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粉煤灰在高速公路水泥混凝土路面工程中的應(yīng)用
我國(guó)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(kāi)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(wèn)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(méi)有提及，一般認(rèn)為在高速公路路面中是不可使用的。
國(guó)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(kāi)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?；Ｊ┕椒勖夯业母咚俟繁嗷炷谅访胬锍炭傆?jì)460km。使用了19.32萬(wàn)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(wàn)t水泥和1000萬(wàn)元投資。節(jié)約9399畝土地。減少了排放進(jìn)大氣CO22.5萬(wàn)t。
粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要參照國(guó)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(mén)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(kāi)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(wèn)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(guó)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(guó)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(guó)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(duì)混凝土路面性能是有害而無(wú)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(guò)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(duì)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(guò)7MPa，詳見(jiàn)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(zhǎng)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(guò)）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(jiàn)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(guò)6MPa，1a抗折強(qiáng)度可超過(guò)7MPa，粉煤灰摻量越多，長(zhǎng)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(kāi)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(guò)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(kāi)裂；而純水泥的混凝土同樣條件下，開(kāi)裂蒸發(fā)率將為0.75kg/m2h。在我國(guó)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(kāi)裂的臨界蒸發(fā)率不是1.0kg/m2h；而是0.5kg/m2h。這—點(diǎn)與美國(guó)ACL和ACPA的研究結(jié)論是不同的。后者至少對(duì)粉煤灰水泥混凝土路面防止塑性收縮開(kāi)裂更加可靠。使粉煤灰發(fā)生生的塑性收縮開(kāi)裂，在施工中可采取—定的手?jǐn)嗉右杂行Э刂?，并不?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(guò)拉桿，向剛攤鋪的水泥混凝土路面?zhèn)鬟f開(kāi)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(duì)應(yīng)斷板。這是施工中應(yīng)特別注意的。后來(lái)，我們?cè)诟咚俟贩勖夯宜嗷炷谅访嫱茝V使用軟切縫技術(shù)，提早切割已經(jīng)斷開(kāi)縮縫位置，有效地遏制了對(duì)應(yīng)斷板的發(fā)生。
3．6粉煤灰水泥混凝土路面要求延長(zhǎng)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(zhǎng)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(yǔ)
我國(guó)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(wàn)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(wàn)t水泥和1000萬(wàn)元投資。節(jié)約9399畝土地。大大減少了排放進(jìn)大氣的CO2。