超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料性能研究.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料性能研究朴志海陈兴盛许 巍姚瑞珊(.龙建路桥股份有限公司黑龙江 哈尔滨.天津市农村社会事业发展服务中心天津.黑龙江省寒地建筑科学研究院黑龙江 哈尔滨.黑龙江建筑职业技术学院黑龙江 哈尔滨)摘 要:传统水泥稳定基层材料具有水泥用量较大、易发生干缩开裂等缺点 比较系统地研究了超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料的性能 结果显示:该混合料的力学性能满足目前公路基层底基层无侧限抗压强度设计要求 尤其其长期力学性能增长率突出耐久性能明显优于传统基层材料其应用前景广阔关键词:超大掺量粉煤灰基层材料力学性能耐久性能中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:收稿日期:作者简介:朴志海()男黑龙江北安人专科高级工程师研究方向:普通混凝土、高强、超高强混凝土、高性能混凝土配合比设计、耐久性及生产应用技术 前 言长期以来水泥稳定基层材料被人们广泛应用于较高和高等级路面基层中它具有比较明显的技术优势:强度较高稳定性较好抗冻性较强自成板体等传统水泥稳定基层材料也存在着一些无法克服的缺点:耐磨性较差水泥绝对用量较大、易发生干缩、温缩裂缝施工工艺局促从配料搅拌到摊铺碾压完成要求间隔时间较短对水泥凝结时间和施工队伍操作水平要求较高一般水泥稳定材料强度增长较慢养生期较长研究了一种可以弘扬其既有优点同时可以最大限度减小其固有缺点的水泥稳定基层材料即超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料张桂霞对多功能水泥稳定碎石基层材料外加剂进行过较系统研发 受此启发在研究中超量掺加级粉煤灰(占胶凝材料的)同时掺加的聚羧酸高性能外加剂外加剂中复合了适量的缓凝剂混合料的延迟时间可控 配合比的选择在研究中参考了水泥混凝土配合比设计思路将超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料划为特贫混凝土范畴研究充分考虑超大掺量掺加粉煤灰的后果可能会降低混合料的早期强度尝试在混合料中掺加复合外加剂降低最佳含水率以弥补早期强度的损失 黄煜镔、吕伟民、徐建达等人对水总第 期黑龙江交通科技第 期泥稳定基层材料中掺加减水剂都曾进行过研究取得了有益的成果大量研究结果表明掺加外加剂后超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料与纯水泥稳定基层材料相比最佳含水率降低了.这就为保证早期强度满足施工要求提供了理论依据经过系列研究试配最终确定超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料配合比如下()碎石级配组成:.碎石占 碎石占 碎石占 石屑占()胶凝材料:.其中水泥占 级粉煤灰占()聚羧酸外加剂占胶凝材料总和的.()最佳含水率:.最大干密度./力学性能.无侧限抗压强度首先确定超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料配合比该配合比与传统无机结合料基层材料的不同点已在前言有所陈述在此不再赘述 为体现出该配合比的特点本研究与另两个配合比的基层材料进行对比这三个对比组合的胶凝材料组分分别为:().水泥 .粉煤灰 外加剂().水泥 .粉煤灰无外加剂().纯水泥 其中组合()为本研究对象其余两个组合为对比组合 因本试验研究的胶凝材料中掺加了大量的粉煤灰粉煤灰的水化速度较慢所以在确定这批综合稳定材料试件的试验龄期时除了考虑 龄期外外同时考虑了 、和 三个龄期 对比试验结果见表 表 对比试验各龄期无侧限抗压强度龄期配合比.纯水泥/.水泥.粉煤灰 外加剂/.水泥.粉煤灰无外加剂/粉煤灰占胶材百分比/.