(jīng)過上述試驗(yàn),絕大多數(shù)是可以用于路面、橋面混凝土配制的。現(xiàn)行規(guī)范(JTGF30-2003)編入硅灰、磨細(xì)礦渣的目的也表明硅灰、磨細(xì)礦渣和高質(zhì)量粉煤灰是工程應(yīng)用中制作高性能混凝土的必備原材料,摻用磷渣微粉后的混凝土具有抗?jié)B性、耐久性好和體積穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),作為路面和橋面是可以積極使用的。

        [1]交通部公路科學(xué)研究所.公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTG F80/1-2004)[M].北京:人民交通出版社,2004.

        [2]交通部.公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范(JTGF30-2003)[M].北京:人民交通出版社,2002.

        [3]交通部.公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTGE30-2005)[M].北京:人民交通出版社,2005.

        [4]交通部.公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

        TU

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        1673-0046(2016)9-0188-02

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