从表中 可以看出本研究的 无侧限抗压强度虽然低于纯水泥同龄期组合但完全满足各等级公路基层设计强度要求其特征与优势主要体现在后期强度增长率较高.抗弯拉强度考虑到综合稳定基层材料路用性能和受力特点进行了抗弯拉强度试验研究 因该研究胶凝材料中掺加了 的粉煤灰属于超大掺量范畴所以确定以 龄期作为研究试验龄期 该试验研究参数可为无机结合料稳定材料的弯拉疲劳试验、弯拉模量试验确定加荷标准提供基础数据 同时可以以此验证该配合比的可行性和稳定性 本次研究路线同.研究试验结果见表 表 超大掺量粉煤灰水泥稳定基层材料各龄期抗弯拉强度龄期配合比.纯水泥/.水泥.粉煤灰 外加剂/.水泥.粉煤灰无外加剂/粉煤灰占胶材百分比/.弯拉强度试验验结果表明:掺加 粉煤灰同时掺加 外加剂的配合比其 弯拉强度达到 纯水泥配合比同龄期弯拉强度的.掺加 粉煤灰不掺加外加剂的配和比其 弯拉强度达到 纯水泥配合比同龄期弯拉强度的.从这三种不同配合比不同结果中可以体现出掺加外加剂配合比的优势.间接抗弯拉强度间接抗弯拉强度也是无机结合料稳定材料的一个主要力学参数它可以间接衡量该材料的劈裂强度为此文中进行了间接抗弯拉强度试验(每个龄期每个配合比 个试件)研究因该研究胶凝材料中掺加了 的粉煤灰属于超大掺量范畴所以确定以 龄期作为研究试验龄期以此验证该配合比的可行性和稳定性 本次研究路线同.研究试验结果见表 表 超大掺量粉煤灰水泥稳定基层材料各龄期间接抗弯拉强度龄期序号.纯水泥/.水泥.粉煤灰 外加剂/.水泥.粉煤灰无外加剂/粉煤灰占胶材百分比/.间接抗弯拉强度研究试验结果表明:掺加 粉煤灰同时掺加 外加剂的配合比其 间接弯拉强度达到 纯水泥配合比同龄期间接弯拉强度的.掺加粉煤灰不掺加外加剂的配合比其 间接弯拉强度达到 纯水泥配合比同龄期间接弯拉强度的.从这三种不同配合比研究结果中可以体现出掺加外加剂配第 期朴志海陈兴盛许 巍等:超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料性能研究总第 期合比的优势.室内抗压回弹模量(顶面法)室内抗压回弹模量也是无机结合料稳定材料的一个力学参数是路面基层进行无侧限抗压强度等结构设计的基础性参数回弹模量是指路基路面及各种筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值路面基层回弹模量表示路面基层材料在弹性变形阶段内在垂直荷载作用下抵抗竖向变形的能力如果垂直荷载为定值路面基层回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小如果竖向位移是定值回弹模量值愈大则路面基层承受外荷载作用的能力就愈大 从这里我们可以看出室内抗压回弹模量是衡量基层路用性能的一个重要指标和参数在某种意义上说它比无侧限抗压强度能更好的体现基层的承载能力本研究参照.思路即选择三个对比组合对该参数进行较为系统研究 对比组合分别为:().水泥 .粉煤灰 外加剂().水泥.粉煤灰无外加剂().纯水泥 研究试验结果见表 表 和图 图 表 纯水泥无机结合料回弹模量试验数据荷载级数单位压力/千分表读数(/)加载卸载左右平均左右平均回弹变形(/)读数值修正值抗压回弹模量/.平均值 表 .水泥.粉煤灰无外加剂无机结合料回弹模量试验数据荷载级数单位压力/千分表读数(/)加载卸载左右平均左右平均回弹变形(/)读数值修正值抗压回弹模量/.平均值 图 纯水泥无机结合料回弹模量曲线图 .水泥.粉煤灰无外加剂无机结合料回弹模量曲线表 .水泥.粉煤灰 外加剂无机结合料回弹模量试验数据荷载级数单位压力/千分表读数(/)加载卸载左右平均左右平均回弹变形(/)读数值修正值抗压回弹模量/.总第 期黑龙江交通科技第 期表(续)荷载级数单位压力/千分表读数(/)加载卸载左右平均左右平均回弹变形(/)读数值修正值抗压回弹模量/.平均值 图 .水泥.粉煤灰 外加剂无机结合料回弹模量曲线 室内抗压回弹模量试验结果表明:掺加 粉煤灰同时掺加 外加剂的配和比其 室内抗压回弹模量达到 纯水泥配合比同龄期室内抗压回弹模量的.掺加 粉煤灰不掺加外加剂的配合比其 室内抗压回弹模量达到纯水泥配合比同龄期室内抗压回弹模量的.以上三种不同配合比不同结果凸显了掺加外加剂配合比的优势同时我们更应该充分利用掺加粉煤灰筑路材料长期性能的优势 综合稳定基层材料耐久性研究.综合稳定基层材料抗冻性能综合稳定基层材料抗冻性是指其在饱水状态下遭受冻融循环时抵抗破坏的能力它也是反映综合稳定基层材料耐久性能最重要参数之一 为了验证综合稳定基层材料抗冻性能研究过程中将以下三组配合比的抗冻性能进行对比:.粉煤灰 .水泥 外加剂、.粉煤灰.水泥无外加剂和.纯水泥 因为抗冻试件中有两种配合比的胶凝材料中均掺加了 的粉煤灰所以这些试件的养生龄期均确定为 为了系统客观全面检验这一参数研究中采用五次冻融循环和十次冻融循环两种循环制度分别检验这三种配合比的抗冻性能 五次冻融循环和十次冻融循环试验对比数据见表 和表 表 五次循环后冻融试验数据配合比粉煤灰占胶材百分比/未冻融试件强度代表值/冻融后试件强度代表值/强度损失率/质量损失率/.粉煤灰.水泥 外加剂.粉煤灰.水泥无外加剂.纯水泥.表 十次循环后冻融试验数据配合比粉煤灰占胶材百分比/未冻融试件强度代表值/冻融后试件强度代表值/强度损失率/质量损失率/.粉煤灰.水泥 外加剂.粉煤灰.水泥无外加剂.纯水泥.从上述五次冻融循环和十次冻融循环试验可以看出:在这两种冻融循环制度下其试验结果的规律基本相同即质量损失率:.纯水泥配合比最小.粉煤灰 .水泥 外加剂配合比较前者稍大.粉煤灰.水泥无外加剂配合比最大 强度损失率:.粉煤灰.水泥无外加剂配合比最大 纯水泥配合比稍小.粉煤灰 .水泥 外加剂配合比最小在冻融循环这一指标参数中.粉煤灰.水泥 外加剂配合比的强度损失最小以上研究表明掺加外加剂超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料的抗冻性能良好尤其在高寒地区应用它在抵抗强度损失方面具有明显的优势.综合稳定基层材料干缩性能本参数研究路线与思路同.研究中将以下三组配合比的干缩性能进行对比:.粉煤灰.水泥 外加剂、.粉煤灰 .水泥无外加剂和.纯水泥 具体试验结果见表 表 及图 图 第 期朴志海陈兴盛许 巍等:超大掺量粉煤灰综合稳定基层材料性能研究总第 期表 .粉煤灰.水泥无外加剂无机结合料干缩试验数据龄期/.平均值.失水率.干缩系数.表 .粉煤灰.水泥 外加剂无机结合料干缩试验数据龄期/.平均值.失水率.干缩系数.图 .粉煤灰.水泥无外加剂无机结合料干缩曲线图 .粉煤灰.水泥 外加剂无机结合料干缩曲线表 纯水泥无机结合料干缩试验数据龄期/.平均值.失水率.干缩系数.图 纯水泥无机结合料干缩曲线 从以上三组不同配合比干缩试验对比数据中可以明显看出 纯水泥的配合比干缩最大.粉煤灰 .水泥无外加剂的干缩次之:.粉煤灰.水泥 外加剂的干缩最小由此得出结论:掺加了粉煤灰和聚羧酸外加剂的综合稳定材料可以大大减小干缩系数 结 语超大掺量粉煤灰水泥稳定基层材料具有良好的力学性能、优越的耐久性能、方便的施工性能()力学性能满足目前公路基层底基层无侧限抗压强度设计要求尤其长期力学性能增长率突出()耐久性能明显优于传统基层材料()因掺加了缓凝型外加剂混合料延迟时间可控方便施工()超大掺量粉煤灰稳定基层材料成本低据测算可节省材料成本约 经济效益显著()超大掺量使用粉煤灰节能环保属于绿色施工环境效益和社会效益显著 该技术已在黑龙江省安达市政工程、黑龙江省西部通乡公路等工程进行了试用力学性能、耐久性能良好具有良好的应用前景参考文献:李花磊.程伟涛.厚层水泥稳定碎石基层的技术特性及发展趋势.黑龙江交通科技():.张桂霞.多功能水泥稳定碎石基层材料外加剂研发.西安:.黄煜镔.吕伟民.徐建达等.减水剂对水泥稳定碎石物理力学性能的影响.建筑材料学报():.朴志海.姚瑞珊.孙明刚等.超大掺量粉煤灰无机结合料稳定基层材料配合比.黑龙江交通科技():.公路路面基层施工技术细则:/.北京:人民交通出版社:.公路工程无机结合料稳定材料试验规程:.北京:人民交通出版社:.